摘要：文章主要對(duì)客運(yùn)專線牽引供電國(guó)內(nèi)外方式和變壓器接線形式進(jìn)行了分析，提出了我國(guó)客運(yùn)專線牽引供電系統(tǒng)的供電方式和變壓器接線形式可能采用的方式，為我國(guó)客運(yùn)專線的設(shè)計(jì)提供一點(diǎn)參考性建議。

關(guān)鍵詞：客運(yùn)專線；牽引供電；供電方式；系統(tǒng)研究

中圖分類號(hào)：TM762.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1000-8136(2009)23-0043-02

2008年國(guó)家發(fā)改委對(duì)我國(guó)鐵路中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃進(jìn)行了新的調(diào)整，到2020年全國(guó)鐵路運(yùn)行里程達(dá)到12萬(wàn)km以上，運(yùn)輸能力滿足國(guó)民能力和社會(huì)發(fā)展需要，主要技術(shù)裝備達(dá)到或接近國(guó)際先進(jìn)水平，建立省會(huì)城市及大眾城市間的快速客運(yùn)通道，規(guī)劃“四縱四橫”客運(yùn)專線，建設(shè)客運(yùn)專線1.6萬(wàn)km以上。

牽引供電系統(tǒng)是客運(yùn)專線系統(tǒng)中重要組成部分之一。系統(tǒng)如何更安全、更可靠地運(yùn)行。以滿足高速動(dòng)車組高密度、持續(xù)重荷載運(yùn)行要求，與常規(guī)鐵路相比產(chǎn)生許多新的觀念、新的技術(shù)、新的設(shè)施裝備。

1 牽引供電方式研究

1.1 主要牽引供電方式

目前世界各國(guó)所采用單相工頻交流25 kV電氣化鐵路牽引網(wǎng)的供電方式，主要包括AT供電方式、直接供電方式(含帶回流線的直接供電方式)和BT供電方式3種。

1.1.1 AT供電方式

它被廣泛應(yīng)用于日本、法國(guó)、俄羅斯、西班牙、英國(guó)、意大利、荷蘭、東歐、印度、澳大利亞、新西蘭和美國(guó)的高速、重載或繁忙于線中。我國(guó)于20世紀(jì)80年代初從日本成功引進(jìn)了AT供電技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了成套設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化，并被成功地應(yīng)用于京秦、大秦、京廣線鄭武段、侯月和神朔等重載或繁忙干線，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。

1.1.2 直接供電方式或帶回流線的直接供電方式

在AT供電方式出現(xiàn)之前，它是一種基本和首選的供電方式，由于該供電方式具有牽引變電所和牽引網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，在我國(guó)電氣化鐵路干線上得到廣泛采用，但它的防干擾能力一般。

1.1.3 BT供電方式

它曾在我國(guó)電氣化工程中被采用，并解決了防干擾問(wèn)題，但由于在接觸網(wǎng)中串接吸流變壓器，受電弓在通過(guò)接觸網(wǎng)關(guān)節(jié)時(shí)易拉弧，特別是它的供電能力有限，因此BT供電方式在最近十年的電氣化鐵路建設(shè)中已不采用。

1.2 國(guó)外高速鐵路的牽引供電方式

國(guó)外高速鐵路已有近9 200 km，列車運(yùn)營(yíng)速度已達(dá)300 km/h以上，其中德國(guó)、法國(guó)和日本3個(gè)高速鐵路發(fā)達(dá)國(guó)家代表了當(dāng)今世界各國(guó)輪軌高速電氣化鐵路發(fā)展的先進(jìn)模式，他們的牽引供電技術(shù)較成熟、可靠。

從國(guó)外已運(yùn)營(yíng)和正在建設(shè)的高速鐵路來(lái)看，電力牽引采用工頻單相交流25 kV牽引制、最高運(yùn)行速度為300 km/h及其以上的高速鐵路中，全部采用的是AT供電方式，見(jiàn)表1。

2 變壓器接線型式研究

2.1 變壓器接線的型式

牽引變壓器是牽引變電所中的關(guān)鍵設(shè)備，它的接線型式較多，如單相牽引變壓器、V接線牽引變壓器、平衡型牽引變壓器和三相Y，牽引變壓器等。牽引變壓器類型的選擇應(yīng)綜合考慮電力系統(tǒng)容量、牽引負(fù)荷對(duì)電力系統(tǒng)的負(fù)序影響、安裝容量與基本電價(jià)和容量利用率等因素。

2.1.1 單相牽引變壓器

它的容量利用率高，牽引變壓器的安裝容量小，有利于電力機(jī)車再生能量的利用，但對(duì)電力系統(tǒng)的負(fù)序影響大，故應(yīng)在電力系統(tǒng)強(qiáng)大的地方優(yōu)先采用。單相牽引變電所具有負(fù)荷平穩(wěn)、電能損耗小、有效利用列車再生電能、運(yùn)營(yíng)費(fèi)用低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、設(shè)備數(shù)量少、運(yùn)營(yíng)維護(hù)方便和工程投資較低等優(yōu)點(diǎn)。另外采用單相牽引變壓器可減少在正常運(yùn)行條件下的接觸網(wǎng)電分相數(shù)量。

2.1.2 V接線牽引變壓器

在兩臂牽引負(fù)荷相等的前提下，V接線牽引變壓器的負(fù)序功率等于牽引負(fù)荷功率的50％。它結(jié)構(gòu)也較簡(jiǎn)單，牽引變電所的每個(gè)供電臂可單獨(dú)選取所需要的容量，它的實(shí)際安裝容量比單相牽引變壓器要大。

2.1.3 各類平衡型牽引變壓器

在兩臂牽引負(fù)荷相等的前提下，平衡型牽引變壓器的原邊三相是對(duì)稱的。它的過(guò)載能力強(qiáng)，容量利用率較高，可改善牽引變電所發(fā)生三相不平衡的概率和減少對(duì)電力系統(tǒng)的負(fù)序影響，平衡型牽引變壓器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資較大，它不宜應(yīng)用于高速鐵路牽引供電。

2.1.4 三相Y/牽引變壓器

它的容量利用率較低，對(duì)電力系統(tǒng)的負(fù)序影響介于單相牽引變壓器和平衡型牽引變壓器之間，而且制造和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)較成熟，仍然是電氣化工程中的基本選擇之一。

2.2 客運(yùn)專線牽引變壓器接線型式的選擇

客運(yùn)專線牽引負(fù)荷具有波動(dòng)性、幅值變化大、采用再生制動(dòng)后牽引變電所左右供電臂更不易平衡等特點(diǎn)，我國(guó)客運(yùn)專線所采用牽引變壓器的接線型式應(yīng)該多考慮適應(yīng)這些特點(diǎn)?？瓦\(yùn)專線主要有單相接線和“V”接線型式兩種形式。

2.2.1 單相牽引變壓器

當(dāng)牽引變電所中的牽引變壓器采用單相接線以外的類型時(shí)，牽引變電所處必須設(shè)電分相。電分相是牽引供電系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)，它在高速鐵路中的弊端尤為突出，過(guò)密的電分相不僅容易產(chǎn)生弓網(wǎng)受流硬點(diǎn)和弓網(wǎng)事故，還將影響列車運(yùn)行速度和車上相關(guān)設(shè)備的使用壽命，同時(shí)增加列車誤停電分相中性段的概率。采用單相牽引變壓器供電時(shí)，接觸網(wǎng)電分相的數(shù)量是其他接線型式牽引變壓器的一半。

2.2.2 “V”接線牽引變壓器

V接線牽引變壓器有兩種結(jié)構(gòu)型式：一種為變壓器副邊二個(gè)繞組裝在一個(gè)箱體內(nèi)，內(nèi)部連接成V接線；另一種為兩臺(tái)獨(dú)立單相變壓器在外部接成V接線。

采用兩臺(tái)單相變壓器V接線型式，對(duì)于電源側(cè)來(lái)說(shuō)，輸電線路是三相。220kV自然輸送容量為127 MW左右，滿足遠(yuǎn)期牽引變電所的牽引變壓器安裝容量的要求。其對(duì)線路的適應(yīng)性大于單相牽引變壓器。采用兩臺(tái)單相變壓器V接線型式，對(duì)于電源側(cè)來(lái)說(shuō)，等同于單臺(tái)三相V/V接線牽引變壓器，在兩臂牽引負(fù)荷相等的前提下，牽引變壓器的負(fù)序功率等于牽引負(fù)荷功率的50％，負(fù)序?qū)﹄娏ο到y(tǒng)的影響與單相接線相比較小。

3 我國(guó)客運(yùn)專線牽引供電系統(tǒng)可選擇方案

3.1 我國(guó)客運(yùn)專線牽引供電方式的選擇

客運(yùn)專線與常規(guī)電氣化鐵路主要有兩方面不同點(diǎn)：一方面是列車速度高，本線設(shè)計(jì)速度最高為350 km/h；另一方面是列車電流大，為維持列車的高速運(yùn)行，列車必須具備較大的牽引功率及牽引電流。

在客運(yùn)專線采用采用AT供電方式，不僅大大減少了電分相的數(shù)量，保證列車的高速運(yùn)行，而且可在一定程度上降低對(duì)接觸網(wǎng)載流量的要求和減輕牽引網(wǎng)電流密度，有利于接觸網(wǎng)的輕型化和系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)。

因此，借鑒國(guó)外高速鐵路牽引供電方式，從客運(yùn)專線技術(shù)平臺(tái)統(tǒng)一角度考慮，我國(guó)客運(yùn)專線正線采用AT供電方式，樞紐地區(qū)內(nèi)的高中速聯(lián)絡(luò)線、動(dòng)車組走行線、動(dòng)車段(動(dòng)車運(yùn)用所)采用帶回流線的直接供電方式或直接供電方式。

3.2 我國(guó)客運(yùn)專線接線型式建議

我國(guó)客運(yùn)專線牽引變電所的遠(yuǎn)期牽引負(fù)荷較大，而系統(tǒng)短路容量增長(zhǎng)有限和受系統(tǒng)負(fù)序承受能力的限制，以及大容量的單相牽引變壓器在生產(chǎn)工藝、運(yùn)輸及運(yùn)營(yíng)維護(hù)方面的局限性，在遠(yuǎn)期牽引變壓器仍采用單相接線型式的難度較大。

因此，我國(guó)客運(yùn)專線考慮到牽引變電所主接線在近遠(yuǎn)期實(shí)施的一致性、可擴(kuò)展性和可實(shí)施性，推薦采用單相變壓器在外部接成V接線的牽引變壓器接線型式，以單相接線型式作為備選方案。