黼撼奄 电气化铁路牵引变电所节能技术分析 孙世凯（２２０２２２１ ９７５０８２８００１ ８） 中交隧道工程局有限公司 【摘要】随着铁路电气化建设的不断加快，用电量也将不断攀升。从 高。功率因数低将增加输电网络中的功率损失和电压损失，造成系统中 用电总量上来看，作为节能型交通运输方式的铁路仍然是用电大户，提高电 的电能损失。 气化铁路的能源用电效率，将产生可观的节能减排效益。本文对牵引变电所 ４．牵引变电所的节能措施 的能耗损失进行了分析，并针对每种损失阐述了相应的节能措施。 １）牵引变压器节能。要达到两个目标，一个是合理选择变压器的类 【关键词ｌ电气化铁路；牵引变电所Ｉ电能损失；节能措施 型。不同类型、不同容量的变压器电能损失不同，选择节能型牵引变压 器，即要求牵引变压器的空载损耗与短路损耗之比为１／５～１／６，甚至更 １、电气化铁路的组成 小，并且两种损耗的值也比较小，效率达９９％以上。另一个目标是合理 铁路机车按照牵引动力所使用的能源类别可分为：蒸汽机车、内燃 选择牵引变压器的容量。从经济上计算，如果适当增大牵引变压器容量 机车和电力机车三种。与此对应的铁路牵引方式也有蒸汽牵引、内燃牵 而引起的一次投资与基本电费费用增加，可以在近期内被减少的牵引 引和电力牵引三种。所谓电力牵引，就是由外电源供给动力车电能的牵 变压器电能损失支出的费用补偿，则是当增大牵引变压器容量是有意义 引方式。采用电力牵引的铁路称为电气化铁路。 的。 作为电气化铁路牵引动力的电力机车，本身不带能源。他必须从 ２）降低负序电流造成的损失。为了整体减少进入电力系统负序分 外部电源和牵引供电系统获得电能，电能经过变换后，输送到牵引电动 量，采用牵引变电所换接相序的措施。所谓换接相序，就是指个相邻牵 机，使牵引电动机旋转来驱动车轮转动今儿牵引列车运行。因此电气化 引变电所牵引变压器的原边各端子轮换接入电力系统中不同的相。如果 铁路除了＿一般的铁路线路、车站、通讯、信号灯设施外、还包括特殊的牵 各牵引变电所由统一电力系统供电，则各牵引变电所的牵引负荷在电力 引供电系统、电力机车以及相应的运行、维修和管理单位供电段、电力 系统中引起的总负序电流与每个牵引变电所引入的相序有关。为了达到 机务段、电力调度及其主管部门等。 减小单相牵引负荷在电力系统中引起的负序电流，减轻对电力系统负序 ２．国内外电气化铁路发展状况 影响的目的，通常采用牵引变电所换接相序的措施。 自１８９７年５Ｙｌ ３１日，在德国柏林举行的世界贸易博览会上，西门子公 ３）降低谐波及低功率因数造成的损失。在牵引变电所牵引侧装设 司和哈尔斯克公司展出了世界第一条电气化铁路以来，迄今，已经历了 并联补偿电容装置不仅可以减少谐波的影响，而且，又是提高牵引负荷 １２０多年。我国电气化铁路是从２０世纪５０年代初开始筹划的。当时，主要 功率因数的一种措施。 是讨论采用什么样的电流制与多高的额定电压。经过反复研究论证，结 ４）牵引网电压补偿。提高牵引网电压常见的方法有：缩短牵引网供 合国内外情况，确定我国电气化铁路采用工频单￣２５ＫＶ交流制。截至 电臂长度；加大馈线截面或增设加强导线；采用串联电容补偿装置；采 ２００７年底，全国铁路电气化里程达到２４４３３公里，电气化率达到２７％，使 用单相自耦调压器或增压器；采用ＡＴ供电方式，提高馈电电压。 机车牵引效率提高了２／３。２００８年１０月３１日， 中长期铁路网调整规划》 结束语 经国家批准正式颁布实施。调整规划明确了￣Ｕ２０２０年，全国铁路营业里 以上是针对电气化铁路的牵引变电所涉及到的电能损失及相应的 程达到ｌ２万公里以上的路网结构与布局方案，其中客运专线及城际铁路 节能措施展开的讨论，希望能对初学者有所帮助。 达到１．６万公里以上，复线率和电化率分别达￣Ｕ５Ｏ％和６０％以上，主要繁 忙干线实现客货分线。 参考文献 然而，随着特鲁电气化建设的不断加快，用电量也将不断攀升。从 【１］孙忠国．铁路运输节能减排技术【Ｍ】．化学工业出版社，２０１１，７ 用电总量上来看，作为节能型交通运输方式的铁路仍然是用电大户，提 ［２］岳祖润．高速铁路施工技术与管理［Ｍ］冲国铁道出版社，２０１Ｏ，９ 高电气化铁路的能源用电效率，将产生可观的节能减排效益。 作者简介 ３，牵引变电所对电能损失分析 孙世凯（１９７５．８一），男，中交隧道工程局有限公司，研究方向：道路桥 与牵引变电所相关的能量损失主要有两个部分，一部分是牵引变 梁交通工程、建筑电气工程及其自动化。 电所自身造成的能量损失，主要由牵引变压器引起的电能损失。另一部 分是由电气化铁路供电的特殊性引起的电力系统中的电能损失以及对 电力系统中设备造成影响，其中主要是电气化铁路产生的负序电流、谐 波电流以及牵引负荷的低功率因数造成的电能损失。 １）牵引变电所变压器引起的电能损失。牵引变压器的电能损失占整 （＞．＞上接第４８０页） 个电气化铁路电能损失的很大比重，由空载损耗和负载损耗两部分组 Ｏ．９５－１．０５ｖ之间，起到了良好的保护效果。 成，可分别通过变压器的空载试验和短路试验而得到。 在地下天然气钢制管道上实施阴极保护措施是保护管道的经济、 ２）牵引变电所负序引起的电能损失。牵引负荷是一种单相电力负 有效的措施，但阴极保护的后期运行和管理才是保障阴极保护发挥重 荷，具有单相性和不对称性，破坏了电力系统地三相对称性，产生 要作用的关键。管道在安装阴极保护后，保护电位不足是一个常见的问 负序电流。负序电流对电机、变压器都会造成影响，引起电能损失。经 题，针对每一个保护系统，应具体分析问题所在，找出症结，提出有效的 过研究分析，负序电流还会增大电网损耗。 技术改造措施，才能更加有效的发挥阴极保护的作用。 ３）牵引负荷谐波引起的电能损失分析 对于整个电力系统来讲，电气化铁路是一个很大的谐波源，对电力 参考文献 系统的正常运行造成了不良的影响，其中就包括电能的损失。由于谐波 【１］冯肇瑞主编．安全系统工程（第二版）． 台金工业出版社，１９９３ 的存在，使整个电气化铁路中的发电机、感应电动机、变压器都会产生 【２］葛燕等．混凝土中钢筋的腐蚀与阴极保护．化学工业出版社，２００７ 电能损失。尤｜为重要都是，谐波电流还会引起电力系统内的谐振。 ［５】城镇燃气设计规范，中华人民共和国国家标准，ＧＢ ５００２８－９５ ４）牵引负荷的低功率因数引起的电能损失分析 【４】（德）Ｗ．Ｖ．贝克曼编胡士信译．阴极保护手册．化学工业出版社， 过低的功率因数可以造成发电和输变电过程的损失，也可以造成 ２００５， 输电网络的电能损失。功率因数低将使得发电机组的输出能力和输变电 【５］李久青，杜翠薇．腐蚀试验方法及监测技术冲国石化出版社，２００７ 设备的供电能力降低，使电气设备的效率降低，发电和输变电的成本提 ［６（６］美）奥斯特洛夫等著．腐蚀控制手册．１９８５ ４８１
