一種電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電氣化鐵路牽引供電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及干線鐵路的工頻單相牽引供電技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]單相牽引供電系統(tǒng)所具有的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、建設(shè)成本低、運(yùn)用和維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，決定了電氣化鐵路上普遍采用取自公用電網(wǎng)的工頻單相交流電為列車(牽引負(fù)荷)供電。為使單相的牽引負(fù)荷在三相公用電網(wǎng)中盡可能平均分配，電氣化鐵路采用輪換相序、分相分區(qū)供電的方案。分相分區(qū)處的相鄰供電區(qū)之間用分相絕緣器分割，形成電分相，也稱分相。
[0003]電氣化鐵路的分相通常設(shè)在牽引變電所出口兩個(gè)供電臂的連接處和兩個(gè)牽引變電所之間的分區(qū)所處，或者說(shuō)，通常情況下平均每個(gè)牽引變電所所轄范圍內(nèi)有兩個(gè)分相。隨著列車速度的不斷升高，在司機(jī)無(wú)法手動(dòng)進(jìn)行退級(jí)、關(guān)輔助機(jī)組、分主斷路器，靠列車慣性駛過(guò)中性段，再合主斷路器、合輔助機(jī)組、進(jìn)級(jí)恢復(fù)牽引功率來(lái)完成過(guò)分相的情況下，為防止電力機(jī)車帶電通過(guò)分相時(shí)發(fā)生燃弧，而燒壞接觸網(wǎng)懸掛部件，甚至導(dǎo)致相間短路等事故，人們開發(fā)了自動(dòng)過(guò)分相技術(shù)。自動(dòng)過(guò)分相技術(shù)主要有地面開關(guān)自動(dòng)切換過(guò)分相、車載自動(dòng)過(guò)分相以及柱上開關(guān)自動(dòng)過(guò)分相等幾種，但無(wú)論那一種自動(dòng)過(guò)分相，都將造成供電斷點(diǎn)，影響列車牽引功率的持續(xù)發(fā)揮，同時(shí)，存在列車過(guò)分相時(shí)開關(guān)切換造成的暫態(tài)電氣過(guò)程，易產(chǎn)生較大的操作過(guò)電壓或過(guò)電流，可能導(dǎo)致牽引網(wǎng)與車載設(shè)備燒損等事故，影響供電可靠性和列車安全運(yùn)行，另外，分相又有機(jī)械上的弱點(diǎn)，因此，分相仍然是整個(gè)牽引供電系統(tǒng)中最薄弱的環(huán)節(jié)，是高速鐵路乃至整個(gè)電氣化鐵路牽引供電可靠性的瓶頸。
[0004]消除分相不良影響的根本舉措是取消分相。顯然，在一條線路長(zhǎng)度給定的情況下，最大限度地延長(zhǎng)供電距離，即延長(zhǎng)供電臂長(zhǎng)度，如把目前電氣化鐵路二十幾公里的供電臂延長(zhǎng)到七八十公里乃至100公里以上，可以最大限度地減少分相，從而最大限度地避免分相帶來(lái)的安全隱患。
[0005]最大限度地延長(zhǎng)供電臂長(zhǎng)度還有利于實(shí)現(xiàn)缺電或無(wú)電地區(qū)的鐵路電氣化，如青藏尚原的川減鐵路、漠減鐵路等。隨著材料科學(xué)和制造技術(shù)的進(jìn)步，電力電纜成本顯者下降，這為本發(fā)明的實(shí)施奠定了經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)，它能有效地延長(zhǎng)供電臂，減少分相。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采的技術(shù)方案為:一種電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)，包括牽引變電所SS、接觸網(wǎng)T、鋼軌R，列車L在接觸網(wǎng)T與鋼軌R之間受電，其中，接觸網(wǎng)T和鋼軌R構(gòu)成直供牽引網(wǎng)，牽引變電所SS通過(guò)牽引母線TB給牽引電纜TC供電，牽引變電所SS通過(guò)負(fù)饋母線NB給負(fù)饋電纜NC供電；在分段所，牽引電纜TC與接觸網(wǎng)T通過(guò)分段母線W相并聯(lián)，負(fù)饋電纜NC與負(fù)饋線F通過(guò)分段母線W相并聯(lián)，同時(shí)通過(guò)開關(guān)K實(shí)現(xiàn)牽引電纜TC、負(fù)饋電纜NC、接觸網(wǎng)T及負(fù)饋線F的分段。
[0008]在此基礎(chǔ)上，可以發(fā)展到AT牽引網(wǎng):自耦變41\與接觸網(wǎng)T、負(fù)饋線F構(gòu)成AT牽引網(wǎng)，自耦變AT1設(shè)置在分段所S i中，牽引變電所SS通過(guò)牽引母線TB給牽引電纜TC供電，通過(guò)牽引母線NB給負(fù)饋電纜NC供電，在分段所31中，牽引電纜TC與接觸網(wǎng)T通過(guò)分段母線W相并聯(lián)，負(fù)饋電纜NC與負(fù)饋線F通過(guò)分段母線W相并聯(lián)，牽引電纜TC與接觸網(wǎng)T通過(guò)開關(guān)K實(shí)現(xiàn)分段；對(duì)于新建線路，負(fù)饋電纜NC可以取代負(fù)饋線F，即省去AT牽引網(wǎng)的負(fù)饋線F，而對(duì)于既有AT牽引網(wǎng)的改造時(shí)則可保留負(fù)饋線F。
[0009]另外，本發(fā)明可以在牽引電纜TC末端串聯(lián)直供牽引網(wǎng)，或者在牽引電纜TC和負(fù)饋電纜NC末端串聯(lián)AT牽引網(wǎng)，以減少電纜用量，節(jié)約投資，進(jìn)一步延長(zhǎng)供電距離，提高性價(jià)比。
[0010]牽引電纜TC和負(fù)饋電纜NC宜采用單芯電纜；牽引電纜TC和負(fù)饋電纜NC盡可能緊密布置，可以與接觸網(wǎng)T同桿連續(xù)架設(shè)于田野側(cè)，或沿鐵路敷設(shè)于電纜溝內(nèi)，無(wú)需額外占用走廊。
[0011]由于電纜相比架空線供電能力更強(qiáng)，供電距離更長(zhǎng)，可以減少鐵路與公用電網(wǎng)接口，節(jié)省外部電源投資，也便于日常管理。
[0012]為了增強(qiáng)供電可靠性，可以考慮電纜的100%備用方式，或者η路工作+m路備用，或者η路工作電纜和m路備用電纜并聯(lián)工作，只在檢修或故障時(shí)，退出一路或一路中的故障部分。
[0013]本發(fā)明的工作原理是:供電回路的波阻抗隨著分布電容增大而減小，隨著分布電抗增大而增大。由于電纜絕緣材料的相對(duì)介電常數(shù)高，可達(dá)4?5，電纜回路布置緊密，分布電容大大增加，而電纜回路布置緊密還使其互感增加，甚至趨近自感，當(dāng)回路電流大小相同、方向相反時(shí)，等效分布感抗大大降低，因此電纜的波阻抗遠(yuǎn)小于架空線，一般約為架空線的1/7，同時(shí)由于自然功率與波阻抗成反比，因此電纜的輸電能力相當(dāng)于相同電壓等級(jí)架空線或接觸網(wǎng)的7倍。計(jì)算表明，25kV同軸電纜的自然功率為25kV接觸網(wǎng)的8.49倍，供電距離也同比例延長(zhǎng)。
[0014]牽引電纜TC-鋼軌R回路與直供牽引網(wǎng)(接觸網(wǎng)T-鋼軌R回路)的電流分配與其回路阻抗成反比。牽引電纜TC--鋼軌R回路可以分解為兩個(gè)導(dǎo)線--地回路，其中牽引電纜TC-地回路由于電纜絕緣材料的相對(duì)介電常數(shù)高于絕緣介質(zhì)為空氣的鋼軌R-低回路(可達(dá)4?5倍)而使其分布電容較大，牽引電纜TC-地回路與鋼軌R-低回路的互感也有一定的抵消自感的作用，因此牽引電纜TC-鋼軌R回路的阻抗比直供牽引網(wǎng)的阻抗小些，而分配的電流就多一些。進(jìn)一步，若將列車所在最近的2個(gè)分段所S1及其之間的直供牽引網(wǎng)稱為短回路，短回路到牽引變電所SS的牽引電纜及其并聯(lián)的直供牽引網(wǎng)稱為長(zhǎng)回路，那么，短回路主要承擔(dān)該回路的列車負(fù)荷，長(zhǎng)回路則承擔(dān)全部列車負(fù)荷，其中長(zhǎng)回路的牽引電纜將多擔(dān)負(fù)一些供電任務(wù)，長(zhǎng)回路的直供牽引網(wǎng)就少擔(dān)負(fù)一些供電任務(wù)?？傊?，牽引電纜TC-鋼軌R回路使得長(zhǎng)回路的供電能力更強(qiáng)，供電距離更長(zhǎng)。
[0015]對(duì)于牽引電纜TC-負(fù)饋電纜NC回路而言，不僅由于電纜絕緣材料的相對(duì)介電常數(shù)高，可達(dá)4?5，電纜回路布置緊密，分布電容大大增加，還因電纜回路布置緊密使其互感增加，甚至趨近自感，且兩回路電流大小相同、方向相反，等效分布感抗大大降低，其阻抗接近其電阻，比上述的牽引電纜TC-鋼軌R回路的阻抗小得多，也比AT牽引網(wǎng)的阻抗小得多。牽引電纜TC--負(fù)饋電纜NC回路與AT牽引網(wǎng)并聯(lián)時(shí)，牽引電纜TC-負(fù)饋電纜NC回路分配的電流就多得多，同時(shí)，其供電能力強(qiáng)得多，供電距離長(zhǎng)得多。
[0016]同理，牽引電纜TC—負(fù)饋電纜NC回路的阻抗比AT牽引網(wǎng)的阻抗小得多，分配的電流就多得多，供電能力強(qiáng)得多，供電距離長(zhǎng)得多。
[0017]若將列車所在最近的兩個(gè)AT1及其之間的AT牽引網(wǎng)稱為短回路(亦稱AT段)，短回路到牽引變電所SS的電纜及其并聯(lián)的AT牽引網(wǎng)稱為長(zhǎng)回路，那么，除了短回路承擔(dān)該列車負(fù)荷外，長(zhǎng)回路的電纜將擔(dān)負(fù)主要供電任務(wù)，而長(zhǎng)回路的AT牽引網(wǎng)只擔(dān)負(fù)很少的供電任務(wù)。即是說(shuō)，AT牽引網(wǎng)主要負(fù)責(zé)本段(AT段)列車L的供電，長(zhǎng)回路的電纜主要負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的供電。
[0018]牽引電纜TC和負(fù)饋電纜NC與AT牽引網(wǎng)相并聯(lián)的技術(shù)方案更適用于既有AT牽引網(wǎng)的改造，而對(duì)于新建鐵路，為了節(jié)約投資，可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)，省去負(fù)饋線F，其原理不變，所不同的是，原來(lái)負(fù)饋線F的負(fù)荷(電流)將由負(fù)饋電纜NC承擔(dān)。
[0019]考慮到牽引變電所對(duì)電纜(牽引電纜TC和負(fù)饋電纜NC)實(shí)施單邊供電具有首端(靠近牽引變電所的一端)電流大、末端電流小的特點(diǎn)，則靠近首端的電纜截面要相對(duì)大，靠近末端的電纜截面要相對(duì)小。當(dāng)采用標(biāo)準(zhǔn)截面電纜時(shí)，靠近首端的電纜根數(shù)要相對(duì)多，靠近末端的電纜根數(shù)要相對(duì)少。這樣，靠近首端的電纜的電阻更小，將在長(zhǎng)回路中與其中的傳統(tǒng)供電系統(tǒng)相比分擔(dān)更多的供電任務(wù)，有利于靠近首端的接觸網(wǎng)輕型化。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0021]—、本發(fā)明的供電能力和電壓水平主要由電纜決定，因電纜供電能力更強(qiáng)且供電距離更長(zhǎng)，分相更少，還可以減少鐵路與公用電網(wǎng)接口，既節(jié)省了外部電源投資，又便于日常管理。
[0022]二、本發(fā)明所用電纜可以與接