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摘 要：本文主要分析了高速铁路在不同的供电方式下,容易出现的问题及产生的影响,在此基础上提出了解决的措施和建议,希望通过相关的改进措施达到更好地保护铁路沿线人员和设备安全的目的.
Abstract：Thispapermainlyanalyzesthepossibleproblemsofthehighspeedrailwayunderdifferentpowersupplymodeandproposessolutionsandsuggestions.Itishopedthatthesafetyofthepersonnelandequipmentalongtherailwaycanbebetterensuredthroughrelatedimprovementmeasures.
关 键 词：接触网回流；供电方式；钢轨电位；回流不畅；迂回电路；人身和设备安全
怎样写好接触网论文
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Keywords：overheadlinesystemreserve-flow；powersupplymode；railpotential；impededreserve-flow；circuitouscircuit；personnelandequipmentsafety
中图分类号：U223.6文献标识码：A文章编号：1006-4311（2015）12-0164-04
0引言
从实际应用来看,接触网主要是一种输电线路,具体来说,在使用过程中,沿着铁路线架设,向电力机车输送动力.其功能是将从牵引变电所获得的电能输送给电力机车.因接触网的电压等级一般在25kV到30kV之间,属高压等级,因此,为保证人身和设备安全,必须配套设计安全可靠的回流装置,以此与接触网构成接触网回流系统.
在我国现行铁路交通网络中,接触网回流系统按牵引网设备类型可分为直接供电（DF）方式、带回流线的直接供电（DN）方式、吸流变压器（BT）供电方式、自耦变压器（AT）供电方式和同轴电缆力电缆（CC）供电方式等.其中带回流线的直接供电（DN）方式经现场实践是简单稳定的供电方式,这种方式被普遍应用到普速及客运专线和城际铁路牵引供电系统中,它既包含大地回流、钢轨回流,又增加了可靠的回流线吸流回流,钢轨既支持列车运行,又是导线,由于钢轨与大地没有绝缘,钢轨、大地一起接受机车的牵引回流；回流线把钢轨、大地中的牵引回流引入牵引变电所的主变压器.现在大部分铁路列车的行驶速度和行车密度加大,在这种情况下,使用电气化动力的机车运行,会由于电流问题和电流故障导致一定的运行安全隐患.钢轨电位不能够得到有效的控制,从而在很大程度上加剧危险事故.从这种情况来看,在列车的实际运行过程中,如果不对过大的电流和电压采取合理有效的防治方式,就会给机车设备和工作人员带来危害.在本文的分析研究中,通过设计科学的回流系统,进而在一定程度上,保证回流系统的顺畅,实现轨道电位的平稳降低,从而提高铁路沿线设备和工作人员的安全性.
1交流牵引供电系统的供电回流方式
交流牵引供电系统是交流电气化铁路从电力系统接引电源,降压转换后给电力机车供电的电力网络.我国交流电气化铁道大多使用的是工频单相交流制.接触网架在铁路上方,机车受电弓与其摩擦受电；钢轨既支持列车运行,又是导线,由于钢轨与大地没有绝缘,钢轨、大地一起接受机车的牵引回流；回流线把钢轨、大地中的牵引回流再一次引入牵引变电所的主变压器.
牵引网供电方式的确定,需要考虑的因素较多,例如对于特殊供电功能的分析、供电经济性和安全性的分析,铁路运行区域的分析,这些因素,对于供电方式的选择,均有着非常重要的意义.从目前的实际情况来看,在大部分电气化铁路运行设计中,使用的是单边供电.
1.1直接供电方式这是一种最简单的供电方式,牵引网仅由接触网、钢轨（地）、吸上线组成,如图1所示.
1.2带回流线的直接供电方式这种供电方式是BT-回流线供电方式的简化形式,从技术层面来看,这种供电方式也可以说是直接供电方式的一种改进.一般在接触网上方或者外侧偏上架设.回流线与钢轨间的横连线间隔可视具体情况确定,一般可按1.5-5km设置.如图2所示.
带回流线的直接供电方式能使钢轨电位大为降低,对通讯干扰有较好的抑制作用,其效果与回流线的布置方式、根数,横连线的间隔及有无串联补偿有关.带回流线的直接供电方式由于没有吸流变压器,降低了牵引网的阻抗,使供电臂延长约30%,同时回流线断线不会影响正常供电,这与BT供电方式不同.研究和实践表明,这是一种有前途的供电方式,应用也较为广泛.
1.3BT供电方式BT供电方式即吸流变压器供电方式,有两种形式：有回流线形式和无回流线形式,分别如图3和图4所示.BT都是串入接触网的,间隔为1.5-4km,用于吸回地中电流,减少通信干扰.我国采用的BT供电方式都是BT-回流线方式,而英国、法国、瑞典两种方式都有应用,挪威只用BT-钢轨方式.
BT区段因为有吸流变压器“强迫”钢轨、大地中的电流经由回流线流回牵引变电所,钢轨和大地中的电流很小,大大减轻了对通信线路的干扰.BT供电方式增加了接触网的复杂性,提高了造价,因接触网中串联了吸流变压器,牵引网阻抗变大,接触网末端电压下降较快,供电臂长度将减小,约为直接供电方式的3/4.另外,因为存在火花间隙,所以不利于高速、重载等大电流运行.因此,BT供电方式近年来在新建线路已不再采用.
1.4AT供电方式自耦变压器供电方式简称为AT供电方式,由自耦变压器、正馈线、接触网、保护线和钢轨组成.这种供电方式能迫使大部分牵引回流由正馈线和钢轨流回牵引变电所.如图5所示.1.5AT供电方式AT供电方式牵引变电所输出电压为55kV,经自耦变压器向接触网供电,一端接正馈线,一端接接触网,中点抽头与钢轨相连.
2高速铁路供电回流系统分析
2.1高速铁路与常速铁路的主要区别
2.1.1高速铁路在运行过程中,需要的电流量很大,以我国目前最大功率的韶山4型电力机车为例,其需要的最大牵引电流约为380A,而16辆编组的动车组的牵引能够达到1000A.
2.1.2牵引网短路电流大.一般来说,通过220KV输电线为高速铁路牵引变电所进行供电,供电系统三相短路电流容量大,在实际工作运行过程中,最大可超过10000MVA,从理论上来讲,牵引变电所可以接无穷大电源.
2.1.3钢轨对地泄露电阻大.由于高速铁路的高架区段较多,在很多地方都是采用的无砟轨道整体道床,因此,在这种情况下,钢轨泄漏电阻大.
2.2不同情况下钢轨电位的分析在牵引供电系统中,牵引电流从变电所流出,经馈电线、接触网供给机车,然后牵引电流沿钢轨、大地和回流线回到变电所.牵引网电路模型可被简化等效成接触网与大地形成一个回路,轨道与大地形成另一个回路.如图6所示.
轨道泄漏电阻对钢轨电位影响较大,钢轨电位随着泄漏电阻的增大而增大,因此降低钢轨泄漏电阻能达到降低钢轨电位的目的.然而,高速客运专线广泛采用无砟轨道,并且我国客运专线高架区段多,这使得减小钢轨泄漏电阻变得很难,需要通过其他措施降低钢轨电位.
2.3钢轨电位分析的结论根据对上述不同情况下钢轨电位的相关分析,能够得出如下结论：
2.3.1一般来说,如果在电力机车在正常工作过程中,没有相应的综合地线,那么其钢轨的电位最大值就会接近200V,在这种情况下,已经超出了安全标准值；而如果在设置综合地线之后,就会降低钢轨电位的最大值,实际钢轨电位值不到50V.因此,可以知道,通过设置综合地线,可以很大程度上降低钢轨的电位.
2.3.2在不设综合地线的情况下,钢轨的电位非常高,一般来说能够达到2000V；不过在设置综合地线后,就会很明显的降低钢轨的电位.值得注意的是,如果是在发生故障的情况下,对于铁路轨道上面的作业人员,以及相关的接触钢轨,都会带来较大的安全隐患.
2.3.3如果接触网出现钢轨短路,在这种情况下,变电所周围3公里的地区,钢轨电位会比其他地方高出不少.其原因在于,发生了短路,在短路处的很大一部分电流,汇入了钢轨,再进入进入变电所接地系统.因此可以说,高速铁路变电所附近的是需要重点保护的地方,一定要切实加强绝缘保护.
2.3
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