电气化铁路双边供电系统性能分析.docVIP

摘要 受到中国的供电体制以及运行管理机制的影响，中国的交流电气化铁路使用单边输电的工作形式。伴随电力系统的持续发展，供电网络的输送电压同之前比较，有了提高，如今已达到220KV，对于电网构建更加完善的地区，甚至达到了500KV。为了提高电能质量，可以在牵引变电所增加同相补偿装置，同时为了能够使左右两供电臂电压相位相同，可以采用原边侧取消换相连接，和将设置在变电所出口处的电分相去除的办法。持续改善和优化供电网络以及牵引电网将有助于实现交流电驱动铁路双边输电。电驱动铁路实现双边输电，会把分区所的电分相消除，有利于提升铁路的运载性能以及和运行速度。可是，真正实现双边输电后，其形成的均衡电流相对较大，可能会对电力系统的安全运行产生影响，不被电力系统所接受。因此，寻找能够解决均衡电流的途径，对电力网络以及牵引供电系统的平稳运载意义重大。 文章重点介绍了电气化铁路牵引供电网络的供电形式，和对双边供电网络的研究，得出供电网络等值阻抗同牵引供电网络等值阻抗的比值会对均衡电流产生影响，然后就是描述了均衡电流的改善方法。 关键词 双边供电；均衡电流；电气化铁路 第1章 绪论 1.1 电气化轨道起源与发展 自从英国物理学家法拉第于十九世纪发现电磁感应的物理现象以后，在人们的生产生活中对此种现象的使用就逐步开始了。1825年，蒸汽机车诞生于英国，从此开辟了一条全新的运输方式。自1834年起，电力牵引开始实用化，当时美国科学及Thomas Davenport通过电磁感应现象发明了电动机，并带动车辆在铁路上行驶。1842年英国的Robert Davidson在爱丁堡到格拉斯哥的铁路上通过玻璃槽式蓄电池作为电源，制造了1辆重约5吨的电动机车，利用整流子式电动机带动车辆前行。美国的Hoare在1850年逐步使用陆地上的电源作为牵引动力，带动车辆行驶。可是以上的方法，不论是在机车上的还是在陆地上的,通常都是使用电池作为能源。1861年德国的Werner von Siemens通过电磁感应现象发明了发电机。1866年他又成功研制了第一台直流电动机，进而开辟了无需以电池为能源的全新的供电方式。后来由经过长达半个世纪的不懈努力经，最终的投入实践使用的目标得以实现。俄国工程师Φ.A.皮洛斯基于1876年在彼得堡首次采用钢轨作为“接触网”给“电力机车”供电，这是最早的“接触轨”，因绝缘需要，“列车”采用木制车轮；1879年Von Siemens设计并制造出了世界上第一套具有现代电气化轨道交通雏形的“电气化轨道交通系统”并于当年5月31日在德国柏林世界贸易会上运行展出。此系统包括“300m椭圆形轨道(轨距1m)一条、一根直流150V供电轨(位于行车轨道之间)、一辆由2.2千瓦直流驱动的 ‘电力机车’以及四节车厢”，其中，单节车厢能够装载六个人，最大行驶速度为14Km/h。在为期4个月的展示期间，共运送旅客八万多人次。此电气化轨道如今看来比游乐场的玩具还要小，可是它却是全球高速电气化轨道运送的先行者。 1881年，在法国巴黎举行的全球电工博览会上，通过两条架空输电线进行供电的“架空式接触网”首次在出现在公众面前；美国科学家C.J.范德波尔在1884年的多伦多农业博览会上通过1根带轮的集电杆以及一条架空接触线为机车供电利用铁质轨道做回路；1889年德国首次出现了弓状集电器；1893年英国首次利用电气牵引改造伦敦地铁，彻底消除了因蒸汽机车牵引造成的环境污染;1893～1895年，欧洲、美洲、亚洲都逐渐修建了十公里左右的直流电气化轨道运输线路；十九世纪末至二十世纪初，欧洲率先开辟了首条三相交流电气化轨道运输线路；1903年末，德国AEG公司设计生产的三相电动车创下了210km/h的试验速度，因需由三根接触导线(各为相)向电动车供电，接触网的结构过于复杂，且列车无法通过道岔，因此，三相交流电气化铁路没有得到发展和实际应用。 早期的电力牵引均采用直流，一方面是受制于当时的电力技术，另一方面是串联整流子电机具有良好的扭矩——速度双曲线特性。直流牵引存在电压低、牵引电流大、传输距离短等不足因此，从20世纪初起，人们一直致力于将串联电机在牵引方面的优点和交流电的可变压特性结合起来，进行三相公共电网向电气化轨道交通系统供电的研究，但受制于当时的技术条件，有三个问题难以解决:（1）50Hz单相串联电机的整流子因输入端绕组产生与频率存在正比关系的电压而磨损严重。（2）距离接触网较近的电缆线路中形成很强的，和频率存在正比关系的感应干扰。（3）在三相电网里形成明显的异常的电压不平衡值。为此，德国采用了为电气化铁路建造单相独立电网，并将电网频率降低至工频的三分之一的单相AC15KV、16.7Hz供电制式。1912～1913年德国在实际工程中首次采用了这种供电制式并沿用至今；1953年法国成功开