电气化铁道节能技术探讨

电气化铁道节能技术探讨

发表时间：2017-12-28T15:35:09.417Z 来源：《防护工程》2017年第22期作者：李明许志万

[导读] 自科学家发现全球变暖以来，地球整体环境污染和有限能源危机已经成为全世界全人类面对的重大问题。

摘要：自科学家发现全球变暖以来，地球整体环境污染和有限能源危机已经成为全世界全人类面对的重大问题。最早我国在“十一五”计划当中提到了节能减排，之后的几年中又提出了一系列的文件来要推动在“十二五”计划中制定的具体工作，我国作为世界能源损耗大国也在为节能减排，建设节能环保资源节约新型社会而努力。铁道铁路这项行业在我国交通比例中占据着很大的比例，同时也消耗着大量的能源资源。

关键词：铁路电气化节能；变电所牵引；接触网技术

1. 电气化铁道概述

电气化铁路，是指以电能作为牵引动力的一种轨道交通运输形式，主要由牵引变电所、牵引网和电力机车三大元件组成。其中牵引变电所从地方电力系统引入的 110 kV 或220 kV高压，通过牵引变压器降至适合电力机车运行的 27． 5kV 电压，送至接触网，供给电力机车运行。其作用是接收、分配、输送电能。牵引网主要包括馈电线、接触网、钢轨、回流线和大地回路，接触网是其核心，是电气化铁道的主要供电设施，其功能是全天候不间断地向电力机车供电。由于电气化铁路采用的是电力二次能源，较其他牵引方式，其本身就具有很高的能源利用率，属于节能型交通运输方式。参照日本新干线及法国 TGV 和国内有关资料，按人km 标准能耗算，内燃机车牵引铁路为 2．86，电力牵引铁路为1．93，高速公路为 22． 05，飞机为 44． 1 。显然，电气化铁路的能耗最低。因此，大力发展电气化铁路有助于优化能源结构，实现节能减排。我国在 2008 年新修订的《中长期铁路规划》指出，到2020 年底我国铁路的电气化率要达到 60% 以上，截止 2013 年底我国电气化铁路总里程已突破 5．6 万 km，跃居世界第一。然而，随着电气化铁路的快速发展，其用电量也在不断攀升，作为节能型的交通运输方式，其能耗量还是比较高的。因此，若能进一步提高其能源利用率，将产生可观的节能减排效益。

2. 变电所牵引节能技术

2.1 采用节能型变压器。现今我国大部分

地区都采用节能型变压器，在选用变压器之前要考虑当前地区铁道运行的实际能源损耗情况综合判断。以此依据来选择参数适合的变压器，选择电能负荷和容量都合适的变压器，这样就基本可以满足设施的告诉正常运转。

2.2 采用换接相序的方式来减少负序电流带来的电能损耗

把变电所相邻的变压器的原边的各个端子与电力系统中不同的相相接，叫做换接相序。在机车运行中变电所牵引超负荷运行时会出现点能系统不对称运转从而产生负序电流，一旦出现负序电流就会对机车的变压器，电机等等设备形成能源的过量损耗。负序电流会造成变压器容量使用率的降低，并且增加能源的损耗还会增加整个电力网的损耗。所以来通过换接相序的方法来减少负序电流对电气化铁路节能是必须的措施和手段。

2.3 减少谐波和低功率因数带来的损耗

变压器牵引过程中的低功率因数会造成电机设备的工作能效的较少，增加了变输电及发电的成本，与此同时还会增加整个电力网络的能源损耗。还会出现电力谐波，其对变压器，电动机，发电机，都会造成过量的能源消耗。现今我们主要针对这两种损耗情况基本采取在牵引变电所的牵引一侧并联安装电容补偿装置。只是这种方法在实际运用当中存在着无功效补偿不高，投放不到位等一系列问题，诸如此类情况又可采取性能良好的动态型无功效补偿设备。该装置的特点是能够及时高速的调整无功功率来实行快速的电压调配及动态补偿，应该说这种装置是基本可以满足电气化铁道电力系统的无功补偿的要求。

3.牵引变电所节能技术

3.1 牵引变压器节能

在电力火车上以前利用传统的变压器，这类变压器本身需要消耗一定能源，空载损耗和负载损耗是主要损耗，利用牵引变压器降低了能源的损耗，对于提高其应用的现实有一定的意义，改善了电气化铁道技术，发挥了其现实意义，对于提高节能减排，保护生态环境起到一定作用，牵引变压器使用，对于提高电气化技术中能源消耗起到技术保障作用。

3.2 降低负序电流引起的损失

单相牵引负荷会引起三相电力系统的不对称运行，在电力系统中产生负序电流，负序电流由于其对电机、变压器等的影响造成了电能的损失。对发电机来说，负序电流的出现会导致发电机转子产生附加损耗和过热，同时还会限制发电机的出力，降低发电效率，造成电能损失;对电力变压器，负序电流的出现会使其容量利用率下降，同时产生附加的电能损失; 负序电流还会增大电网损耗。

3.3 降低谐波及低功率因数造成的损失

谐波的出现同样会造成发电机、电动机以及变压器的附加损耗;而低功率因数则会导致电气设备的效率降低，提高了发电和输变电的成本，同时还会造成输电网络的电能损失。目前，减少谐波影响及提高功率因数的措施主要是在牵引变电所牵引侧装设并联电容补偿装置，这也是电网中常用的无功补偿方案。但是由于并联电容补偿模式，大都采用手工投切，存在投切不及时、无功补偿效果不好等问题，且投切时易出现很高的过电压，导致严重的供电故障。要从根本上解决问题，最好的方法是采用性能优良的动态无功补偿装置。静止型动态无功补偿装置SVC 能够快速、平滑地调节无功功率，以实现动态补偿和快速电压调整，是一种较为实用的、基本符合电气化铁道牵引供电系统特点和要求的无功补偿装置，但 SVC 不可能做到瞬时无功控制。

4. 触网节能技术

4.1供电方式与能耗

电气化铁道的供电方式主要包括直接供电方式、吸流变压器(Booster-Transformer，BT)供电方式、自耦变压器(Auto-Transformer，AT)供电方式和同轴电缆(Coaxial Cable，CC)供电方式。不同的供电方式能耗不同。直接供电方式结构简单、回路阻抗低，电压水平好，电能损失小;BT 供电方式由于在线路上装设了吸流变压器，导致接触网阻抗增加，电能损失也随之增大;AT 供电方式由于其电压等级提高了