电气化铁路牵引供电容量优化研究高博谭聚文曹琛 济南局集团公司青岛供电段山东青岛266071摘要：我国铁路事业取得了跨越式的发展，铁路里程不断增加，运行质量不断提高，同时也对相关技术提出了更高的要求。当前，电气化铁路牵引供电系统的应用，有着很强的负载能力，但容量过剩现象却一直存在，造成一定的资源浪费，因此对供电容量优化问题进行探讨是极为必要的。本文就电气化铁路牵引供电容量优化问题展开研究。关键词：电气化；铁路牵引；供电容量优化引言经济社会的发展，我国铁路建设不断加快，对牵引供电系统提出了更高的要求。当前来说，已投入运行的电气化铁路在初期的运量普遍不高，系统供电能力未得到充分的利用，也就造成了资源上的极大浪费。因此，相关技术人员应对电气化铁路牵引供电容量优化问题展开深入的分析，保证系统运行安全稳定的同时，尽可能的减少投资成本，实现效益的最大化。1电气化铁路牵引供电容量优化的意义牵引供电系统，主要用于为列车运行提供稳定、可靠的电能，以满足列车的用电需要。其主要由牵引变电所、牵引网等组成，前者实现了电能的转换与控制，进而为列车运行提供电能支持；后者则主要是实现了电能的安全传输。在当前的铁路系统，有着众多牵引变电所，能够将110kV、220kV的电压通过相应的技术变换为27.5kV、2×27.5kV的电压，并利用牵引网，对列车进行供电。电气化铁路牵引负荷具有以下特点：1）随机波动性。由于受到行驶过程中不同路况的影响，牵引负荷会发生一定的波动，从而对供电容量的利用率造成影响。2）非线性。列车对电能的获取属于非线性，会形成电压波动，对供电容量也就有了不同的需求。目前，电气化铁路的设计多分为近期及远期规划。牵引供电系统作为重要的基础设备，一般要按远期运行规划做到一次设计到位，以满足铁路未来发展的需要。铁路系统所要求的输送能力和牵引供电容量有着密不可分的关系。首先，远、近期的运输能力需要存在很大差别，近期需求往往较小，远期需求往往较大改为，再加上不同地域在经济发展方面的影响，造成了运输需求的不确定性，也就给牵引供电系统的设计带来了很大的挑战。如果依照近期运行需要来设计，则很可能在极短的时间内出现运能不足的问题；牵引供电系统作为重要的基础设备，一般要按远期运行规划做到一次设计到位，以满足铁路未来发展的需求。因此，对电气化铁路牵引供电容量进行优化设计就变得尤为重要。当前，已投入运行的电气化铁路在开始阶段的运量普遍不高，供电能力未得到充分的利用，也就造成了资源上的极大浪费。2电气化铁路牵引供电容量优化
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通过上述分析，在铁路建设的早期阶段，铁路里程相对有限，对牵引供电容量的需求不是很大，会导致一定程度的过剩问题，影响到牵引供电系统运行的经济性。因此，有关技术人员需要进一步提出牵引供电容量的优化方案。考虑将一部分变电所暂停运行，由临近的变电所提供电能，从而通过减少变电所数量来提升电能的利用率。3对方案的可行性分析3.1可行性分析为实现电气化铁路牵引供电容量的优化，要对提出的优化方案进行可行性分析。该过程需要对供电指标进行计算分析，通过构建全并联AT供电系统的仿真模型，包括外部电源、牵引变压器、牵引网等，基于Matlab/Simulink仿真平台来建立模型，对相应的供电指标进行计算，并对某些数据进行校验。首先，需要进行的是阻抗特性分析，结果
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明，方案一的牵引网抗阻能力低于方案二；其次，对牵引网电压水平进行仿真分析，结果表明，方案二中，尽管将接线更改为Ii，但仍然能够顺利实现2×27.5kVAT供电的支持，且运行稳定。对变压器温升和寿命损失情况进行对比分析如下：首先，我们将一部分牵引变电所暂停运行，变压器温升和寿命损失有所升高，但并未达到限值（一般来说，温升的限值为140℃，寿命损失的限值为24小时），可以满足供电容量优化的需要，该方案具有一定的可行性。要想进一步发挥该方案的优势，技术人员要在有效控制变压器温升、寿命损失的同时，尽量实现供电容量的优化。其次，将接线更改为Ii后，变压器温升尽管已接近140℃，但寿命损失远未达到限值，同样可以满足安全运行的需要，该方案同样具有可行性。3.2结果分析通过对方案一、方案二的可行性分析可知，两个方案都能够满足供电容量优化的需要。一方面，相关的技术指标均符合国家给定的规范
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，能够确保铁路列车的安全运行。另一方面，通过对供电容量的优化，都能减少铁路建设的投资成本，既避免了电能的无意义浪费，符合国家节能降耗的要求，又实现了综合效益的最大化，能够推动我国铁路建设事业的迅速发展。当然，不管是选择哪一个优化方案，都适用于列车密度不高的情况下，从而能够充分满足列车运行的用电需求。3.3列车编组数量对牵引变压器容量影响8辆编组与16辆编组动车组运行能耗可以近似认为相差一倍，在8辆编组和16辆编组动车组混跑的高铁线路，供电臂内16辆编组动车组决定了牵引变压器校核容量、最大需量。AT供电方式下，按3min追踪间隔布点的牵引供电系统，350km/h速度等级线路的典型供电臂长度约为25km，追踪间隔3min情况下供电臂内最多同时运行2对动车组，牵引变压器安装容量为2×(50+50)MVA；若追踪间隔增大至5min，则供电臂内最多同时运行1对动车组，牵引变压器安装容量可降为2×(25+25)MVA；追踪间隔超过5min，则对牵引变压器安装容量影响不大。250km/h速度等级线路的供电臂长度约为32km，追踪间隔3min情况下供电臂内最多可同时运行3对动车组，牵引变压器安装容量为2×(40+40)MVA；若追踪间隔增大至4min，则供电臂内最多同时运行2对动车组，牵引变压器安装容量可降为2×(31.5+31.5)MVA；若追踪间隔增大至8min，则供电臂内最多同时运行1对动车组，牵引变压器安装容量可降为2×(16+16)MVA；追踪间隔超过8min，则对牵引变压器安装容量影响不大。3.4行车组织对最大需量的影响最大需量容量考核应为15min平均最大负荷，目前我国高速铁路原则上按照高峰日客流需求编制基本列车运行图，实施日常、周末、节假日运行图，因此应按周末或节假日的高峰小时运输组织考核变压器最大需量。不同最大需量直接对变压器的安装容量及费用产生较大影响。高峰时段最大需量与高峰时段的列车追踪间隔、列车编组、列车对数有关。按照牵引变电所供电范围50km分析不同追踪间隔、编组、列车对数与最大需量关系。结语随着国民经济的快速发展，对铁路运输的需求不断增大，随之推动了我国铁路建设事业的迅速发展。同时，也对相关技术的研发提出了更高的要求。电气化铁路牵引供电系统作为重要的铁路设施，一方面提供了很强的负载能力，保证了列车的可靠运行，但另一方面也存在着容量过剩问题，系统供电能力未得到充分的利用，也就造成了资源上的很大浪费。参考文献：[1]陈宏伟，江全元.电气化铁路牵引变电所位置及安装容量优化设计[J].电力系统及其自动化学报，2016，28（11）：104-110.[2]罗培，陈跃辉，罗隆福，等.铁路电能质量控制系统容量优化设计[J].电工技术学报，2016，31（8）：181-188.[3]王雅婷.同相牵引供电系统牵引变压器容量优化设计[J].铁道机车车辆，2017，37（3）：64-66. -全文完-
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