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)簡單、建設(shè)成本低、運用和維護方便等優(yōu)點，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(牽引負荷)供電。為使單相的牽引負荷在三相公用電網(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供電臂的連接處和兩個牽引變電所之間的分區(qū)所處，或者說，通常情況下平均每個牽引變電所所轄范圍內(nèi)有兩個分相。隨著列車速度的不斷升高，在司機無法手動進行退級、關(guān)輔助機組、分主斷路器，靠列車慣性駛過中性段，再合主斷路器、合輔助機組、進級恢復牽引功率來完成過分相的情況下，為防止電力機車帶電通過分相時發(fā)生燃弧，而燒壞接觸網(wǎng)懸掛部件，甚至導致相間短路等事故，人們開發(fā)了自動過分相技術(shù)。自動過分相技術(shù)主要有地面開關(guān)自動切換過分相、車載自動過分相以及柱上開關(guān)自動過分相等幾種，但無論那一種自動過分相，都將造成供電斷點，影響列車牽引功率的持續(xù)發(fā)揮，同時，存在列車過分相時開關(guān)切換造成的暫態(tài)電氣過程，易產(chǎn)生較大的操作過電壓或過電流，可能導致牽引網(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行，另外，分相又有機械上的弱點，因此，分相仍然是整個牽引供電系統(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，在一條線路長度給定的情況下，最大限度地延長供電距離，即延長供電臂長度，如把目前電氣化鐵路二十幾公里的供電臂延長到七八十公里乃至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的安全隱患。
[0005]最大限度地延長供電臂長度還有利于實現(xiàn)缺電或無電地區(qū)的鐵路電氣化，如青藏尚原的川減鐵路、漠減鐵路等。隨著材料科學和制造技術(shù)的進步，電力電纜成本顯者下降，這為本發(fā)明的實施奠定了經(jīng)濟基礎(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)，它能有效地延長供電臂，減少分相。
[0007]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采的技術(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通過牽引母線TB給牽引電纜TC供電，牽引變電所SS通過負饋母線NB給負饋電纜NC供電；在分段所，牽引電纜TC與接觸網(wǎng)T通過分段母線W相并聯(lián)，負饋電纜NC與負饋線F通過分段母線W相并聯(lián)，同時通過開關(guān)K實現(xiàn)牽引電纜TC、負饋電纜NC、接觸網(wǎng)T及負饋線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通過牽引母線TB給牽引電纜TC供電，通過牽引母線NB給負饋電纜NC供電，在分段所31中，牽引電纜TC與接觸網(wǎng)T通過分段母線W相并聯(lián)，負饋電纜NC與負饋線F通過分段母線W相并聯(lián)，牽引電纜TC與接觸網(wǎng)T通過開關(guān)K實現(xiàn)分段；對于新建線路，負饋電纜NC可以取代負饋線F，即省去AT牽引網(wǎng)的負饋線F，而對于既有AT牽引網(wǎng)的改造時則可保留負饋線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，進一步延長供電距離，提高性價比。
[0010]牽引電纜TC和負饋電纜NC宜采用單芯電纜；牽引電纜TC和負饋電纜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)，無需額外占用走廊。
[0011]由于電纜相比架空線供電能力更強，供電距離更長，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，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介電常數(shù)高，可達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，當回路電流大小相同、方向相反時，等效分布感抗大大降低，因此電纜的波阻抗遠小于架空線，一般約為架空線的1/7，同時由于自然功率與波阻抗成反比，因此電纜的輸電能力相當于相同電壓等級架空線或接觸網(wǎng)的7倍。計算表明，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。
[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導線--地回路，其中牽引電纜TC-地回路由于電纜絕緣材料的相對介電常數(shù)高于絕緣介質(zhì)為空氣的鋼軌R-低回路(可達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。進一步，若將列車所在最近的2個分段所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)稱為長回路，那么，短回路主要承擔該回路的列車負荷，長回路則承擔全部列車負荷，其中長回路的牽引電纜將多擔負一些供電任務，長回路的直供牽引網(wǎng)就少擔負一些供電任務?？傊?，牽引電纜TC-鋼軌R回路使得長回路的供電能力更強，供電距離更長。
[0015]對于牽引電纜TC-負饋電纜NC回路而言，不僅由于電纜絕緣材料的相對介電常數(shù)高，可達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--負饋電纜NC回路與AT牽引網(wǎng)并聯(lián)時，牽引電纜TC-負饋電纜NC回路分配的電流就多得多，同時，其供電能力強得多，供電距離長得多。
[0016]同理，牽引電纜TC—負饋電纜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，供電能力強得多，供電距離長得多。
[0017]若將列車所在最近的兩個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)稱為長回路，那么，除了短回路承擔該列車負荷外，長回路的電纜將擔負主要供電任務，而長回路的AT牽引網(wǎng)只擔負很少的供電任務。即是說，AT牽引網(wǎng)主要負責本段(AT段)列車L的供電，長回路的電纜主要負責整個系統(tǒng)的供電。
[0018]牽引電纜TC和負饋電纜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，而對于新建鐵路，為了節(jié)約投資，可以簡化系統(tǒng)，省去負饋線F，其原理不變，所不同的是，原來負饋線F的負荷(電流)將由負饋電纜NC承擔。
[0019]考慮到牽引變電所對電纜(牽引電纜TC和負饋電纜NC)實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，則靠近首端的電纜截面要相對大，靠近末端的電纜截面要相對小。當采用標準截面電纜時，靠近首端的電纜根數(shù)要相對多，靠近末端的電纜根數(shù)要相對少。這樣，靠近首端的電纜的電阻更小，將在長回路中與其中的傳統(tǒng)供電系統(tǒng)相比分擔更多的供電任務，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且供電距離更長，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