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摘要：文章主要对客运专线牵引供电国内外方式和变压器接线形式进行了分析，提出了我国客运专线牵引供电系统的供电方式和变压器接线形式可能采用的方式，为我国客运专线的设计提供一点参考性建议。
关键词：客运专线；牵引供电；供电方式；系统研究
中图分类号：TM762.2 文献标识码：A 文章编号：1000-8136(2009)23-0043-02
2008年国家发改委对我国铁路中长期铁路网规划进行了新的调整，到2020年全国铁路运行里程达到12万km以上，运输能力满足国民能力和社会发展需要，主要技术装备达到或接近国际先进水平，建立省会城市及大众城市间的快速客运通道，规划“四纵四横”客运专线，建设客运专线1.6万km以上。
牵引供电系统是客运专线系统中重要组成部分之一。系统如何更安全、更可靠地运行。以满足高速动车组高密度、持续重荷载运行要求，与常规铁路相比产生许多新的观念、新的技术、新的设施装备。
1 牵引供电方式研究
1.1 主要牵引供电方式
目前世界各国所采用单相工频交流25 kV电气化铁路牵引网的供电方式，主要包括AT供电方式、直接供电方式(含带回流线的直接供电方式)和BT供电方式3种。
1.1.1 AT供电方式
它被广泛应用于日本、法国、俄罗斯、西班牙、英国、意大利、荷兰、东欧、印度、澳大利亚、新西兰和美国的高速、重载或繁忙于线中。我国于20世纪80年代初从日本成功引进了AT供电技术，实现了成套设备的国产化，并被成功地应用于京秦、大秦、京广线郑武段、侯月和神朔等重载或繁忙干线，积累了丰富的经验。
1.1.2 直接供电方式或带回流线的直接供电方式
在AT供电方式出现之前，它是一种基本和首选的供电方式，由于该供电方式具有牵引变电所和牵引网结构简单的特点，在我国电气化铁路干线上得到广泛采用，但它的防干扰能力一般。
1.1.3 BT供电方式
它曾在我国电气化工程中被采用，并解决了防干扰问题，但由于在接触网中串接吸流变压器，受电弓在通过接触网关节时易拉弧，特别是它的供电能力有限，因此BT供电方式在最近十年的电气化铁路建设中已不采用。
1.2 国外高速铁路的牵引供电方式
国外高速铁路已有近9 200 km，列车运营速度已达300 km/h以上，其中德国、法国和日本3个高速铁路发达国家代表了当今世界各国轮轨高速电气化铁路发展的先进模式，他们的牵引供电技术较成熟、可靠。
从国外已运营和正在建设的高速铁路来看，电力牵引采用工频单相交流25 kV牵引制、最高运行速度为300 km/h及其以上的高速铁路中，全部采用的是AT供电方式，见表1。
2 变压器接线型式研究
2.1 变压器接线的型式
牵引变压器是牵引变电所中的关键设备，它的接线型式较多，如单相牵引变压器、V接线牵引变压器、平衡型牵引变压器和三相Y，牵引变压器等。牵引变压器类型的选择应综合考虑电力系统容量、牵引负荷对电力系统的负序影响、安装容量与基本电价和容量利用率等因素。
2.1.1 单相牵引变压器
它的容量利用率高，牵引变压器的安装容量小，有利于电力机车再生能量的利用，但对电力系统的负序影响大，故应在电力系统强大的地方优先采用。单相牵引变电所具有负荷平稳、电能损耗小、有效利用列车再生电能、运营费用低、结构简单、可靠性高、设备数量少、运营维护方便和工程投资较低等优点。另外采用单相牵引变压器可减少在正常运行条件下的接触网电分相数量。
2.1.2 V接线牵引变压器
在两臂牵引负荷相等的前提下，V接线牵引变压器的负序功率等于牵引负荷功率的50％。它结构也较简单，牵引变电所的每个供电臂可单独选取所需要的容量，它的实际安装容量比单相牵引变压器要大。
2.1.3 各类平衡型牵引变压器
在两臂牵引负荷相等的前提下，平衡型牵引变压器的原边三相是对称的。它的过载能力强，容量利用率较高，可改善牵引变电所发生三相不平衡的概率和减少对电力系统的负序影响，平衡型牵引变压器的结构复杂，投资较大，它不宜应用于高速铁路牵引供电。
2.1.4 三相Y/牵引变压器
它的容量利用率较低，对电力系统的负序影响介于单相牵引变压器和平衡型牵引变压器之间，而且制造和运行经验较成熟，仍然是电气化工程中的基本选择之一。
2.2 客运专线牵引变压器接线型式的选择
客运专线牵引负荷具有波动性、幅值变化大、采用再生制动后牵引变电所左右供电臂更不易平衡等特点，我国客运专线所采用牵引变压器的接线型式应该多考虑适应这些特点。客运专线主要有单相接线和“V”接线型式两种形式。
2.2.1 单相牵引变压器
当牵引变电所中的牵引变压器采用单相接线以外的类型时，牵引变电所处必须设电分相。电分相是牵引供电系统中的薄弱环节，它在高速铁路中的弊端尤为突出，过密的电分相不仅容易产生弓网受流硬点和弓网事故，还将影响列车运行速度和车上相关设备的使用寿命，同时增加列车误停电分相中性段的概率。采用单相牵引变压器供电时，接触网电分相的数量是其他接线型式牵引变压器的一半。
2.2.2 “V”接线牵引变压器
V接线牵引变压器有两种结构型式：一种为变压器副边二个绕组装在一个箱体内，内部连接成V接线；另一种为两台独立单相变压器在外部接成V接线。
采用两台单相变压器V接线型式，对于电源侧来说，输电线路是三相。220kV自然输送容量为127 MW左右，满足远期牵引变电所的牵引变压器安装容量的要求。其对线路的适应性大于单相牵引变压器。采用两台单相变压器V接线型式，对于电源侧来说，等同于单台三相V/V接线牵引变压器，在两臂牵引负荷相等的前提下，牵引变压器的负序功率等于牵引负荷功率的50％，负序对电力系统的影响与单相接线相比较小。
3 我国客运专线牵引供电系统可选择方案
3.1 我国客运专线牵引供电方式的选择
客运专线与常规电气化铁路主要有两方面不同点：一方面是列车速度高，本线设计速度最高为350 km/h；另一方面是列车电流大，为维持列车的高速运行，列车必须具备较大的牵引功率及牵引电流。
在客运专线采用采用AT供电方式，不仅大大减少了电分相的数量，保证列车的高速运行，而且可在一定程度上降低对接触网载流量的要求和减轻牵引网电流密度，有利于接触网的轻型化和系统匹配设计。
因此，借鉴国外高速铁路牵引供电方式，从客运专线技术平台统一角度考虑，我国客运专线正线采用AT供电方式，枢纽地区内的高中速联络线、动车组走行线、动车段(动车运用所)采用带回流线的直接供电方式或直接供电方式。
3.2 我国客运专线接线型式建议
我国客运专线牵引变电所的远期牵引负荷较大，而系统短路容量增长有限和受系统负序承受能力的限制，以及大容量的单相牵引变压器在生产工艺、运输及运营维护方面的局限性，在远期牵引变压器仍采用单相接线型式的难度较大。
因此，我国客运专线考虑到牵引变电所主接线在近远期实施的一致性、可扩展性和可实施性，推荐采用单相变压器在外部接成V接线的牵引变压器接线型式，以单相接线型式作为备选方案。
关键词：客运专线；牵引供电；供电方式；系统研究
中图分类号：TM762.2 文献标识码：A 文章编号：1000-8136(2009)23-0043-02
2008年国家发改委对我国铁路中长期铁路网规划进行了新的调整，到2020年全国铁路运行里程达到12万km以上，运输能力满足国民能力和社会发展需要，主要技术装备达到或接近国际先进水平，建立省会城市及大众城市间的快速客运通道，规划“四纵四横”客运专线，建设客运专线1.6万km以上。
牵引供电系统是客运专线系统中重要组成部分之一。系统如何更安全、更可靠地运行。以满足高速动车组高密度、持续重荷载运行要求，与常规铁路相比产生许多新的观念、新的技术、新的设施装备。
1 牵引供电方式研究
1.1 主要牵引供电方式
目前世界各国所采用单相工频交流25 kV电气化铁路牵引网的供电方式，主要包括AT供电方式、直接供电方式(含带回流线的直接供电方式)和BT供电方式3种。
1.1.1 AT供电方式
它被广泛应用于日本、法国、俄罗斯、西班牙、英国、意大利、荷兰、东欧、印度、澳大利亚、新西兰和美国的高速、重载或繁忙于线中。我国于20世纪80年代初从日本成功引进了AT供电技术，实现了成套设备的国产化，并被成功地应用于京秦、大秦、京广线郑武段、侯月和神朔等重载或繁忙干线，积累了丰富的经验。
1.1.2 直接供电方式或带回流线的直接供电方式
在AT供电方式出现之前，它是一种基本和首选的供电方式，由于该供电方式具有牵引变电所和牵引网结构简单的特点，在我国电气化铁路干线上得到广泛采用，但它的防干扰能力一般。
1.1.3 BT供电方式
它曾在我国电气化工程中被采用，并解决了防干扰问题，但由于在接触网中串接吸流变压器，受电弓在通过接触网关节时易拉弧，特别是它的供电能力有限，因此BT供电方式在最近十年的电气化铁路建设中已不采用。
1.2 国外高速铁路的牵引供电方式
国外高速铁路已有近9 200 km，列车运营速度已达300 km/h以上，其中德国、法国和日本3个高速铁路发达国家代表了当今世界各国轮轨高速电气化铁路发展的先进模式，他们的牵引供电技术较成熟、可靠。
从国外已运营和正在建设的高速铁路来看，电力牵引采用工频单相交流25 kV牵引制、最高运行速度为300 km/h及其以上的高速铁路中，全部采用的是AT供电方式，见表1。
2 变压器接线型式研究
2.1 变压器接线的型式
牵引变压器是牵引变电所中的关键设备，它的接线型式较多，如单相牵引变压器、V接线牵引变压器、平衡型牵引变压器和三相Y，牵引变压器等。牵引变压器类型的选择应综合考虑电力系统容量、牵引负荷对电力系统的负序影响、安装容量与基本电价和容量利用率等因素。
2.1.1 单相牵引变压器
它的容量利用率高，牵引变压器的安装容量小，有利于电力机车再生能量的利用，但对电力系统的负序影响大，故应在电力系统强大的地方优先采用。单相牵引变电所具有负荷平稳、电能损耗小、有效利用列车再生电能、运营费用低、结构简单、可靠性高、设备数量少、运营维护方便和工程投资较低等优点。另外采用单相牵引变压器可减少在正常运行条件下的接触网电分相数量。
2.1.2 V接线牵引变压器
在两臂牵引负荷相等的前提下，V接线牵引变压器的负序功率等于牵引负荷功率的50％。它结构也较简单，牵引变电所的每个供电臂可单独选取所需要的容量，它的实际安装容量比单相牵引变压器要大。
2.1.3 各类平衡型牵引变压器
在两臂牵引负荷相等的前提下，平衡型牵引变压器的原边三相是对称的。它的过载能力强，容量利用率较高，可改善牵引变电所发生三相不平衡的概率和减少对电力系统的负序影响，平衡型牵引变压器的结构复杂，投资较大，它不宜应用于高速铁路牵引供电。
2.1.4 三相Y/牵引变压器
它的容量利用率较低，对电力系统的负序影响介于单相牵引变压器和平衡型牵引变压器之间，而且制造和运行经验较成熟，仍然是电气化工程中的基本选择之一。
2.2 客运专线牵引变压器接线型式的选择
客运专线牵引负荷具有波动性、幅值变化大、采用再生制动后牵引变电所左右供电臂更不易平衡等特点，我国客运专线所采用牵引变压器的接线型式应该多考虑适应这些特点。客运专线主要有单相接线和“V”接线型式两种形式。
2.2.1 单相牵引变压器
当牵引变电所中的牵引变压器采用单相接线以外的类型时，牵引变电所处必须设电分相。电分相是牵引供电系统中的薄弱环节，它在高速铁路中的弊端尤为突出，过密的电分相不仅容易产生弓网受流硬点和弓网事故，还将影响列车运行速度和车上相关设备的使用寿命，同时增加列车误停电分相中性段的概率。采用单相牵引变压器供电时，接触网电分相的数量是其他接线型式牵引变压器的一半。
2.2.2 “V”接线牵引变压器
V接线牵引变压器有两种结构型式：一种为变压器副边二个绕组装在一个箱体内，内部连接成V接线；另一种为两台独立单相变压器在外部接成V接线。
采用两台单相变压器V接线型式，对于电源侧来说，输电线路是三相。220kV自然输送容量为127 MW左右，满足远期牵引变电所的牵引变压器安装容量的要求。其对线路的适应性大于单相牵引变压器。采用两台单相变压器V接线型式，对于电源侧来说，等同于单台三相V/V接线牵引变压器，在两臂牵引负荷相等的前提下，牵引变压器的负序功率等于牵引负荷功率的50％，负序对电力系统的影响与单相接线相比较小。
3 我国客运专线牵引供电系统可选择方案
3.1 我国客运专线牵引供电方式的选择
客运专线与常规电气化铁路主要有两方面不同点：一方面是列车速度高，本线设计速度最高为350 km/h；另一方面是列车电流大，为维持列车的高速运行，列车必须具备较大的牵引功率及牵引电流。
在客运专线采用采用AT供电方式，不仅大大减少了电分相的数量，保证列车的高速运行，而且可在一定程度上降低对接触网载流量的要求和减轻牵引网电流密度，有利于接触网的轻型化和系统匹配设计。
因此，借鉴国外高速铁路牵引供电方式，从客运专线技术平台统一角度考虑，我国客运专线正线采用AT供电方式，枢纽地区内的高中速联络线、动车组走行线、动车段(动车运用所)采用带回流线的直接供电方式或直接供电方式。
3.2 我国客运专线接线型式建议
我国客运专线牵引变电所的远期牵引负荷较大，而系统短路容量增长有限和受系统负序承受能力的限制，以及大容量的单相牵引变压器在生产工艺、运输及运营维护方面的局限性，在远期牵引变压器仍采用单相接线型式的难度较大。
因此，我国客运专线考虑到牵引变电所主接线在近远期实施的一致性、可扩展性和可实施性，推荐采用单相变压器在外部接成V接线的牵引变压器接线型式，以单相接线型式作为备选方案。