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摘要：随着我国经济的快速发展，电气化铁路网不断的完善，已经成为促进我国经济社会快速发展的有力保障，随着铁路电缆牵引供电方式和电缆机车性能的不断完善，应加强对电气化铁道技术方面的研究，尤其是对现有问题的分析，并解决存在的问题，以保证行车的安全。本文对当前电气化铁路高压电缆牵引网电气特性进行研究。
关键词：电气化；铁路高压电缆；牵引供电系统；存在问题；对策
一、电力牵引的特点及优越性
电气化铁路的供电系统是由发电厂集中提供电能，经变电站，通过高压输电线（110kV）传输给牵引变电所，转变成电压27.5kV或55kV送到接触网上，供给沿线运行的电力机车。而牵引供电是指电力系统从铁路牵引变电所开始，向牵引接触网的供电。电力牵引是一种新型有轨运输牵引动力形式。在干线铁路、城市轨道交通运输和工矿运输中有着广泛的作用。电力牵引是利用电能作为牵引动力，将电能转换为机械能，驱动铁路列车、电动车组和城市轨道交通车辆等有轨运输工具运行的一种运输形式。
电力牵引按其牵引网供电电流制式不同，分为工频单相交流制、低频单相交流制和直流制。我國电气化铁路采用工频单相交流制电力牵引，直流制电力牵引仅用于城市轨道交通运输系统和工矿运输系统。我国电力牵引供电系统的主要特点有以下几方面：
电力机车是单相移动性随机负荷，是一种负序源。
非线性整流器机车，成为一种谐波源，并从电力系统和牵引供电系统获取无功。
供电方式及设备种类多样化，有直接供电方式、带回流线的直接供电方式、串联吸流变压器、BT供电方式、自耦变压器AT供电方式，这些供电方式的技术和经济特性有较大的差异。对牵引变压器，有单相、YN，d11接线、斯科特接线、伍德桥接线、阻抗匹配平衡型、三相不等容量型等形式，它们具有不同的结构和性能特点。由于供电方式不同，接触网结构类型也较多。
牵引供电系统和电力机车在电气上是—个连续的整体，易于实现自动化和信息化管理。
电力牵引的优越性主要有以下几点：
电力牵引的能量取于强大的电力系统，牵引动力大，能最大限度适应铁路运输多拉快跑的需要。据有关资料统计，电力牵引的生产效率比内燃机车的生产效率高50%以上，对于客货运输繁忙的铁路干线，电力牵引的这种优越性尤为显著。
电力牵引节省能源，经济效益好
一方面电力机车本身的电能转换效率高；另一方面，电力的生产能够高效率地综合利用各种廉价的自然能源，这对于节约国家有限的煤炭、石油资源，提高铁路运输的经济效益十分有利。
电力机车运行时不会产生有害气体，对铁路沿线的居民和列车乘客不会造成危害，特别是在多隧道的山区线路，这种无有害气体产生的优点更为可贵。电力机车的司乘人员工作条件好，维护检修工作量小，大大降低了工人的劳动强度。
二、牵引供电问题分析
1.无功功率
电力机车是具有随机变化特点的感性负载，基波电流会滞后电压的一定角度，由于变压器、牵引电机设备的非线性，电力电子器件非线性的调节作用，导致机车的电流中包含大量在三相供电系统中的不对称分布的谐波成分，牵引负载功率大、时间和空间分布随机性强及三相不对称的特点导致牵引供电系统成为电力系统中的主要无功源。供电系统无功功率损耗增加，供电设备和线路的发热量增加，使得线路和设备的使用寿命降低，增加无功功率会使得电流增加，从而使得发电机、变压器及其他电气设备和导线的容量增加。
2.负序电流
我国的电气化铁路是通过三相电力系统经牵引变压器将110KV电压降为27.5KV后向牵引网和电力机车进行单相供电。由于牵引变压器不对称的供电方式，使得供电设备产生一定的危害。
3.谐波电流
电力系统所产生的谐波和其他的整流负荷产生的谐波一样，给电力系统及用户带来严重的危害，尤其是牵引负荷与波动性方面，具有负荷功率大、波动性强的特点。这些危害十分的突出。谐波会增加公共电网中的各元件的谐波损耗，降低用电、输电、发电设备的效率，导致线路过热而引起火灾。
三、对于中国高速铁路牵引供电系统关键性技术的研究
1.对于全并联AT供电系统的分析
全并联AT供电系统被普遍的应用到高速铁路之中，全并联AT网则是复线AT网的实际基础上，下线路在AT位置经由连线所完成的并联连接方式，上下行共用一个自耦变压器，也就是在原来的AT供电方法之中，将全部的AT所在的上下行接触网以及中正馈线等与钢轨实现并联连接，同时也应当在变电所出口的位置，使上下行共同使用同一个馈线供电。
全并联AT供电系统的电流分布特征是沿着导线的AT可以把经由钢轨的电流平均分为四个主要部分，作用于接触网和上下行的正馈线。
2.对于高速铁路牵引变电所中的关键设备分析
高速铁路牵引变电所之中含有诸多的关键设备，其中最为重要的当属牵引变压器设备，现阶段我国高铁所使用的主变压器接线型有中点抽出式Scott接线和单项V/x接线等种类，笔者基于这两类变压接线的工作原理进行了相应的分析和探究，详见下述。
其一，对于单项V/x接线牵引变压器的应用方式分析。单项V/x接线牵引变压器含有两个单相三绕组的变压器种类，均为左右AT牵引网供电，二次侧绕组中性电抽出并接地，致使两个绕组所经过的电压均为±27.5kV，而后会与F母线或是T母线实现连接，最终形成AT供电方式，这样可以将牵引变电所出口位置的AT予以省略。
单项V/x接线牵引变压器的应用体现了诸多的优势，比如，具有容量大，应用简洁以及的接地方式简单等特性，所以，此种牵引变电所在我国高速铁路的建设中的应用范围最广。
其二，对于中点抽出式Scott接线牵引变压器的应用方式分析。中点抽出式Scott接线牵引变压器的二次侧和单项V/x接线牵引变压器的应用方式体现出了一定的相似性，同时都可以从二次侧中性点抽出而后实现接地，与之相连接的F母线和T母线为其提供±27.5kV的电压。值得一提的是，220kV中点抽出式Scott接线牵引变压器是在国际上首次使用的杭甬客专上虞北牵引变电所。
中点抽出式Scott接线牵引变压器可谓是应用极为普遍的平衡变压器种类，可以对牵引供电系统给外部电网所体现出的功率不平衡问题予以一定程度的降低，将此问题妥善的解决。
3.对于高速铁路供电安全监测系统的应用方式分析
随着我国高速铁路的迅猛发展，牵引供电系统供电设备的运作过程中，不仅要确保运作效率，还是提高运行安全性和可靠性，此时，就需要借助高速铁路安全监测系统的作用，对高速铁路牵引供电系统进行全覆盖、全方位的检测，它的主要功能有弓网运行参数的检测、高速接触网悬挂参数的检测等等，确保高速铁路的设备运行安全。如呼和浩特铁路局目前投入运行的6C综合信息处理平台，实现了供电设备巡视、动态检测等检测监测数据共享及实时查阅，为设备质量问题的整治、复核、销号工作提供了新的技术手段。
结语
我国当前是将三相接入电气化铁路牵引供电系统中，这种供电方式存在较大的不利影响，电能质量如果需要有更高的要求，就需要采用平衡接线方式，这种方式可以更好地配合单相牵引供电，以无源补偿作为重点，将有源补偿作为辅助，这样可以争取利用最小化的投资取得最大化的利益。以平衡装置和牵引变压器为机车的同相供电系统可以充分利用现有的牵引变压器，不仅没有很高的改造成本，还可以在装置出现故障时继续为电力机车供电。所以，全电力电子变换的无牵引变压器多电平新型同相供电系统可以将电分相环节彻底取消，是同相供电系统的重要研究方向。
参考文献：
[1]何正友，胡海涛，方雷等.高速铁路牵引供电系统谐波及其传输特性研究[J].中国电机工程学报，2011，31（16）：55-62.
[2]李学斌.高速铁路牵引供电电能质量补偿系统研究[J].电气传动，2014，44（6）：27-30.
[3]祁柳生，吴云锋.高速铁路牵引供电安全检测监测系统（6C系统）的应用与管理[C].//第十一届世界轨道交通发展研究会年会暨2014中国轨道车辆技术与装备交流大会论文集.2014：126-129.
关键词：电气化；铁路高压电缆；牵引供电系统；存在问题；对策
一、电力牵引的特点及优越性
电气化铁路的供电系统是由发电厂集中提供电能，经变电站，通过高压输电线（110kV）传输给牵引变电所，转变成电压27.5kV或55kV送到接触网上，供给沿线运行的电力机车。而牵引供电是指电力系统从铁路牵引变电所开始，向牵引接触网的供电。电力牵引是一种新型有轨运输牵引动力形式。在干线铁路、城市轨道交通运输和工矿运输中有着广泛的作用。电力牵引是利用电能作为牵引动力，将电能转换为机械能，驱动铁路列车、电动车组和城市轨道交通车辆等有轨运输工具运行的一种运输形式。
电力牵引按其牵引网供电电流制式不同，分为工频单相交流制、低频单相交流制和直流制。我國电气化铁路采用工频单相交流制电力牵引，直流制电力牵引仅用于城市轨道交通运输系统和工矿运输系统。我国电力牵引供电系统的主要特点有以下几方面：
电力机车是单相移动性随机负荷，是一种负序源。
非线性整流器机车，成为一种谐波源，并从电力系统和牵引供电系统获取无功。
供电方式及设备种类多样化，有直接供电方式、带回流线的直接供电方式、串联吸流变压器、BT供电方式、自耦变压器AT供电方式，这些供电方式的技术和经济特性有较大的差异。对牵引变压器，有单相、YN，d11接线、斯科特接线、伍德桥接线、阻抗匹配平衡型、三相不等容量型等形式，它们具有不同的结构和性能特点。由于供电方式不同，接触网结构类型也较多。
牵引供电系统和电力机车在电气上是—个连续的整体，易于实现自动化和信息化管理。
电力牵引的优越性主要有以下几点：
电力牵引的能量取于强大的电力系统，牵引动力大，能最大限度适应铁路运输多拉快跑的需要。据有关资料统计，电力牵引的生产效率比内燃机车的生产效率高50%以上，对于客货运输繁忙的铁路干线，电力牵引的这种优越性尤为显著。
电力牵引节省能源，经济效益好
一方面电力机车本身的电能转换效率高；另一方面，电力的生产能够高效率地综合利用各种廉价的自然能源，这对于节约国家有限的煤炭、石油资源，提高铁路运输的经济效益十分有利。
电力机车运行时不会产生有害气体，对铁路沿线的居民和列车乘客不会造成危害，特别是在多隧道的山区线路，这种无有害气体产生的优点更为可贵。电力机车的司乘人员工作条件好，维护检修工作量小，大大降低了工人的劳动强度。
二、牵引供电问题分析
1.无功功率
电力机车是具有随机变化特点的感性负载，基波电流会滞后电压的一定角度，由于变压器、牵引电机设备的非线性，电力电子器件非线性的调节作用，导致机车的电流中包含大量在三相供电系统中的不对称分布的谐波成分，牵引负载功率大、时间和空间分布随机性强及三相不对称的特点导致牵引供电系统成为电力系统中的主要无功源。供电系统无功功率损耗增加，供电设备和线路的发热量增加，使得线路和设备的使用寿命降低，增加无功功率会使得电流增加，从而使得发电机、变压器及其他电气设备和导线的容量增加。
2.负序电流
我国的电气化铁路是通过三相电力系统经牵引变压器将110KV电压降为27.5KV后向牵引网和电力机车进行单相供电。由于牵引变压器不对称的供电方式，使得供电设备产生一定的危害。
3.谐波电流
电力系统所产生的谐波和其他的整流负荷产生的谐波一样，给电力系统及用户带来严重的危害，尤其是牵引负荷与波动性方面，具有负荷功率大、波动性强的特点。这些危害十分的突出。谐波会增加公共电网中的各元件的谐波损耗，降低用电、输电、发电设备的效率，导致线路过热而引起火灾。
三、对于中国高速铁路牵引供电系统关键性技术的研究
1.对于全并联AT供电系统的分析
全并联AT供电系统被普遍的应用到高速铁路之中，全并联AT网则是复线AT网的实际基础上，下线路在AT位置经由连线所完成的并联连接方式，上下行共用一个自耦变压器，也就是在原来的AT供电方法之中，将全部的AT所在的上下行接触网以及中正馈线等与钢轨实现并联连接，同时也应当在变电所出口的位置，使上下行共同使用同一个馈线供电。
全并联AT供电系统的电流分布特征是沿着导线的AT可以把经由钢轨的电流平均分为四个主要部分，作用于接触网和上下行的正馈线。
2.对于高速铁路牵引变电所中的关键设备分析
高速铁路牵引变电所之中含有诸多的关键设备，其中最为重要的当属牵引变压器设备，现阶段我国高铁所使用的主变压器接线型有中点抽出式Scott接线和单项V/x接线等种类，笔者基于这两类变压接线的工作原理进行了相应的分析和探究，详见下述。
其一，对于单项V/x接线牵引变压器的应用方式分析。单项V/x接线牵引变压器含有两个单相三绕组的变压器种类，均为左右AT牵引网供电，二次侧绕组中性电抽出并接地，致使两个绕组所经过的电压均为±27.5kV，而后会与F母线或是T母线实现连接，最终形成AT供电方式，这样可以将牵引变电所出口位置的AT予以省略。
单项V/x接线牵引变压器的应用体现了诸多的优势，比如，具有容量大，应用简洁以及的接地方式简单等特性，所以，此种牵引变电所在我国高速铁路的建设中的应用范围最广。
其二，对于中点抽出式Scott接线牵引变压器的应用方式分析。中点抽出式Scott接线牵引变压器的二次侧和单项V/x接线牵引变压器的应用方式体现出了一定的相似性，同时都可以从二次侧中性点抽出而后实现接地，与之相连接的F母线和T母线为其提供±27.5kV的电压。值得一提的是，220kV中点抽出式Scott接线牵引变压器是在国际上首次使用的杭甬客专上虞北牵引变电所。
中点抽出式Scott接线牵引变压器可谓是应用极为普遍的平衡变压器种类，可以对牵引供电系统给外部电网所体现出的功率不平衡问题予以一定程度的降低，将此问题妥善的解决。
3.对于高速铁路供电安全监测系统的应用方式分析
随着我国高速铁路的迅猛发展，牵引供电系统供电设备的运作过程中，不仅要确保运作效率，还是提高运行安全性和可靠性，此时，就需要借助高速铁路安全监测系统的作用，对高速铁路牵引供电系统进行全覆盖、全方位的检测，它的主要功能有弓网运行参数的检测、高速接触网悬挂参数的检测等等，确保高速铁路的设备运行安全。如呼和浩特铁路局目前投入运行的6C综合信息处理平台，实现了供电设备巡视、动态检测等检测监测数据共享及实时查阅，为设备质量问题的整治、复核、销号工作提供了新的技术手段。
结语
我国当前是将三相接入电气化铁路牵引供电系统中，这种供电方式存在较大的不利影响，电能质量如果需要有更高的要求，就需要采用平衡接线方式，这种方式可以更好地配合单相牵引供电，以无源补偿作为重点，将有源补偿作为辅助，这样可以争取利用最小化的投资取得最大化的利益。以平衡装置和牵引变压器为机车的同相供电系统可以充分利用现有的牵引变压器，不仅没有很高的改造成本，还可以在装置出现故障时继续为电力机车供电。所以，全电力电子变换的无牵引变压器多电平新型同相供电系统可以将电分相环节彻底取消，是同相供电系统的重要研究方向。
参考文献：
[1]何正友，胡海涛，方雷等.高速铁路牵引供电系统谐波及其传输特性研究[J].中国电机工程学报，2011，31（16）：55-62.
[2]李学斌.高速铁路牵引供电电能质量补偿系统研究[J].电气传动，2014，44（6）：27-30.
[3]祁柳生，吴云锋.高速铁路牵引供电安全检测监测系统（6C系统）的应用与管理[C].//第十一届世界轨道交通发展研究会年会暨2014中国轨道车辆技术与装备交流大会论文集.2014：126-129.