摘要：改革开放以后，经济得到了飞速的发展。与此同时电气化铁路牵引作用非常明显。电气化铁路牵引具有一个庞大的供电系统。电气化铁路的发展非常迅速，导致供电系统出现了一些问题：电容效应，短路不对称，甩负荷现象严重。各大领域对电气化铁路牵引供电系统进行了详细的分析。本文开始向读者解释了何为牵引供电系统，其存在的意义和价值，并强调了该系统对于全局网络的重要性，之后以一种成熟稳定的故障分析模式为切入点，逐条分析阐述了可以提升牵引供电系统可靠性的各项建议。
关键词：电气化铁路；牵引供电系统；牵引变电所；牵引网；可靠性。
前言：近年来越来越注重铁路系统的发展，其中电气化铁路的发展更是一股新潮，20世纪末21世纪初60、70年代伴随着新中国第一条电气化铁路宝成铁路的建成正式通车而开创了一个崭新的铁路时代。众所周知，人民群众的日常生活与铁路的发展息息相关，能够建设一条好的铁路网络化的供电系统是不可或缺的。这意味着电气化铁路应该有更深远的发展意义，它所包含的电气化供电系统除了靠相关电器力量方面的一些性能需求，其中最主要的是电力机车牵引性能，而且当今社会还应该实现的是网络一体化供电系统，但是在使用这一系统的同时要平衡公共电网的稳定运行，不能状况频发。
一、电气化铁路概述
（一）电气化铁路牵引供电原理
与传统铁路不同，电气化铁路运行的动力不是自带能源机车，而是需要牵引供电系统送电以提供动力。铁路沿线有若干个牵引变电所，三相高压电源经牵引所降压变压器降压至27.5kV，再通过牵引网向电力机车供电，牵引变电所采用双线双变供电以保证供电的可靠性，两路供电互为热备用。电力机车一般为25kV单相工频交流电压，运行在接触网接触线与钢轨之间。电气化铁路的牵引变压器一般为单相，从电网两相受电。牵引供电系统一次侧包括牵引变电所及接触网。每个牵引变电所有两个单独的供电臂，当牵引变电所停电时，两接触网臂便可采取越区供电的方式向相邻牵引变电所供电。
（二）牵引变电所
牵引变电所是牵引供电系统的心脏，是电气化铁路的核心。牵引变电所的主要任务是将由地方电力系统接入的三相高压电变为可供电力机车使用的单相交流电。
一般来说，牵引变电所内设备分为一设备次和二次设备，其中一次设备主要功能为完成电能的输送、变换、分配等，包括接触高压电气设备如母线、避雷器、互感器等;二次设备则要求智能化与集成化，形成牵引变电所系统，为变电所的远动控制提供保障。牵引变电所接入地网侧为110kv或入220kv的三相高压电，将其转变为27.5kv的单相交流电供电力机车使用。除此而外，牵引变电所还起着控制电气设备、提高供电质量、以及降低电力牵引负荷对电网影响的作用。同时，为保证牵引供电所可靠供电，牵引供电系统均采用“双备份”模式通过切换设备互为备用。
（三）接触网
接触网是电气化铁路的主动脉，是牵引供电系统主要的供电设备。我国电气化铁路接触网额定电压为25kV，牵引变电所内变压器二次侧为27.5kV或55kV。电气化铁路接触网常用的供电方式有AT供电方式、BT供电方式、带回流线直接供电三种供电方式。
（即BT供电方式）以及自耦变压器供电方式（即AT供电方式）几种，其中BT制电压为27.5kV，AT制电压为55kV。我国传统电气化铁路主要采用BT供电，目前普速电气化铁路的主要供电方式为带回流线式直接供电，而由于AT制供电臂较长的原因，客运专线等高速电气化铁路均采用AT供电方式。接触网属露天供电设施，不仅受到外界环境的影响，还会受到机车行走带来的动力，再加之接触网设备没有备用设置，所以其工作环境十分恶劣，因此，必须保证接触网有耐用的结构。
（四）牵引变压器接线方式
在我国，主要采用V/V接线法YNd11接线法和SCOTT接线法这几类牵引变电器的接线方法。其中：SCOTT接线和阻抗匹配平衡接线属于平衡变接线。单相变由于接线方法简单、高可靠性、利用率高等优势，往往配合AT供电方式的方案会作为铁道部门的首选。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆利用这一方式，可以大幅度的增加牵引供电半径且降低了大部分的运行成本与工程造价。然而，对于其他的供电方式来说，采用单相变的供电系统的负序电流概率最大。当两供电臂的电力负荷相等时其不对乘系数为1。因此这一类供电方式给电力系统带来的负面影响也最为明显。
二、电气化铁路牵引供电系统基本理论
既然是电气化铁路，那么意味着铁路的全线运营都依赖于电气供应，可是电力机车本身并没有储能装置，他们也没有其他能源来源，所以整条电气化铁路都需要铺设供电设备来进行供电工作，这些供电设备组织在一起就是我们本文需要讨论的牵引供电系统。供电设备的电力来源则是沿线各地的发电厂或地方供电站输送到铁路沿线牵引变电所降压变压器再到到牵引供电系统中。然后牵引供电系统自身进行内部的整流、变压和转换工作，从而将电流平稳合理的分配到系统中的各部分。换而言之，整套牵引供电系统不仅仅自身的结构较为复杂，同时也处于更大组织中的关键环节。
三、故障树分析法的原理
分析一个庞大网络并对其进行精准的故障定位并不是一件容易的事情，但是好在类似的工程管理经验还是存在的，本文就采用了故障树分析法来对整个系统进行有层次的剖析，这种分析法是从美国的国防科研计划上诞生的，当时是由著名的贝尔实验室提出的，在提出的时候就表现出了极为优异的实用性，我国在1980年左右也引进了这种分析法，并对其进行了各种更加适应于本土的优化和改良，演变到今日已成为了一套详细的标准，牵引供电系统恰恰就是这套标准发挥能力的绝佳舞台。
四、提高电气化铁路牵引供电系统可靠性的措施
牵引供电系统中的各个部分都存在着或高或低的安全隐患，所以在分析这些隐患的时候也需要从局部发展到全局，以下几个小节来分条叙述不同部分的可靠性提高措施。
4.1提高牵引变电所可靠性的措施
（1）保证设备的质量水平，减少故障的出现次数。各种设备组成了整个牵引供电系统，所以设备本身的质量是头等大事，设备的质量不行，那么其他维护工作也基本都是无用功，保证设备的质量也并不是一件很困难的事情。首先，我们需要定期的更新设备，系统内每件设备的寿命维护部门都要做到心里有数，绝对不应该存在系统里有濒临使用年限的设备存在；其次，对于设备的维护和保养也是保证设备质量的重要举措，因为绝大部分设备都处于恶劣的露天环境之下，指望设备直到使用寿命之前都不会出现问题是极为天真的想法；最后，对于损坏设备的应急处理工作也是需要仔细考虑的，整套系统的成本是十分高昂的，所以不可能每件设备在损坏了之后就进行更换，很多时候设备经过良好的修理后依然可以稳定有效的进行工作，这取决我们维护修理人员的业务水平和工作态度。
（2）牵引变电所选用双进供电方式向牵引网进行供电。
之前提到过整个牵引供电系统本身也没有发电功能，依靠的还是沿线地方各个供电站和电厂来提供电力供应，那么我们其实并不能保证整个沿线供电部门都能随时稳定安全的提供电力供应，而这一点也不是牵引供电系统本身能够解决的，相反矛盾的是这也恰恰是牵引供电系统本身不得不面对的，所以一般来说采取的是多回路供电，一个牵引所绝对不能只有一个区域的一个电力来源，这样一旦某个区域出现了问题，不会导致整个区域的电力供应都被切断。
小结：为适应经济化发展的需要，我国铁路交通业发展迅速，电气化铁路也随之迅速发展起来，开始大规模的建设，它具有行驶速度快、运输能力高、运输成本低、节约能源、保护环境、安全可靠程度高和工作条件好等特点，但是在其发展过程中，也带来了许多科学、技术问题。牵引供电系统是电气化铁路的重要组成部分，对电气化铁路是否能够正常、安全的运行有着十分重要的影响，因此必须重视牵引供电系统的可靠性。通过对牵引供电系统可靠性的研究，保障供电系统的安全运行并且提高供电系统的稳定性及可靠性至关重要 。
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论文作者:张欢,
论文发表刊物:《中国电业》2019年第12期
论文发表时间:2019/9/29
标签：供电系统论文; 电气化铁路论文; 变电所论文; 设备论文; 方式论文; 接线论文; 可靠性论文; 《中国电业》2019年第12期论文;