牵引供电网

1.2.1 牵引供电系统的种类

电力是车辆运输过程的驱动能源。涉及到有关电的问题时，全书通常使用电能这一术语。在电能通过接触网被输送到电力牵引车辆时，使用电功率这个词就具有了更大的现实意义。

为了分清电力牵引所采用的各种类型的电能，通常规定电流类型。早期电力牵引采用直流。其原因是用于驱动的串联整流子电机的扭矩—速度双曲线特性对于铁路系统极为有利。

所以目前在全球范围尚有超过一半的电力牵引系统仍为直流。既有直流牵引制式的缺点是标称电压低，而传输牵引电源需要大电流。

因此20世纪初期人们力图把串联电机在牵引技术方面的长处与交流电的可变压特性结合起来。当时的目标是将由公共电网供电的单相交流串联电机作为驱动系统，在德国和欧洲中部公共电网的频率为50Hz。

受当时技术发展水平的局限，上述驱动系统存在如下问题：

—由于在输入端绕组中产生与频率成正比的电压，使50Hz单相串联电机的整流子磨损严重;

—与电气化铁道平行敷设的电缆线路产生很强的与频率成正比的感应干扰;

—由于电气化铁道的单相取流，在馈电的50Hz三相电网中出现非正常的、明显的电压不平衡值。

这些问题在当时未能得到圆满解决。

在德国经过不断的努力，研制出了频率为 (50/3) Hz =16.7Hz的单相交流电源，这种单相电能是在铁路专用高压电网中产生和分配的。在1912年和1913年间三个德国牵引电力公司采用了这种牵引电流制式，奥地利、瑞士、挪威和瑞典也陆续采纳了这种电流制式。经证实这种16.7Hz单相交变电流形式对高速和大功率繁忙铁道的牵引供电系统是非常有效和适用的。

图1.1所示为欧洲干线铁路所使用的牵引电流系统。

图1.1 欧洲干线铁路牵引供电系统

1940年由豪伦塔尔铁路公司 (Hollentalbahn) 第一次进行了交流50Hz牵引供电系统的试验。

由于大功率电子学领域的飞速发展，AC 25kV、50Hz牵引电流已成为目前那些开始铁路电气化的国家优先采用的电流制式。

目前电力牵引运输通常采用的这三种电流制式，因其使用目的不同，标称电压也不相同。其标称电压及其电压允许范围列于表1.1中。

截止至1997年底，在世界范围的电气化干线铁路的长度超过了182000km，其中

—DC (直流) 1.5kV，约20 000km，占11%;

—DC3kV，约70 000km，占38%;

—AC (交流) 16.7Hz、15kV，33 000km，占18%;

—AC50Hz、25kV，约60 000km，占33%。

而城市公共交通系统还一直采用DC 600V，750V，1 200V或者1 500V设备。

表1.1 符合EN(欧洲标准) 50163标准的电气化铁道欧洲电压系统

(V)

(V)

(V)

(V)

(V)

(V)

DC 750V

DC 1.5kV

DC 3.0kV

750

1500

3000

500

1000

2000

900

1800

3600

950

1950

3900

1269

2538

5075

AC 25kV 50Hz

25000

17500

19000

27500

29000

38746

注 U_n——标称电压;

U_min1——最低持续电压;

U_min2——最长持续时间10min的最低非持续电压;

U_max1——最高持续电压;

U_max2——最长持续时间5min的最高非持续电压;