11.1.1 电力牵引功率负荷

11.1.1.1 功率需求

铁路对功率的需求起因于完成运输目标所需要有的实际功率。运输过程本身在时间段内变化很大，并且也视地理位置而定。为了达到特定的线路运输需求，实际功率取决于许多参数，最重要的是：

—速度，所需要的功率与速度的立方成正比;

—列车质量;

—运营密度;

—线路坡度;

—重新起动的频繁次数;

—再生制动系统的适用性;

—列车司机的驾驶方式。

为了能进行最佳的接触网设计，需要精确地确定牵引负荷的特性并加以描述。

11.1.1.2 一般运输铁路

从铁路工程角度看，一般运输铁路的特征表现为各种不同等级列车使用该线路时时速可高达200km/h，对单位长度功率提出的要求大约高达300kW/km。它们的负荷分配特性可借助随机变化函数来加以描述 [11.1]。图11.1中示出理想化的、描述一般运输铁路干线负荷状况的随机函数分量。

图11.1a) 表示在一年内一个变电所月平均负荷值的变化状况。年负荷变化模式，譬如说可根据在冬季加热旅客列车的需求、夏季假日运输或其他季节性大批量运输的要求来加以确定。

为了进行设计计算，由统计确定的日负荷系数cd是重要的，日负荷系数为

其中Pdmax是全年中发生的最大日平均负荷，Pj是年平均负荷。经验表明： 日负荷系数实际上仅与年平均值有关，图11.2表示cd与Pj的关系曲线。图11.1中的图形b) 表示在一日内一个干线铁路变电所负荷值的典型变化状况。其特点是： 在早上和傍晚出现明显的繁忙运输的负荷峰值，而在中午和夜间则出现低负荷时段。通过对大量运行设施所进行的统计评估，可以确定小时负荷系数ch，小时负荷系数为

图11.1 描述铁路线负荷的理想化的随机函数分量

a) 在一年内的月、星期或日平均值Pd的变化状况;

b) 在一日内的小时或半小时平均值Ph的变化状况;

c) 作为随机分布出现的一小时内的负荷变化状况;

Pj—年平均负荷;

Pd—日平均负荷

图11.2 如 [11.1] 中给出的那样，日负荷系数cd和小时负荷系数ch为平均年负荷Pj的函数

在此式中Ph是一日内最大的小时平均消耗功率，而Pd是相应的日平均功率。此每小时负荷系数也仅与年平均功率有关，其关系曲线如图11.2所示。1h内功率负荷的变化，代表着当时行驶在所要研究的线路区段内的各趟列车所造成的系统中相应负荷变化之总和。此功率负荷可作为随机函数加以描述。应用式 (11.1) 和式 (11.2)，在供电臂内全年出现最大负荷的小时的功率平均值

平均年负荷Pj可通过区段的全年总能量消耗Wj算出。

从工程角度来说，采用这些理想化的分量可以更容易地将负荷描述成一个随机函数，这对于电车线路负荷来说同样是确切的 [11.2]。在许多情况下，甚至可以将牵引电力负荷描述成与时间无关的变量。在用于直接向接触网供电的情况下，也可以将高负荷下的电流描述成与时间无关的变量。

可以假设电力牵引负荷是一常规分布函数，其中Phmax是分布的平均值，而σp是标准偏差。在此前提下，就可以预见负荷p将保持在规定值Pdd之下的概率

此概率P (p≤Pdd)之所以能用这种简化形式来表示，因为Phmax《σp>0是确切的。式(11.4)也叫作随机变数p的分布函数。假若标准偏差σp用术语变化系数来表示的话，则平均值Phmax如下

而功率极限Pdd是平均值Phmax与标准偏差σp的倍数之和