高速铁路接触网供电方式探讨

[摘 要]高速铁路是当今世界铁路发展的潮流，所以高速铁路的供电方式也成为极其重要的问题，本文主要针对高速铁路接触网供电方式进行了探讨。

[关键词]高速铁路；接触网；供电方式

中图分类号：F42 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）26-0077-02

一、高速铁路接触网概述

高速铁路接触网是一种特殊的供电线路，指的是电气化轨道交通为了给列车提供牵引电能而沿铁路线露天架设的特殊供电线路。接触网是电气化轨道交通牵引供电系统的重要组成部分，但是由于客观的因素影响，经济和技术等方面的限制，供电牵引系统的设置是单一的。从更宽广的意义上而言，接触网包括了架空接触网和接触轨，一般情况下，如果没有特殊的说明，那么接触网指的就是架空接触网。在实际的高速铁路接触网供电方式当中，架空接触网可分为柔性架空式和刚性架空式两种，但是在高速铁路中被广泛应用的时柔性架空式。另一方面，高速铁路接触网供电方式的组成当中有四个比较重要的组成部分：接触悬挂、支持与定位、支柱与基础以及保障设备安全和供电安全的电气辅助设施。

1.1 接触悬挂

接触悬挂不仅仅是由支持和定位装置安装在轨道上方的线索单独组成的，还包括组成支持和定位装置安装在轨道上方的线索的各类结构，具体地可以分为接触线、吊弦、承力索、弹性吊索和补偿装置以及其他相连接的部件。接触悬挂是直接参与导流、承受负荷的关键部分，所以接触悬挂必须要有良好的导电性和机械强度。

1.2 支持与定位

支持与定位装置是按照设计的要求把与支持定位有关的零部件组成的支撑与定位接触悬挂于轨道的上方。在安装支持与定位装置时一定要合理地控制好接触线的导高和拉出值，这样受电弓才能方便地取流，将全部的机械负荷传递给支柱的支撑定位结构，所以，再设计时，对支持与定位装置的结构功能和可靠性的要求就比较高。

1.3 支柱与基础

支柱与基础承担了接触网的主要受力设备，是接触网的主要承力设备。支柱与基础不但要为接触网提供支持、下锚和定位承受接触网，而且还要将提供支持、下锚和定位承受接触网的全部机械负荷传递给大地。支柱的基础是埋在地下的，也可以是在大型的建筑物当中用于安装支柱的结构体，接触网的支柱必须要有良好的机械强度、耐腐蚀性和比较高的稳定性，这样才能保证接触网支柱能够长期承受来自各个方面的压力，加强接触网的功能并且提高接触网的安全性能。

1.4 电气辅助设施

接触网电气辅助设施主要是为了提高接触网的安全性和供电的灵活性的设施，一般情况下包括：附加导线、防雷与接地、标识等。

二、高速铁路接触网悬挂类型

悬挂类型是高速铁路接触网设计施工的最基本的参数，目前高速铁路的接触网悬挂类型大致可分为三种：复链型悬挂、弹性链型悬挂、简单链型悬挂。早在1964年，日本就开通的世界上第一条高速铁路―东京至新大阪的东海道新干线，采用的就是复链型悬挂。但是这种悬挂方式一次性投资太大，结构复杂，组成零部件太多，所以接触网运营的维修费用比较高，而且一旦发生事故抢修的时间很很长，难度也非常大。而弹性链型悬挂方式则是德国一直采用的高速铁路接触网悬挂类型。这种悬挂方式带有弹性的吊索，需要注意的是，这种弹性吊索的设置需要相当精确的计算和一套严格的施工程序，这些精确的计算是非常麻烦的，而需要的严格的施工程序也是很难进行检测的，同时应该注意的是弹性吊索本身的长度和张力不是固定不变的，他们会随着温度发生改变，因此，在不同的温度条件下，接触网是很容易变形的。简单链型悬挂的代表是法国，法国在八十年代建成的巴黎一里昂东南新干线采用弹性链型悬挂，但是在正式运营的三个月内，发生了两次重大事故，造成导线拉断、接触网损坏。因此九十年代初，法国总结了东南新干线的经验教训，在大量的理论和试验研究的基础上采用了简单链型悬挂。

高速铁路接触网对悬挂类型的要求是能够提供良好的受流质量、寿命长、少维修、很少发生故障或者不会发生故障，最重要的是，性能价值比要高。在相同的条件下对三种悬挂类型进行计算机仿真，实验结果表明三种悬挂方式均能满足高速的要求，但是相比较而言，简单悬挂方式的结构简单，在施工的时候比较容易完成，即使是在后期的维护过程当中也是很方便的，最重要的是，工程造价是三种悬挂方式当中最低的。所以从综合受流、成本、施工、运营和维护等各方面来说接触网都应该采用简单链型悬挂。近年来，简单链型悬挂由于不需要设计太过于复杂的结构、不用进行复杂的施工环节、更不用考虑昂贵的工程造价成本等优点已经日益被世界各国所认可并且成为高速铁路接触网首选的悬挂类型。

三、高速铁路接触网供电方式

高速铁路接触网的供电方式有多种不同的划分方式，但是一般可以分为BT、AT和同轴电力电缆三种方式。

3.1 BT（吸流变压器）方式

BT（吸流变压器）方式不但可以显著降低交流牵引网对平行接近架空通信线路的危险电压，而且还可以降低杂音干扰电动势。在牵引网当中串联接入一定数量变化比为1：1的吸流变压器，在回流线的首末两端分别与钢轨连通，将直接供电方式时流经钢轨和大地的回流全部吸入回流线中，使接触网和回流线的电流达到完全平衡，减轻对通信线的电磁感应影响。吸流变压器（BT）的BT牵引网的阻抗与机车至牵引变电所的长度不是简单的线性关系。如果机车的取流的位置不同，那么牵引网内的电流分布很有可能是不一样的，牵引电在不同位置触发的牵引总阻抗是不同的。采用吸流变压器后只有吸流变压器的激磁电流流经轨道和大地，而且这个电流很小，所以采用吸流变压器（BT）可以很大程度地减弱牵引网周围的磁场，使电气化铁道对与它相邻的通信线路的影响大大降低。吸流变压器（BT）的供电原理结线图如图1所示。

3.2 AT（自藕变压器）方式

AT（自藕变压器）方式是以2x25kv的电压供电的，在牵引网内分散设置自耦变压器降压至25kv供电力。自耦变压器与接触网同杆架设一条对地电压为25kv但是相位与接触网电压反向的“正馈线”，构成2x25kv馈电系统。

自耦变压器的变比为2：1，其一次绕组接在接触网与正馈线之间，而中性点则接至钢轨。在接触网与钢轨和正馈线之间形成25kv电压可供电力牵引用电。这种方式可以在不提高牵引网绝缘水平的条件下将反馈电压提高一倍，成倍地提高牵引网的供电能力。宁杭高铁（南京至杭州）是就是典型的AT供电方式。

3.3 同轴电力电缆方式

同轴电力电缆方式是一种新型的防干扰供电方式，同轴电力电缆是沿着铁路埋设的，电缆的内导体作为馈电线与接触网并联，电缆的外导体则作为回流线与钢轨相连，并且每隔一定的距离就要对电缆供电分段。这种方式不但适用于电气化铁路穿越大城市，而且还适用于对净空要求较高的桥梁、隧道等地段。同轴电力电缆方式德供电特性相比其他供电方式来说是比较好的，而且抗干扰效果也是很不错的，但是这种方式的工程造价比较高。同轴电力电缆方式在每一个供电分区的接触网都采取相应了相应的采取电分段措施，在这种分段方式当中，从牵引电到电力机车之间的大部分的区段之间都是没有电流的，而且对邻近的通信线路的影响是由电缆内的导体和外导体中的电流差决定的。同轴电力电缆方式的接触网分段方式如图2：

四、结语

高速铁路接触网供电方式是高速铁路建设必须要重视的问题之一，必须要选择合理的供电方式才能保证高速铁路的用电安全。在选择高速铁路接触网供电方式时，不仅要考虑技术方案的先进合理性，还要能够有效地降低工程造价及运营成本经济。我国的高速铁路刚刚起步，高速铁路接触网的供电方式的研究也尚不成熟，有待深入研究。

参考文献

[1] 孙震洋.高速铁路牵引供电系统运行方式研究[D].西南交通大学，2014-05-01

[2] 杨媛.高速铁路供电系统RAMS评估研究[D].北京交通大学，2011-06-01

作者简介

张森（1987―），男，汉族，本科学历，毕业于兰州交通大学，电气工程及其自动化专业，现任职于中铁建电气化局集团南方工程有限公司接触网分公司。