电气化铁路牵引变电所节能技术

【摘 要】随着铁路电气化建设的不断加快,用电量也将不断攀升.从用电总量上来看,作为节能型交通运输方式的铁路仍然是用电大户,提高电气化铁路的能源用电效率,将产生可观的节能减排效益.本文对牵引变电所的能耗损失进行了分析,并针对每种损失阐述了相应的节能措施.

【关 键 词】电气化铁路；牵引变电所；电能损失；节能措施

1.电气化铁路的组成

铁路机车按照牵引动力所使用的能源类别可分为：蒸汽机车、内燃机车和电力机车三种.与此对应的铁路牵引方式也有蒸汽牵引、内燃牵引和电力牵引三种.所谓电力牵引,就是由外电源供给动力车电能的牵引方式.采用电力牵引的铁路称为电气化铁路.

作为电气化铁路牵引动力的电力机车,本身不带能源.他必须从外部电源和牵引供电系统获得电能,电能经过变换后,输送到牵引电动机,使牵引电动机旋转来驱动车轮转动今儿牵引列车运行.因此电气化铁路除了一般的铁路线路、车站、通讯、信号灯设施外、还包括特殊的牵引供电系统、电力机车以及相应的运行、维修和管理单位供电段、电力机务段、电力调度及其主管部门等.

2.国内外电气化铁路发展状况

自1897年5月31日,在德国柏林举行的世界贸易博览会上,西门子公司和哈尔斯克公司展出了世界第一条电气化铁路以来,迄今,已经历了120多年.我国电气化铁路是从20世纪50年代初开始筹划的.当时,主要是讨论采用什么样的电流制与多高的额定电压.经过反复研究论证,结合国内外情况,确定我国电气化铁路采用工频单相25KV交流制.截至2007年底,全国铁路电气化里程达到24433公里,电气化率达到27%,使机车牵引效率提高了2/3.2008年10月31日,《中长期铁路网调整规划》经国家批准正式颁布实施.调整规划明确了到2020年,全国铁路营业里程达到12万公里以上的路网结构与布局方案,其中客运专线及城际铁路达到1.6万公里以上,复线率和电化率分别达到50%和60%以上,主要繁忙干线实现客货分线.

然而,随着特鲁电气化建设的不断加快,用电量也将不断攀升.从用电总量上来看,作为节能型交通运输方式的铁路仍然是用电大户,提高电气化铁路的能源用电效率,将产生可观的节能减排效益.

3.牵引变电所对电能损失分析

与牵引变电所相关的能量损失主要有两个部分,一部分是牵引变电所自身造成的能量损失,主要由牵引变压器引起的电能损失.另一部分是由电气化铁路供电的特殊性引起的电力系统中的电能损失以及对电力系统中设备造成影响,其中主要是电气化铁路产生的负序电流、谐波电流以及牵引负荷的低功率因数造成的电能损失.

1）牵引变电所变压器引起的电能损失.牵引变压器的电能损失占整个电气化铁路电能损失的很大比重,由空载损耗和负载损耗两部分组成,可分别通过变压器的空载试验和短路试验而得到.

2）牵引变电所负序引起的电能损失.牵引负荷是一种单相电力负荷,具有单相独立性和不对称性,破坏了电力系统地三相对称性,产生负序电流.负序电流对电机、变压器都会造成影响,引起电能损失.经过研究分析,负序电流还会增大电网损耗.

3）牵引负荷谐波引起的电能损失分析

对于整个电力系统来讲,电气化铁路是一个很大的谐波源,对电力系统的正常运行造成了不良的影响,其中就包括电能的损失.由于谐波的存在,使整个电气化铁路中的发电机、感应电动机、变压器都会产生电能损失.尤为重要都是,谐波电流还会引起电力系统内的谐振.

4）牵引负荷的低功率因数引起的电能损失分析

过低的功率因数可以造成发电和输变电过程的损失,也可以造成输电网络的电能损失.功率因数低将使得发电机组的输出能力和输变电设备的供电能力降低,使电气设备的效率降低,发电和输变电的成本提高.功率因数低将增加输电网络中的功率损失和电压损失,造成系统中的电能损失.

4.牵引变电所的节能措施

1）牵引变压器节能.要达到两个目标,一个是合理选择变压器的类型.不同类型、不同容量的变压器电能损失不同,选择节能型牵引变压器,即要求牵引变压器的空载损耗与短路损耗之比为1/5～1/6,甚至更小,并且两种损耗的值也比较小,效率达99%以上.另一个目标是合理选择牵引变压器的容量.从经济上计算,如果适当增大牵引变压器容量而引起的一次投资与基本电费费用增加,可以在近期内被减少的牵引变压器电能损失支出的费用补偿,则是当增大牵引变压器容量是有意义的.

2）降低负序电流造成的损失.为了整体减少进入电力系统负序分量,采用牵引变电所换接相序的措施.所谓换接相序,就是指个相邻牵引变电所牵引变压器的原边各端子轮换接入电力系统中不同的相.如果各牵引变电所由统一电力系统供电,则各牵引变电所的牵引负荷在电力系统中引起的总负序电流与每个牵引变电所引入的相序有关.为了达到减小单相牵引负荷在电力系统中引起的负序电流,减轻对电力系统负序影响的目的,通常采用牵引变电所换接相序的措施.

3）降低谐波及低功率因数造成的损失.在牵引变电所牵引侧装设并联补偿电容装置不仅可以减少谐波的影响,而且,又是提高牵引负荷功率因数的一种措施.

4）牵引网电压补偿.提高牵引网电压常见的方法有：缩短牵引网供电臂长度；加大馈线截面或增设加强导线；采用串联电容补偿装置；采用单相自耦调压器或增压器；采用AT供电方式,提高馈电电压.

结束语

以上是针对电气化铁路的牵引变电所涉及到的电能损失及相应的节能措施展开的讨论,希望能对初学者有所帮助.