电气化铁路的牵引供电系统优化

电力牵引供电系统提供电力能源的作用，是通过电气化铁路安全运送旅客和/或货物。牵引供电的目标就是保证电力牵引车辆不间断地、可靠地和安全地运行，就技术环节的角度看，牵引供电包括电力牵引系统的全部相关固定设施，可以细分为牵引电能的产生、传输和馈出以及运行中的电力牵引车辆受流几部分。我国目前的电气化铁路体系下，均利用来自国家电网或工业电网的发电能源，即将电能从国家工业三相220kV或110kV电网接引，作为铁路用户，称这种通用国家工业用电网络为外部电源或地方电源，再经过输变电线路输送到铁路专用的牵引变电所，经牵引变电所转换成单相27.5kV，再通过接触网输电给动车组。

电力牵引供电系统中直接给列车供电的部分，也叫牵引网，具体由27.5kV馈电线和接触网构成。和一般的工业输变电网络相比，牵引系统的用电负荷特点与地方公共电网负荷不同，因为它不仅在用电时间上与地方公共电网有很大差别，其用电负荷点的位置也是不断变化的。原理上，通过接触网向移动中的负载用户供电，是牵引供电系统和工业电网之间的主要区别。电气化铁路采用的是单相供电的原理。即经牵引变压器输出的两相电源，变压器次边侧接线端的一相直接接地，另一相作为高压电源加载到接触网，经过高速运动中的受电弓传输给列车，经过动车组负载后，电流入地经钢轨和大地回流到变电所电源端。

电气化工程主要由供变电（含SCADA系统）、接触网系统两大环节构成。牵引供电系统的电气构造图，如图1.1所示。

图1.1　牵引供电系统的电气构造图

运动中的列车受电弓车载设备和直接接触提供能量的接触网地面设施，是列车能量供给不可或缺的关键设备。确保列车上的受电弓从地面的接触网上获取稳定持续的电能是高速、重载列车运行的前提条件。

受电弓是在机车顶上安装的弓形受流装置，负责在滑动的过程中接触取得牵引网传输的电能，向电力牵引机车供电，和接触网之间的配合关系如图1.2所示。(www.xing528.com)

图1.2　受电弓接触网的相互关系

接触网的基本结构形式正如其功能定义所描述的，作为一定长度的电源传输线，为各种条件下的运动中的受电弓提供稳定的滑行接触。典型的接触网就是承托各个横向支持装置（我们这里通称为悬挂腕臂）的支柱，沿钢轨两侧架设，以额度电压（通常是25kV）通过架空在铁路正线上方的导线如接触线等构件，实现向电力机车上方的受电弓传输电能。如图1.3所示。

图1.3　采用腕臂支撑结构的接触网

这种运动中的受电弓和接触网之间，以滑动接触并保持相对稳定的相互作用力的关系，所涉及的学科领域除了电气工程、力学和材料科学，在高速铁路应用领域还很大程度地涉及动力学关系研究领域。对于高速铁路，轮轨关系、弓网关系，是支撑高速铁路发展的基础科学问题，是高速铁路系统成功必须攻克的两大关键技术难题。