摘要：铁路和电力同为国家的重要基础设施，电气化铁路的发展与其供电系统密不可分。电气化铁路是电网的重要用电负荷，同时对电力系统运行也带来一些新的问题。本文首先分析了电气化铁路供电系统的构成，并对电力牵引的特点和优越性进行了说明，其次分析了电气化铁路供电系统设计中存在的问题，最后重点论述了电气化铁路供电系统的设计要点。 

关键词：电气化铁路；供电系统；设计；牵引供电；供电方式 

　　中图分类号： U22 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013） 

　　一、电气化铁路供电系统的构成 

　　电气化铁道供电系统由一次供电系统和牵引供电系统组成。电气化铁道供电系统的简单构成如图1所示。 

　　 1—区域变电站或发电厂2—110K三相交流高压输电线3—牵引变电所 

　　 4—馈电线5—接触网 6—轨道、地 7—钢轨回流电 8—电力机车 

　　 （一）一次供电系统 

　　一次供电系统是指电力系统向电气化铁道的供电部分。在我国，电力系统通常以110kV的电压等级向电气化铁道供电。图1中，1为区域变电站或发电厂，2为三相交流高压输电线，这两部分即为电气化铁道的一次供电系统。 

　　 （二）牵引供电系统 

　　完成对电力机车供电的属于铁路部门管辖的装置称为电气化铁道的牵引供电系统。如图1，它由牵引变电所3、馈电线4、接触网5、钢轨6和钢轨回流线7等组成。 

　　二、电力牵引的特点及优越性 

　　电气化铁路的供电系统是由发电厂集中提供电能，经变电站，通过高压输电线（110kV）传输给牵引变电所，转变成电压27.5kV或55kV送到接触网上，供给沿线运行的电力机车。而牵引供电是指电力系统从铁路牵引变电所开始，向牵引接触网的供电。电力牵引是一种新型有轨运输牵引动力形式。在干线铁路、城市轨道交通运输和工矿运输中有着广泛的作用。电力牵引是利用电能作为牵引动力，将电能转换为机械能，驱动铁路列车、电动车组和城市轨道交通车辆等有轨运输工具运行的一种运输形式。 

　　电力牵引按其牵引网供电电流制式不同，分为工频单相交流制、低频单相交流制和直流制。我国电气化铁路采用工频单相交流制电力牵引，直流制电力牵引仅用于城市轨道交通运输系统和工矿运输系统。我国电力牵引供电系统的主要特点有以下几方面： 

　　①电力机车是单相移动性随机负荷，是一种负序源。 

　　②非线性整流器机车，成为一种谐波源，并从电力系统和牵引供电系统获取无功。 

　　③供电方式及设备种类多样化，有直接供电方式、带回流线的直接供电方式、串联吸流变压器、BT供电方式、自耦变压器AT供电方式，这些供电方式的技术和经济特性有较大的差异。对牵引变压器，有单相、YN，d11接线、斯科特接线、伍德桥接线、阻抗匹配平衡型、三相不等容量型等形式，它们具有不同的结构和性能特点。由于供电方式不同，接触网结构类型也较多。 

　　④牵引供电系统和电力机车在电气上是—个连续的整体，易于实现自动化和信息化管理。 

　　电力牵引的优越性主要有以下几点： 

　　①电力牵引的动力大，生产效率高 

　　电力牵引的能量取于强大的电力系统，牵引动力大，能最大限度适应铁路运输多拉快跑的需要。据有关资料统计，电力牵引的生产效率比内燃机车的生产效率高50％以上，对于客货运输繁忙的铁路干线，电力牵引的这种优越性尤为显著。 

　　②电力牵引节省能源，经济效益好 

　　一方面电力机车本身的电能转换效率高；另一方面，电力的生产能够高效率地综合利用各种廉价的自然能源，这对于节约国家有限的煤炭、石油资源，提高铁路运输的经济效益十分有利。 

　　③有利于优化生态环境，改善劳动条件 

　　电力机车运行时不会产生有害气体，对铁路沿线的居民和列车乘客不会造成危害，特别是在多隧道的山区线路，这种无有害气体产生的优点更为可贵。电力机车的司乘人员工作条件好，维护检修工作量小，大大降低了工人的劳动强度。 

　　三、电气化铁路供电系统设计中存在的问题 

　　 （一）牵引变压器的选型问题 

　　铁路部门从经济性考虑，在牵引变压器选型方面大多会采用V/V（V/X） 接线变压器，会产生较严重的三相功率不平衡问题。而可大大减少对电力系统负序影响的阻抗平衡牵引变压器或Scott牵引变压器，由于造价相对较高，往往不被选用。特别是220kV 三相平衡牵引变压器，铁路部门认为目前尚无可靠制造和应用经验，广泛推广面临困难。 

　　 （二）系统短路容量问题 

　　从保证高速铁路牵引供电系统的电压水平、确保动车组稳定正常运行的角度出发，要求在牵引变电站进线处外部配套电源的系统短路容量一般不小于特定数值。目前给牵引变电站供电的110kV电源，铁路方面提出的系统短路容量大都低于1000MVA，相当多的牵引变电站短路容量在500 MVA 以下，有的甚至只有200、300 MVA，按此标准建设电气化铁路供电工程，将导致系统压降很大。从供电安全可靠性考虑，要达到这个要求供电部门有一定困难。因此为保障电气化铁路的安全供电，要加强对电气化铁路短路容量问题的合理性研究。 

　　 （三）负序谐波治理问题 

　　近年来电气化铁路大量投运，现有电气化铁路仍有部分线路存在着负序、谐波超标等问题。随着电气化铁路运力的不断提高，三相不平衡、谐波以及短路电流过大等问题会更加突出。由于铁路部门在设备选取时注重经济性因素，电气化铁路对电网电能质量的影响愈加突出。以大秦铁路湖东牵引站为例，需要采用SVC实现谐波、负序治理，但铁路部门反映设备占地面积大、不实用，新型、有利于治理负序和谐波的技术难以推广。