铁路供电系统节能增效分析及策略

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        摘要：2018年6月底，国务院印发《打赢蓝天保卫战三年行动计划》，旨在通过3年（2018-2020年）努力，大幅减少大气污染、改善环境空气质量。政策明确提出，将优化调整货物运输结构，大幅提升铁路货运比例，实现货运“公转铁”。铁路供电段作为保障铁路运输清洁电力能源供应和能源消耗的管理者，必须抓实抓细节能降耗工作，才能打赢蓝天保卫战。
关键词：铁路供电系统;节能;降耗;策略
1 铁路供电系统用电分析
1.1 牵引供电系统用电
        铁路供电系统是在电气化铁路区段，通过变电站，将110KV电压变为27.5KV电压后，输送到接触网上，为电力机车提供能源的部门。牵引供电系统通常采用直流供电方式，直供加回流供电方式、AT供电方式等。牵引用电能耗主要包括牵引机车动力用电以及牵引变压器、接触网等供电系统运行过程中产生的用电损耗部分。涉及供电部门的用电损耗，主要包括线路损耗和变压器损耗。线损是铁路供电系统中的最基本的消耗，由于设计年代的历史局限、材料工艺等诸多因素，供电线路采用了不同的材质、横截面等的情况，导致线路在输送电力能源的过程中，出现多种消耗，无法对其实行统一的节能措施。据统计，耗损率较大为线路过热，即促使部分电能以热量的形势散失。变压器的损耗，主要指变压器的铁损和铜损。变压器损耗最少的经济运行点，是在负载率为0.5-0.6时，即变压器铁损与铜损相等时。但是实际运用中，由于铁路负荷的不规律性，变压器负载状态不定，存在过载、满载及空载等情况。
1.2 其它生产生活用电
主要是指除了牵引供电以外的，铁路10KV电力线路线损、通讯、信号、照明及铁路其它单位、家属区等生产生活用电。
2 铁路供电系统节能策略                                     
2.1 从接触网技术角度考虑
（1）适当的控制供电臂的长度。?设计的供电臂的长度能满足机车的运行需求即可，不易过长，同时可增加加强导线来降低牵引接触电网损耗补偿。建设若满足条件，可采取双边供电的方式供电。
（2）减少接触网的阻抗和选用适合的接触线材。结合电气化铁道用电的特点，我们应选择长度长，耐磨耐热等的性能优良，单位阻抗小的接触线材料。因为在任何线材的导线都存在阻抗，而材料引起的能源损耗是不能归避的，所以要选用阻抗比较小的线材来降低电气化铁道的能源消耗。
（3）使用低磁化或者无磁化金具。金具材料中若导磁率高，引起电动感应势能较高，形成的涡流大，引起线路发热而产生损耗。若使用低磁化或者无磁化金具如铜合金或者铝合金的金具，可以极大的减少涡流损耗。
2.2从变配电技术角度考虑
(1)合理选择变压器类型。使牵引变压器的电能损失降到最低，且尽可能选用容量利用率高且具有高过载能力，低阻抗电压的牵引变压器。

某供电段实践使用节能型变压器，空载损耗较传统牵引变压器降低45%，与相同容量的传统变压器，每年可减少35万度电能损耗。
（2）牵引变电所换接相序，减小单相牵引负荷在电力系统中引起的负序电流。换接相序是指将变电所相邻的变压器的原边的相序与电力系统中不同的相相接。在机车运行中变电所牵引超负荷运行时会出现点能系统不对称运转从而产生负序电流，它不仅会对机车的变压器，电机等等设备形成能源的过量损耗，而且会造成变压器容量使用率降低和增加整个电网的损耗。所以通过换接相序的方法来减少负序电流对电气化铁路节能是必须的措施和手段。
（3）减少谐波和低功率因数带来的损耗。变压器牵引低功率因数运行会造成电力机车电机设备的工作能效降低，增加了变输电及发电的成本，同时增加整个电力网络的能源损耗。通常方法有一是装设并联电容补偿装置以补偿功率因数，并偿装置的参数选择，以滤掉3次谐波电流为主。但这种方法在实际运用当中存在着无功效补偿不高，高次谐波造成并补差压误动、投放不到位等一系列问题。二是使用滤波器。它可以排除铁路供电系统负载影响，以复合滤波为主，吸收电力系统内的特性谐波，避免对电力系统产生谐波危害，影响电力系统的运行效率，规避电力系统的负载影响。三是使用电抗器。在铁路供电系统中，通过它可以实现无功补偿。作用也比较明显，如抵消容性电流，预防接地事故；控制线路短路，及时补偿所需的电流功率；在高负荷过程中，调节铁路供电系统的负载，确保电力系统功率需要。
2.3 使用需量法计费。牵引变电所基本电费有容量法和最大需量法计费两种方式，在满负荷运行下，两种计划费方式差别不大。随着电气化铁路覆盖率及密度增大，部分变压器不是满负荷运行，运用容量法计费不能真实反映实际用电量，相关于“没用电也需付费”。
        2.4 做大直购电量。近年来，国家推行发电企业与用电大用户签订直购电协议，铁路企事业单位应严格全面预算管理，实现节支降耗目标。
        2.5 推进合同能源管理。将大型站场照明纳入合同能源管理，实现节能降耗、减少运用成本，消除作业风险，提高站场照明效果。
        2.6 推进节能照明设备的应用。如在电力系统的照明设备内安装控制器，发挥智能控制的作用。控制器可以跟踪该铁路电力系统内的照明设备，实时收集照明设备的动态信息，对比已经设定好的最优电压，主动进行电压计算，智能调节照明设备，既可以在节能状态下提供足量的照明，又可以避免电压波动产生的影响，延长照明设备的使用寿命。
3 结束语
        随着我国高速铁路的不断发展，作为高速铁路的核心技术之一的电气化牵引供电系统也蓬勃发展，极大程度的减少电能损耗已成为实现节能增效目标的重要方法。因此，抓实抓细抓精电能损耗的每一个环节非常重要，尤其是铁路设计前期，在保证安全、技术、经济等方面合理的同时，应综合考虑节能。而铁路供电系统应充分运用国家政策和先进技术，更新改造陈旧设备，最大限度地减少电能消耗，为铁路运输节能、增效、减排作出应有的贡献。
参考文献：
[1]彭惠民.前景诱人的高速电气化铁路[J].电世界，2014，12：7-9.
[2]杨汀.电气化铁路牵引变电所节能技术探微[J].中国新技术新产品，2015，22：91.

网址：铁路供电系统节能增效分析及策略 https://www.yuejiaxmz.com/news/view/552742

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