电气化铁路牵引供电系统研究现状及关键性技术研究
摘要：本文针对电气化铁路牵引供电系统的研究现状进行分析，探讨了在供电系统运行过程当中所存在的相关问题，并针对其关键技术进行具体阐述，希望能够为相关工作人员起到一些参考和借鉴。
关键词：电气化铁路牵引；供电系统；研究现状；关键性技术
随着改革开放的不断深入，社会经济发展速度不断加快，而电气化铁路牵引所具有的作用也得到了明显体现。在电气化铁路牵引过程当中需要具有庞大的供电系统，而由于供电系统中所存在的电容效应、短路、不对称以及甩负荷等问题，进而导致电气化铁路牵引的发展受到了一定阻碍。对此，需要进一步完善供电系统的运行，提升供电系统的相关性能，有效解决相关质量问题，确保电气化铁路牵引供电系统的正常运行。
一、电气化铁路牵引供电系统研究现状
（一）负序电流问题
将三相供电电网在牵引供电网当中进行引入，由于电力机车属于单相交流负载，因此往往会使其电力系统出现相关的负序电流。而该负序电流具有较强的破坏性，因此容易使变压器出现附件发热等相关问题，同时还会降低变压器的容量利用率。而该问题在出现后，会对电网的电能质量产生极大影响，同时也会给输电线路造成巨大的损失，严重影响了电网内相关电力设备的安全稳定运行。
（二）谐波问题
在牵引供电系统中，不可控整流型机车是十分重要的谐波源，虽然目前交-直-交型电力机车的应用变得十分广泛，但多科机车并存的现象还将持续一段时间，进而导致出现了相关的谐波问题，对牵引供电系统产生影响。当谐波问题出现后，会导致电网中元件所受到的附加损害有所增大，同时对电气设备的正常运行也会产生严重影响，最终导致沿线的通信出现扰乱问题或中断问题，同时还会造成相关继电器出现误动作，从而增大安全隐患。电网中所使用的相关仪器仪表也会由于此问题，进而降低其测量准确性。
为了对上述问题有效进行解决，需要对大量铁路专用电厂和输电系统进行使用。具体来说，可以通过10千伏供电模式来有效解决相关的取电问题，但这与我国目前50赫兹电压的相关情况并不符合，因此需要结合实际情况来合理采取相关对策，从而使电气化铁路牵引供电系统中所存在的问题得到有效解决[1]。
高速铁路牵引计算与仿真系统研究
摘要：高速列车牵引仿真技术是高速铁路发展的重要环节，研究高速列车的牵引计算仿真系统对于我国高速动车组设计优化、高速铁路线路的设计和优化、列车运行时分、能耗等运营指标的优化等方面具有重要意义。 CRH 系列动车组为研究对象，通过分析动车组运行过程计算算法的研究，开发完成高速铁路牵引计算与仿真系统，并应用实例进行验证。
关键词：高速铁路；牵引计算；仿真系统
我国已经建成多条高速动车组线路，但由于相关系统的应用和研究起步晚，本领域内理论研究和产品研发与其他高铁发达国家稍显滞后。我国现有的主流牵引计算软件采用模型和计算方法主要是针对普速铁路的机车车辆设备进行设计，随着高速铁路的发展，已经不适用于高速铁路设计、动车组运用等相关工作。为了能够更好的发挥高速动车组的性能，有必要编制一套适用于动车组牵引计算同时兼用于普通线路机车车辆设备牵引计算的仿真系统。
一、高速铁路牵引供电系统
高速铁路牵引供电系统优化设计是多约束、非线性和多目标的复杂问题。优化设计过程需要综合考虑地理环境因素、建所选址问题、设备投资费用、维修保养费用和电能损耗等问题。牵引供电系统供电方案的优劣不仅影响系统的投资建设和维修费用，而且还影响运营过程的经济性。针对单一目标函数的牵引供电系统优化方法往往不能达到很好的节能效果。通过研究分析发现，有多种因素会对牵引供电系统的经济运行结果产生影响，其中主要包含牵引网上的功率损失大小、外部电源进线距离、投资建所费用和运营维修费用等。电气化铁路牵引供电系统的作用为把发电厂或地方变电站输出的电能供给铁路沿线运行的电力机车使用，主要由外部电源系统、牵引变电所及接触网等多个部分组成。特点如下：
1、牵引负荷大，可靠性要求高：高速列车相对于普通低速列车而言，在速度方面有了很大的提升，空气阻力相对较大，在高速运行过程中，空气阻力是列车主要阻力，在这样的情况下，牵引负荷通常很大；高速铁路为旅客运输的主要交通工具，在高峰时段运行数量多，必须确保安全。
电气化铁路弓网关系研究及仿真
列车受电弓从接触网受流是在动态运行完成的，不同的接触网-受电弓组合会产生不同的作用性能，良好的弓网关系是保证列车受流安全可靠的必要前提。文章通过对受电弓特性及弓网受流的性能评价进行分析，建立起仿真分析模型，最后根据仿真分析结果对弓网作用关系进行评价。
标签：接触网；受电弓；受流
引言
在受电弓与接触网组成的供电耦合系统中，受电弓对接触网进行激励，振动波沿接触网传播，过程中会产生反射，并且列车高速运行过程中受电弓会使弓网振动幅度增大，使接触网的抬升进一步增加。受电弓与接触网的这种动态相互作用与列车的运行速度密切相关。随着列车运行速度的提高，空气动力也会参与其中。
因此，在电气列车运行过程中，弓网接触压力以及接触网的抬升是不断变化的。弓网接触力和接触网抬升是受电弓和接触网两个振动子系统相互耦合的结果，可以用来评估受电弓和接触网的接触质量。
对于电气化铁路，有必要通过弓网仿真有针对性的对受电弓与接触网的匹配性进行研究，在保证弓网系统运行可靠性的前提下，提高弓网系统的接触质量和延长弓网系统的运行寿命，降低弓网系统运营成本，为高速受电弓与刚性接触网系统的健康发展提供科学依据。
1 主要研究内容
本课题从受电弓和接触网相互作用入手，研究受电弓与接触网的工作动态，通过受电弓与接触网动态作用仿真分析，给出受电弓与接触网动态移动时，接触压力与时间相关的特性，以及和接触网抬升的相互关系，对相应的接触网-受电弓系统进行评价。
2 研究思路与技术路线
根据具体的接触网设计参数和受电弓技术参数，利用有限元的方法建立整个锚段接触网的FEM模型；建立受電弓的模型；同时依据EN3018或现场实测数据确认仿真模型的有效性；最后根据仿真分析的结果对现有弓网关系进行评价，若存在问题，则结合现场实际应用情况给出成因分析及合理化建议。
3 受电弓结构及特性
受电弓是安装在车辆上，实现列车从接触网取得电流的专用设备，一般由底
1引言
电气化铁路对于实现我国铁路重载、高速起到了至关重要的作用。至2007年底，我国的电气化铁路营业里程已达到了24046.6km，占我国铁路总营业里程的37.8%，各大干线都已实现了电气化。但是，随着电气化铁路的建成，电气化铁路也带来了许多新的问题，特别是对铁路信号设备的影响。近年来，铁路信号系统使用了大量的新技术、新设备，使这方面的矛盾更加突出，如何解决好这些问题，是铁路信号系统要解决的一个重要问题。本文就电气化铁路对信号设备的影响的原因以及克服的方法进行探讨。
2我国现有的电气化铁路的特点
电力牵引是一种有轨运输的牵引形式。它利用电能作为动力，驱动列车运行。现有的牵引供电系统主要由牵引供电所、接触网、轨道回路、回流线以及馈电线组成。其中，牵引电流所经过的回路是：牵引变电所———馈电线———接触网———机车———钢轨———回流线———变电所。我国目前所采用的供电方式主要是自耦变压器供电（AT方式），它具有供电距离远、牵引电压损耗少、对通信干扰小的特点。
3电气化牵引供电对信号设备影响的原因及其分类
与电气化铁路系统相比，信号设备在电气化铁路中处于从属被动的地位。电气化铁路属于强电系统，它具有这么几个特点：（a）额定电压高，可达25kV；(b)牵引电流可达到数百安培甚至上千安培；（c）电力机车为非线性负载，在整流换相和运行过程中会产生大量谐波成分等特点。这些特点构成了电气化铁路对信号设备干扰的基本原因。从干扰的种类来说，可分为传导、感应、辐射三种形式，具体影响可分为以下五类：
（1）传导性干扰
传导性干扰即牵引电流不平衡干扰，它是电气化铁路对轨道电路干扰的主要原因。信号设备和牵引电流共用钢轨这个通道，由于钢轨阻抗、接续线电阻、对地漏泄、扼流变压器线圈对称度不同等因素，往往是流经两根钢轨上的电流不等，从而形成了不平衡电流。由于不平衡电流的存在，在扼流变压器二次侧产生一个感应电动势，它的大小相当于扼流变压器一次侧半个线圈中流有一个大小为两个钢轨电流差的电流在次级线圈中的感应值，这个差值能使扼流变压器升压，电压升到一定程度就会使轨道继电器误动。衡量不平衡电流的参数是不平衡系数，它是不平衡电流与总电流的比值（%）。如一根钢轨中的电流为I1，另一根钢轨中的电流为I2，则不平衡系数为：k=（I1-I2）/（I1+I2）×100%。
