[科普中国]-旅客列车供电系统

列车供电系统（英语：Electric train supply，简写为ETS；也称Head-end power，简称HEP）是旅客列车上的集中供电系统，按供电装置的位置可分为机车直供电（简称“机供”）和发电车集中供电，输出的电能用于列车上的照明、空气调节及其他电气设备，但目前仍然存在客车自带柴油发电机供电的现象。向列车供电的最早尝试于1881年10月由伦敦、布莱顿及南岸铁路在伦敦至布莱顿的旅客列车上实施，但当时只是用于客车照明，后来又衍生出对列车空气调节系统的供电。

简介列车供电系统（英语：Electric train supply，简写为ETS；也称Head-end power，简称HEP）是旅客列车上的集中供电系统，按供电装置的位置可分为机车直供电（简称“机供”）和发电车集中供电，输出的电能用于列车上的照明、空气调节及其他电气设备，但目前仍然存在客车自带柴油发电机供电的现象。向列车供电的最早尝试于1881年10月由伦敦、布莱顿及南岸铁路在伦敦至布莱顿的旅客列车上实施，但当时只是用于客车照明，后来又衍生出对列车空气调节系统的供电。1

供电方式新型空调客车采取的供电方式是集中式供电，就是在列车中的某一节车厢内设置发电站或在列车上设立变电站，向整个列车供电。供电方式主要有两种：

一种是在专门的发电车（图3.5.5_02KD型发电车）或行李发电车内，安装柴油发电机组，构成列车发电站。列车发电站的工作由专门的配电盘控制。发电站发出的电，通过贯穿全列车的输电干线和专门的车端连结器，送到列车各节车厢。

另一种是在电气化铁道的列车牵引区段，电力机车升起受电弓，将接触网供给的25kV，50Hz的单相交流电引入列车变电站。然后，经过列车变电站中的变压器、整流器、变流机等电器设备变换后，给整个列车供电。这种供电系统，配线经济、不用蓄电池、车辆构造成本较低、发电量不受列车速度的影响。但是，它也有缺点，一旦发电站、变电站出现故障或发电车从列车上摘挂下来，就会影响列车供电。为了弥补这种缺陷，列车可以同时装备轴驱式供电装置作为备用，以保证列车用电。

目前，我国列车牵引方式有蒸汽机车牵引、内燃机车牵引和电力机车牵引三种，其中采用电力机车牵引列车的铁路称为电气化铁路。电力牵引具有马力大，速度快、能耗低、效率高等特点，使用电力牵引的区段，运输能力明显提高，运输成本大为降低，同时，机车性能、工作条件等较内燃机车更好。是我国铁路牵引动力今后的发展方向。我国第一条电气化铁路是宝鸡至凤州区段的铁路干线，于1958年至1962年间建成并立即投入了运营。此后，鹰厦、湘黔等干线也陆续建成电气化铁路区段。1

发电途径列车供电系统中的发电机可由机车或发电车内的独立发电机组或是机车的原动机驱动。

独立发电机组用于列车供电的发电机组通常由独立于机车原动机之外的柴油发动机驱动，可装在内燃机车后部的一个区域或是单独的发电车厢内。自带列供发电机的机车在加油时，燃油会同时供给至原动机与发电机，而空调发电车需单独补充燃料。

此外，一些客车在车底装有小型发电机组，如中国铁路的RW25B型软卧车及25K型国际联运客车。

机车原动机机车的发动机有时也会同时提供动力和列车所用电能。在内燃机车上，发电机若由原动机直接驱动，则需按恒定速度运行，以保证50或60赫兹的交流电频率。后期的机车开始使用牵引电机驱动的静式变流器，使原动机的转速范围更大。

由原动机驱动发电机的机车在为列车供电时会减小牵引力，如标称功率分别为3,200hp（2.4MW）和4,000hp（3.0MW）的通用电气P32和P40型机车在为列车供电时分别需将功率降至2,900、3,650hp（2.16、2.72MW）。

电力机车在向列车供电时，主变压器的供电绕组将受电弓接受的25千伏单相高压交流电降压，降压后的交流电经真空接触器与快速熔断器到单相整流桥，再通过滤波电抗器和滤波电容器输出600伏的直流电压。输出到客车车厢的600V直流电通过各车厢底部的逆变器逆变为380伏、220伏、110伏交流电，向空调、电开水炉、照明、控制等负载供电，并向蓄电池充电。

在中国铁路客票上，自供电空调列车被标示为“空调”（硬座/硬卧/软卧，但主要是带独立发电机组的RW25B），发电车或机车集中供电的空调列车则标示为“新空调”。1

供电类型直流供电早期的电气化铁路采用电压相对低的直流供电。机车或动车组的电动机直接连接在电网主线上，通过并联或串联在电动机上的电阻和继电器来进行控制。

通常有轨电车和地铁的电压是600伏和750伏，铁路使用1500伏和3000伏。过去车辆使用旋转变流器来将交流电转换为直流电。现在一般使用半导体整流器完成这个工作。

采用直流供电的系统比较简单，但是它需要较粗的导线，车站之间距离也较短，并且直流线路有显著的电阻损失。印尼的一些地区的少数地区使用1500V的直流电，其中，荷兰实际使用的电压大约有1600V到1700V。比利时、意大利、波兰、捷克北部、斯洛伐克、前南斯拉夫、前苏联使用3000V直流电。

低频交流电一些欧洲国家使用低频交流电来给电力机车供电。、、、挪威和瑞典使用15千伏16.67赫兹(电网频率50Hz的三分之一)的交流电。美国使用11千伏或12.5千伏25赫兹的交流电。机车的电机通过可调来控制。

工频交流电匈牙利曾经在二十世纪三十年代在电气化铁路上使用50赫兹的交流电。然而直到五十年代以后才被广泛使用。

目前，一些电气化机车使用变压器和整流器来提供低压脉动直流电给电动机使用，通过调节变压器来控制电动机速度。另一些则使用可控硅或场效应管来产生突变交流或变频交流电来供应给机车的交流电机。

这样的供电形式比较经济，但是也存在缺点：外部电力系统的相位负荷不等，而且还会产生显著的电磁干扰。

法国、英国、芬兰、丹麦、前苏联、前南斯拉夫、西班牙（标准轨高铁路段）、日本（东北、上越、北海道新干线及北陆新干线轻井泽以东）、使用单相25千伏50赫兹电力供应，台湾高速铁路、台湾铁路管理局、韩国、日本（东海道、山阳、九州新干线及北陆新干线轻井泽以西）使用单相25千伏60赫兹电力供应，而美国通常使用单相12.5千伏和25千伏60赫兹的交流电。另外日本东北、北海道地区使用20千伏50赫兹交流电，北陆地区、九州地区使用20千伏60赫兹交流电。

多种系统供电因为有这么多的供电方式，有时候甚至一个国家内都采用不同的方式（如日本关东以南是60Hz，但东北及北陆以北是50Hz），所以列车经常必须从一种供电方式转向为另一种供电方式。其中一种方法是在换乘站更换机车，当然，这样很不方便。

另一种方法是使用支持多种供电系统的机车。在欧洲，通常是支持四种供电系统(直流1.5千伏、直流3千伏、交流15千伏16.67赫兹、交流25千伏50赫兹)的机车，这样，它在从一个供电系统到另一个的时候就可以不用停留。

而日本国铁在上世纪60年代初已有交直流对应的列车机车、但当时只能对应其中50/60一个赫兹，俗称“单交直流型 ”。直至60年代尾才成功研发可在全日本电化区间的行走用的多种供电系统（直流1.5千伏、交流25千伏50/60赫兹），俗称“双交直流型”，并开始引进当时量产中的列车机车系列上，但在1987年由JR分社经营后，由于预期旅客电车不需再作全国性的调动或行走，加上双交直流型电车成本较高，故除了至国铁末年仍量产中的415系1500番台及之后的JR东日本的E653系及是双交直流型电车外，单交直流型的旅客电车从新被各JR旅客会社采用。2

其他供电方式在欧洲大陆，部分餐车带有受电弓，可直接从接触网取电，如德国的WRmz 135型（1969年）、WRbumz 139型（1975年）和ARmz 211（1971年）。芬兰铁路餐车带有柴油发电机组，且在机车供电的情况下仍然运作。

一些空调旅客列车会由不带机供装置或是供电制式不符的机车牵引，这些列车会加挂发电车，例如中国铁路的T1/2次列车（目前已改用25T型客车，与机车供电格式相符），以往其本务机车为具备直流600伏供电装置的HXD3D型，但车底为交流380伏供电制式的25K型。新西兰铁路在观光列车上加挂AG型行李发电车。3

本词条内容贡献者为:

刘军 - 副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所