[科普中国]-电力牵引

定义

电力机车或动车的牵引电动机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电动车辆组运行。主要由电源、牵引变电所、接触网（接触轨）、轨道回路和电力机车、动车组等环节构成的系统以实现电力牵引。

发展简史世界上第一条试验性电力牵引线路是德国西门子公司和哈尔斯公司于1879年5月31日在柏林建成的。牵引电机采用直流串励电动机， 由第三轨供电， 供电电压为150 V。1881年在法国巴黎国际电工展览会上展出了第一条由架空接触线供电的有轨电车线路。这条长500 m的线路用架空接触线供电比用第三轨供电更安全，供电电压更高，为进一步提高牵引电动机功率创造了条件。此后，电力牵引迅速在城市交通运输中得到采用。20世纪初， 电力牵引开始应用于干线铁路运输。最初的电气化铁路接触网采用直流制供电，随着牵引重量的不断增加，牵引功率也不断增大，至20世纪50年代法国第一次采用25 kV单相工频制式，使电气化铁路的技术经济效益大为提高，建设费用和运输成本显著降低。这种方式已成为电气化铁路的主要供电制式， 许多修建电气化铁路较早的国家也纷纷将已建成多年的直流电气化铁路改造成为交流电气化铁路。

分类电力牵引按照向电力机车、动车组供电的电流性质不同，分为工业标准频率（50 Hz或60 Hz）单相交流制，简称工频单相交流制，是20kV，25 kV，低于工业标准频率的低频（一般为16 2/3 Hz）单相交流制，电压为110kV，15 kV和直流制，电压为 600，750，1 500，3 000 V等4 种类型（该分类不适用于磁浮铁路）。按照应用领域，则区分为干线线路电力牵引、工矿运输电力牵引、城市轨道交通电力牵引（地下铁道与轻轨交通）和城市有轨电车等。各种电流制的电力牵引供电系统和电力机车、动车的设备有较大差别。

电力牵引优点电力牵引相对于内燃机为动力的内燃牵引（内燃机车、城市公交汽车）和蒸汽机为动力的蒸汽机车牵引，具有下述一系列优点：

①电力牵引为非自给式牵引动力。机车本身不带燃料和原动机。由大容量电力系统供电，机车或动车总功率大且自身重量相对较轻，具有起动和加速快、过载能力强、牵引力特特点，能满足铁路和城市现代交通运输对高速、快速、重载和大运输能力的需要。

②电力牵引的总功效（作功效率）最高，可显著节省能源降低运营成本。由于电能在发电厂（站）集中生产，采用高温、高压、大功率机组的火力发电厂构成的电力系统供电，电力牵引的总功效为27%～28%；由水力发电站构成的电力系统供电时，电力牵引的总功效可达57%～58 %。而内燃牵引和蒸汽机车牵引的总功效，分别为22% 和6%，公交汽车运输的总功效与内燃牵引相当或稍低，且都要使用优质燃料（柴、汽油和优质煤）。据统计，铁路电力牵引的平均单位消耗（标准燃料·公斤/万吨·公里），比内燃牵引和蒸汽机车牵引分别低13.0% 和67%，因而，电力牵引的运营成本较低。

③电力牵引列车和车辆噪声小，不排出废气和有害气体，有利于环境保护。城市轨道交通电力牵引采用地下建筑或高架结构，运输快捷、灵活、安全。可消除城市交通阻塞状况、改善生活空间。

④电力牵引各主要组成环节均为独立电气系统，且又连成整体，它们与电子技术和计算机控制手段相结合，易于实现全面自动化和信息化，为铁路和城市交通的技术进步、劳动生产率的极大提高，提供了广阔的发展前景。2

发展问题电力牵引存在的缺陷主要是增加了供电系统装置，使其一次投资费用按其他牵引动力形式要高些。另外，交流制整流器电力机车和动车产生高次谐波和负序电流，对电力系统的安全、经济运行有一定影响；谐波的存在和高压接触网及其回流网络的不对称，对沿线平行接近的电信线路将产生干扰电压，影响通信质量和人身安全；直流电力机车和动车负荷在回流时存在迷散电流，对地下金属管道和地下建筑物形成腐蚀作用，都需采取有效措施进行防护和限制。

应用20世纪50年代，由于二次世界大战后百废俱兴，在世界范围掀起了铁路牵引动力技术改革的浪潮，电力牵引首先在欧洲、前苏联、日本等一些国家开始广泛采用。由于电力牵引的技术经济综合优势十分明显，加以70年代出现了世界性石油危机，愈益促进了它的发展。至80年代末，上述主要国家都达到以占本国铁路总里程1/4～1/3左右的电气化铁路，承担其2/5～3/4的客货运输总周转量。

在此期间，轴功率1000 kW以上的大功率、高速、高性能的交流一直流一交流传动电力机车和晶闸管整流器电力机车，相继研制成功投入商业运营，推动了高速铁路和重载运输电力牵引的发展增强了铁路运输与航空、公路运输的竞争能力。

许多国家的铁路运营实践表明，牵引动力电气化已成为铁路技术改革的方向，是实现铁路现代化的重要步骤。

电力牵引相关术语直流电力牵引制：用直流电向电力机车或电动车组供电的电力牵引制。

电力牵引远动系统：由主近代和被控站的远动装置及连接两者之间的通道设备组成的调度牵引供电设备远距离监控系统。

牵引网：由接触网和回流回路构成的供电网络。

直接供电方式（TR供电方式）：由牵引变电所直接向牵引网供电，牵引电流只由钢轨和大地流回牵引变电所的供电方式。

带回流线的直接供电方式（TRNF供电方式）：增设与钢轨并联的架空回流线的直接供电方式

吸流变压器供电方式（BT供电方式）：牵引网中设置吸流变压器一回流线，使牵引电流沿回流线流回变电所的供电方式。

自耦变压器供电方式（AT供电方式）：牵引网中设置自耦变压器和自耦变压供电线（AF线）等，自耦变压器并接于接触线与AF线之间，由AF线回流的供电方式。

同轴电力电缆供电方式（CC供电方式：在牵引网中沿铁路埋设同轴电力电缆，其内部导体作为馈电线与接触网并联，外部导体作为回流线与钢轨并联的供电方式。