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电力科普 | 高铁是怎么供电的?

国务院印发的《“十四五”现代综合交通运输体系发展规划》显示,截至2021年底,全国铁路营业里程突破15万公里,其中高铁超过4万公里。今年全国两会期间,铁路相关话题受到代表委员和社会公众的广泛关注。特别是超4万公里的世界最发达高铁网,更是赢得代表委员点赞。


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高铁用电从哪来?


高铁本身是不带能源的,因此只能由电力牵引供电系统提供,而这个功能强大的供电系统主要包括变电所和接触网。电厂发电后通过输电线路送到牵引变电站,再通过接触网将电供给铁路。


整个高铁供电系统可以用这张图来概括:


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高铁的供电原理和电车类似,简单来说,就是在铁路上搭一根电线(电网),在动车上安一个可以导电的滑轨(受电弓),每隔数十千米处就有一个供电单元,以此为高铁提供电力。


具体模式为:电厂——高压输电线——变电所——架空接触网——回流回路


即从地方电网引入(220kV或330kV)电压到沿线的牵引变电所(50公里左右一座牵引变电所),经过所内变压等一系列控制系统后,向接触网提供27.5kV的电压,中间设有分区所(两个牵引所之间设一座分区所)、AT所(牵引所与分区所之间设一座AT所,主要解决末端电压补偿)。


通俗来讲就是,从电厂开始出发,通过城市上空的输电线传达到高铁上,经过牵引变电后,高铁可以从这些电线上直接获取电站牵引出来的电力,然后在这些接触网上的电线就会和车顶上的受电器进行接触产生电流,接触网相当于火线,钢轨是零线,它们和高铁构成了一个电回路,从而获取到电力催动高铁运行。


高铁用的电有啥不一样呢?


如果说不同的话,首先体现在电压上。高铁用的电压是电网供电序列中找不到的。其次,电网里的交流电是三相的,而高铁的电是单相的!


在我国电气化铁路中,使用的正是工频(50hz)25(27.5)kV单相交流电,这种单相、25(27.5)kV的交流电是由牵引变电所将电网输的电转变而来。


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高铁耗电量有多大?


首先,高铁运行时速高达350km/h,每小时耗电量为9600度,当高铁时速降为250km/h时,耗电量仅为4800度,即速度越快,牵引功率越大,耗电量也越大。按照电价成本计算,电费大致占了高铁票30%的费用。


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高铁用电安全吗?


检修人员会在无高铁运行的凌晨对接触网进行停电检修作业,并安排专人在白天沿铁轨巡视检查有无鸟类筑巢、有无漂浮物靠近,同时清除可能侵线的树木,避免接触网设备短路跳闸影响高铁安全运行。


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如果停电了怎么办?


高铁的运行并不是一直供电的,那么,没有持续供电,高铁还能高速运行吗?


经常坐高铁的乘客或许曾注意到过,在途中偶尔会有“顿挫感”,这是由于高铁有一段长度为100m左右的“无电区间”,在电力区段沿线,每隔60km会设立一座变电所,通过接触网向高铁供电,铁路电力区段会利用列车运行的间隙,停止某一区段变电所与变电所向接触网的供电,一般叫做开天窗。且高铁线路是一个个封闭的区段,而不像地上的铁轨,一直连接在一起。


高铁的顶部有个受电弓,滑在27 500V的高压线上。当每次经过不同的变电所区段线路时,由于线路不互相连接,中间会有那么一下下高铁是没电了的状态。由于高铁本身载重量较大,铁轨摩擦又相对较小,在断电时可以依靠自身惯性高速滑过这个区间,在这段时间里供电中断,高铁依然能高速运行。


也就是说,高铁牵引所采取的是二回路热备用方式,当有一路电压停电时,另一路电源自动切换供电,延时为毫秒级,不影响列车正常运行。并且地方两路电压分别从不同的地方变电所取电,确保地方变电所出现故障断电时,另一个地方变电所确保正常供电,两个地方变电所同时断电的概率非常非常小,除非发生大面积地震等重大天灾。


高铁的电力电缆选择有什么特殊性?


考虑到高速铁路建设环境和使用的非凡性,所用电力电缆要求都比较高。大都要求低烟无(低)卤、阻燃、耐火、耐油、耐紫外光、耐潮、防水、防霉、防鼠等,南方还要求防白蚁。适用于南方湿热气候和多蚁环境的高低压电力电缆、低烟无卤电缆、云母带绝缘耐火电缆、矿物绝缘防火电缆、泄漏同轴电缆等。此外,高速客运专线的建设,按照当前的技术,轨道应答器必将大量使用,这就为轨道应答器数据传输电缆提供了广阔的市场空间。高速铁路建设用电缆中电力电缆将主要是直流牵引电缆、阻燃电缆、耐火电缆、绿色环保电缆、自控温电缆等特种电缆。信号电缆主要集中在地铁用、信号电缆和控制电缆、通讯电缆、通讯光缆等品种。漏泄同轴、射频电缆主要应用于无线通信系统。


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