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摘要：众所周知，铁路运输在我国是一种极其重要的运输方式。它在整个交通系统中所占的比例相当突出。特别是随着电气化铁路的不断发展，铁路运输的作用越来越突出。同时，也要注意铁路运输。在输电和使用过程中，其能耗相对较大，尤其是电气化铁路的电能利用给我国电力发展带来了巨大的压力。因此，为了电气化铁路自身的发展，根据电力消耗的某些过程，采用了一些必要的节能技术来提高其节能效果。它已成为目前的一个重要研究方向，尤其是电气化铁路牵引变电所，可以达到更好的节能目的。
关键词：动车组；电气化铁路；节能技术
1高速铁路技术概述
高速铁路技术是当代世界铁路的一项重大技术成就,它集中地反映了一个国家铁路牵引动力、线路结构、运行控制、运输组织和经营管理等方面的技术进步,也体现了一个国家的科技和工业水平;同时,高速铁路在经济发达、人口密集的地区具有突出的经济效益和社会效益。
与公路、航空相比,高速铁路的主要技术经济优势表现在:速度快、旅行时间短;列车密度高、运量大;高速列车乘坐舒适性好;土地占用面积小;能耗低;环境污染小;运输成本低;列车运行准点;安全可靠;不受气候影响,全天候运行;社会经济效益好。
我国作为世界铁路的一个客货运大国,正面临着旅客运输大发展的新挑战。高速铁路正是既能满足我国旅客运输大发展需求、又能满足可持续发展战略要求的最佳交通运输方式。高速铁路客运专线是以客运为主的快速铁路,同时也是国家重点建设项目。
2动车组节能技术研究
2.1转向架
高速列车转向架要求轻量化,为了减轻簧下的质量,而采用整体碾钢的小直径车轮、空心轴和轻型轴箱体,以及采用焊接结构构架、轻金属齿轮箱等。
2.2高速制动技术
高速列车制动系统十分重要。由于列车高速运行时,运动能量很大,靠单一的、传统的制动明显不够,需要解决列车动能的快速转换和能量消耗问题。应采用多种制动方式,如动力制动(电阻制动和再生制动)再配合摩擦盘式制动组合在一起,加上电子防滑装置,提高轮轨的黏着力作用,以确保高速列车安全运行和平稳准时停车。
高速列车所需的牵引功率与运行速度的三次方成正比例。因此,高速列车必须大幅度增加机车牵引功率。高速列车电力牵引就应向功率大、体积小、可靠性高、成本低的方向发展和采用交流电动系统。
2.3牵引电动机
近代高速列车大多采用三相异步牵引电动机,有质量轻、功率大、结构简单、运行可靠、维修方便、使用寿命长等优点。而新开发的永磁多极同步牵引电动机,更可以实现很高的转矩密度,从而可能实现无传动齿轮的直接驱动,而直接驱动意味着可以取消传动齿轮箱。
2.4牵引变流器
从线路将交流电供给电机应用,要经过变流器。随着电力、电子技术的迅速发展,已由晶闸管发展到GTO、IG-BT、IPM至IGCT。即采用新型半导体器件做牵引变流器。一方面是向小型、轻量、节能、环保、经济、实用方向发展。另一方面,随着电子元器件的模块化、系列化、小型化,有条件将牵引变流器、辅助变流器和列车供电变流器三者集成在一起。同时,变流器的冷却也十分重要,可以采用热管进行冷却,代替风冷、水冷和油冷。热管冷却效率高、体积小、易于维修,还不污染环境。
2.5主变压器
电力牵引中变压器是最大、最重而且损耗最多的一个部件。由于机车上安装空问有限,希望能缩小体积、减轻质量,尤其要减少损耗。主变压器的损耗占机车总能耗的30%,因此,降低主变压器的损耗是牵引电力机车节能的重点。随着电子技术的发展,可以采用电子变压器,也可以在现有变压器结构上,采用新型超导材料,开发超导变压器。
3电气化铁路节能技术研究
3.1输电接触导线
电气化铁路用接触导线是接触网中最重要,但又最易损坏的环节。它承受磨损、放电、温升和大气腐蚀等多方面的作用,再由于我国线路十分繁忙,行车密度不断增加,以及为适应铁路运输的需要,电力机车的功率不断提高,列车重量的增加和车速的提高,使接触导线的工作环境更加恶化。因而,如何减轻接触导线本身的磨损、延长其使用寿命,成为铁路运输部门十分关注的问题。
各国科技界的研究,集中在保证接触导线具有相当导电率的情况下,从导线的结构设计和材料工艺多方面来减轻接触导线的磨损。
就接触导线断面而言,目前主要使用的是圆形和双沟异形。椭圆形接触面导线的磨损要比圆形接触面导线降低7%,而双沟异形又按接触的大面,分成近似圆形和椭圆形两种。因为接触导线的磨损是随接触导线的单位负荷(电流密度、单位压力)而变化的,因此减少负荷就可以减轻表面磨损。
接触导线广泛采用铜和铜合金作材料,其导线的截面等级也不断在提高。为了降低接触网的造价,有的国家采用铝和铝包钢的混绞线作为承力索,来代替铜和铜合金的承力索。这种方案,由铝包钢承受张力,由铝线承受电弧。它不仅比较便宜,而且悬挂重量减轻,支柱基础和支柱的长度相应减小,从而降低了接触网的造价。
在制造工艺上采用连铸、连轧等设备,以确保接触导线的整体长度。
3.2输电线路除冰
输电线路如由于覆冰造成导线断裂、杆塔斜塌事故,将严重影响送电,造成重大经济损失。尤其在三北(即东北、西北、华北)地区,天寒地冻,断线事故时有发生;南方地区气温虽高,但阴雨连绵,覆冰也不少,成为安全输电的一个难题。为此,国家将输电线路防冰害技术列为重点课题,要求开发除冰技术和相应装置。
除冰装置可采用一种合金材料,它能随气温变化而改变磁性。当气温在居里点以下时,材料具有铁磁性,在输电线电流中产生弱磁场,由于涡流而发热,因而可融化积雪和覆冰;当气温在居里点以上时,材料失去磁性,不再产生涡流,此时输电线已无积雪和覆冰,也无损耗。材料可制成线状或带状缠绕在输电线芯上,即能有效除冰。
3.3滑板材料
受电弓滑板是电力机车从接触网受取电流的重要集电元件。由于是滑板受流,因而滑板极易磨损。为了保证高速和重载运行的电力机车安全可靠地运行,以及对接触导线的磨损最小为前提选择滑板的材料,所以对材料的性能要求很高。要求滑板本身具有足够的强度,对冲击的韧性要好,以防止运行中发生缺损和破裂;耐磨性好,磨损小,以减少维修费用,节约材料;导电性能好,接触电阻小,以防止发热;润滑性能优良,对接触网导线损伤小;以及为适应高速运行的需要,还要求滑板较轻,以防离线;由于它又是易耗品,还要选用价格相对低廉的材料,以节约维修费用。
为了适应上述的要求,国内外电力机车运行部门对受电弓滑板材料做了大量试验和实际应用。我国也引进多种粉末冶金滑板的制造技术,通过消化吸收,使用国产原料制成适合大秦铁路线要求的粉末冶金滑板,并在基体中添加冶金相溶性差的金属,使质点能以单独的状态存在。硬质点能提高滑板的强度和耐磨性,软质点起润滑作用,从而减少了滑板与导线的机械磨损。这种滑板既适用于铜导线,又适用钢铝导线。受电弓滑板材料的选用,还将随着列车的发展而不断加以改进。
结论
综上所述，针对我国电气化铁路牵引变电所的应用现状，能耗问题是一个亟待关注和改变的关键问题。在此基础上，分析运行过程中产生的负序电流、谐波和低功率因数对电气化铁路牵引变电所电耗的影响。在影响能耗的基础上，再根据这些不利影响采取适当措施，有效提高，最终达到降低能耗的目的，如优先选择部分节能变压器，优化和升级整个牵引变电所线路，降低线路损耗，当然这些措施的实现也必须依靠。
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