一、电力机车的电气特性

（一）交直型电力机车

电力机车从接触网取得25kV工频单相交流电，经车载变压器降压为V，整流后向牵引电动机供电。我国目前主要采用交直型电力机车，今后将逐渐淘汰，更换为交直交型电力机车。交直型电力机车工作原理如下图所示：

（二）交直交型电力机车（动车组）

为克服交直型电力机车的缺点，世界各国竞相开展了交流传动电力机车的研制，年德国开发了世界首台大功率干线交流传动电力机车，欧洲等主要发达国家迅速推广，目前已普遍采用。交直交型电力机车工作原理如下图所示：

交直交机车采用四象限整流，通过GTO或IGBT控制导通和关断角来控制机车的出力，可分别控制导通和关断机车主变压器的若干个低压绕组的整流，使电流波形逼近正弦波，且电流与电压的相位基本同步。所以，交直交型电力机车的谐波含量很小、功率因数高。

我国于年开始进行交流传动电力机车的研究，先后研制成功了交直交动车组和交直交货运电力机车。将从国外引进技术合作生产高速动车组。铁路计划逐渐淘汰交直型电力机车，全面推广交直交型电力机车和动车组。

二、列车的负荷特性

列车的负荷大小，主要与列车牵引重量、运行速度、线路坡度等因素有关，铁路设计据此选定机车（动车组）类型及牵引功率。

（一）列车负荷与牵引重量的关系

在运行速度、线路坡度相同的情况下，列车负荷与牵引重量成正比。

（二）列车负荷与运行速度的关系

列车运行速度越高，空气阻力越大，空气阻力随速度呈几何级数增长。在牵引重量、线路坡度相同的情况下，运行速度越高，牵引功率和能耗大幅度提高。

并且在高速时，列车主要克服空气阻力运行，持续受流时间长。

（三）负荷与线路坡度的关系

列车爬坡的情况下克服重力运行，在运行速度较低时，空气阻力较小，线路坡度对牵引负荷的影响较大。高速列车的空气阻力较大，列车主要克服空气阻力运行，线路坡度对牵引负荷的影响较小。

三、牵引变电所负荷特性

双线铁路一般采用划分区段闭塞方式，按固定间隔时间追踪运行，目前货车一般追踪时间间隔8分钟，最小追踪时间间隔5分钟；客运专线高速列车设计最小追踪时间间隔，近期4分钟，远期3分钟。

铁路建设时，基础设施均按远期线路能力一次规划建设到位，运输设备按近期需要配置。

牵引变电所一般向两侧供电臂供电，牵引变电所的负荷大小，与供电臂中运行的列车数量、铁路线路坡度及列车运行速度等因素有关。实测牵引变电所负荷曲线实例如下图：

实测牵引变电所负荷曲线实例

牵引变电所负荷具有如下特点：

（一）负荷波动频繁

每一条铁路沿线线路条件千差万别，列车在运行时速度和线路坡度随时都在变化；且列车在铁路上按信号运行，在铁路运输状态发生变化时，在供电臂内列车数量疏密不等。所以，牵引变电所两供电臂内，列车的数量及每一列车的负荷状态随时都在变化，牵引变电所的负荷呈现出频繁波动的状态。

（二）负荷大小不均衡

牵引变电所的负荷随着两供电臂内列车的数量及每一列车的负荷状态随时波动，有时轻载，甚至空载。有时负载较重，在节假日、铁路故障后恢复行车等情况下，会出现列车紧密追踪情况，在军运、煤电油运、农运等特殊运输期间，也会出现列车紧密追踪情况。此时，牵引变电所会出现负荷高峰值。

（三）负载率低

牵引变电所的负荷是由铁路运量、列车速度、线路条件等因素决定的，列车运行时受流状态随时都在发生变化，平均负荷较低。但牵引变电所供电能力必须适应短时出现的高峰负荷的需要。所以，牵引变电所的负载率很低，一般不超过20%，个别能达到30%。

（四）牵引变电所供电能力适应最大负荷需要

牵引供电系统作为铁路运输的配套基础设施，应满足铁路运输的要求。所以，牵引变电所设计供电能力必须适应任何高峰负荷的需要，并具备铁路远期规划发展的条件。

四、客运专线负荷特性

（一）牵引负荷大，可靠性要求高

客运专线列车速度高，高峰时段密度大。空气阻力随速度呈几何级数增长，列车牵引力主要克服空气阻力运行，牵引负荷很大。km/h速度时，列车运行所需功率最高达到kW。

客运专线速度快，运输能力大，将成为旅客运输的主要交通工具。在国民经济和社会生活中，具有十分重要的作用。高速铁路运输必须确保安全、可靠、正点率高。

（二）列车负载率高，受电时间长

列车在运行中，主要克服轮轨摩擦阻力、线路坡道阻力和空气阻力前进。轮轨磨擦阻力、线路坡道阻力与速度关系不大，而空气阻力随速度呈几何级数增长。高速时，空气阻力成为列车运行的主要阻力，列车需要持续从接触网取得电能。所以，高速列车负载率高，受电时间长。

（三）短时集中负荷特征明显

客运专线具有显著的时段特征。在早、晚时段和节假日的高峰客流期，根据客流量需要，可能组织大编组、高密度运输，甚至在短时形成紧密追踪，牵引负荷集中特征明显。牵引供电系统应具有应对各种集中负荷供电的能力和条件。

（四）越区供电能力要求高

由于旅客运输能力和准点的需要，牵引供电系统应具有应对各种各样条件下的供电能力。在出现某一牵引变电所解列，退出供电的情况下，往往采用由两相邻牵引变电所越区进行供电。为了尽量减少越区供电对运输能力和准点的影响，应避免过多的限制列车数量或降低列车速度，这样会相应加大两相邻牵引变电所的供电负荷。

（五）国外普遍采用高电压、大容量电源供电

日本、法国等国家高速铁路建设起步较早，积累了比较丰富的经验。目前，国外高速铁路考虑到牵引负荷大，可靠性要求高，绝大多数都采用kV或以上的电压供电，个别采用kV或kV时，都要求有较大的系统短路容量。

日本高速铁路建设最早，在电源问题上曾走过弯路。东海道新干线年建设时，限于当时电网的条件，采用了77kV电源供电。上世纪80年代，旅客运输量急增，供电能力严重不满足需要，只得对电源系统进行了改造，改用kV电源供电，适应了旅客运输的需要，列车速度也提高到了km/h，最高km/h。我国客运专线建设刚开始起步，尚没有成熟的经验和标准。国外的经验值得我们研究和参考。

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