電氣化鐵路

【電氣化鐵路簡介】 [編輯本段]

電氣化鐵路的牽引動力是電力機車，機車本身不帶能源，所需能源由電力牽引供電系統(tǒng)提供。電氣化鐵路，亦稱電化鐵路，是由電力機車或動車組這兩種鐵路列車（即通稱的火車）為主，所行走的鐵路。

【電氣化鐵路的組成】 [編輯本段]

牽引供電系統(tǒng)主要是指牽引變電所和接觸網(wǎng)兩大部分。

變電所設在鐵道附近，它將從發(fā)電廠經(jīng)高壓輸電線送來的電流，送到鐵路上空的接觸網(wǎng)上。接觸網(wǎng)是向電力機車直接輸送電能的設備。沿著鐵路線的兩旁，架設著一排支柱，上面懸掛著金屬線，即為接觸網(wǎng)，它也可以被看作是電氣化鐵路的動脈。電力機車利用車頂?shù)氖茈姽瓘慕佑|網(wǎng)獲得電能，牽引列車運行。牽引供電制式按接觸網(wǎng)的電流制有直流制和交流制兩種。直流制是將高壓、三相電力在牽引變電所降壓和整流后，向接觸網(wǎng)供直流電，這是發(fā)展最早的一種電流制，到20世紀50年代以后已較少使用。交流制是將高壓、三相電力在變電所降壓和變成單相后，向接觸網(wǎng)供交流電。交流制供電電壓較高，發(fā)展很快。我國電氣化鐵路的牽引供電制式從一開始就采用單相工頻（50赫）25千伏交流制，這一選擇有利于今后電氣化鐵路的發(fā)展。

和傳統(tǒng)的蒸汽機車或柴油機車牽引列車運行的鐵路不同，電氣化鐵路是指從外部電源和牽引供電系統(tǒng)獲得電能，通過電力機車牽引列車運行的鐵路。它包括電力機車、機務設施、牽引供電系統(tǒng)、各種電力裝置以及相應的鐵路通信、信號等設備。電氣化鐵路具有運輸能力大、行駛速度快、消耗能源少、運營成本低、工作條件好等優(yōu)點，對運量大的干線鐵路和具有陡坡、長大隧道的山區(qū)干線鐵路實現(xiàn)電氣化，在技術上、經(jīng)濟上均有明顯的優(yōu)越性。

【電氣化鐵路的分類】 [編輯本段]

可以用以下方法來對電氣化鐵路進行分類：

供電導線類型：第三軌、高架電纜

供電類型：直流供電、交流供電

導線類型：

1、軌道供電：采用軌道供電的電氣化鐵路通常鋪設有額外的供電軌道，用來連接電網(wǎng)和機車，為機車提供電力供應，亦被稱為第三軌供電，這條軌道被稱為第三軌。

2、高架電纜供電：高架電纜連接在電氣化鐵路的供電電網(wǎng)上，分為柔性和剛性兩類，電力機車或動車組通過架式集電弓連接接觸網(wǎng)，從其中取電。

架空電纜和高架電纜是香港和臺灣的說法，在中國大陸通常被稱為接觸網(wǎng)供電。在中國大陸，架空電纜和高架電纜一般是指高壓輸電線路。

兩種導線類型，最終都通過列車正常的運行軌道接地形成回路。也有少數(shù)鐵路使用第四軌（例如倫敦地鐵）作為電流回路。

高架電纜有個好處，就是同時能當高壓輸電道，如日本京急線。

供電類型：

1、直流供電：早期的電氣化鐵路采用電壓相對低的直流供電。機車或動車組的電動機直接連接在電網(wǎng)主線上，通過并聯(lián)或串聯(lián)在電動機上的電阻和繼電器來進行控制。

通常有軌電車和地鐵的電壓是600伏和750伏，鐵路使用1500伏和3000伏。過去車輛使用旋轉(zhuǎn)變流器來將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。現(xiàn)在一般使用半導體整流器完成這個工作。

采用直流供電的系統(tǒng)比較簡單，但是它需要較粗的導線，車站之間距離也較短，并且直流線路有顯著的電阻損失。

荷蘭、日本、澳大利亞、印尼、馬來西亞的一些地區(qū)、法國的少數(shù)地區(qū)使用1500V的直流電，其中，荷蘭實際使用的電壓大約有1600V到1700V。

比利時、意大利、波蘭、捷克北部、斯洛伐克、前南斯拉夫、前蘇聯(lián)使用3000V直流電。

2、低頻交流電：一些歐洲國家使用低頻交流電來給電力機車供電。德國、奧地利、瑞士、挪威和瑞典使用15千伏16.67赫茲（電網(wǎng)頻率50Hz的三分之一）的交流電。美國使用11千伏或12.5千伏25赫茲的交流電。機車的電機通過可調(diào)變壓器來控制。

3、工頻交流電：匈牙利曾經(jīng)在二十世紀三十年代在電氣化鐵路上使用50赫茲的交流電。然而直到五十年代以后才被廣泛使用。

目前，一些電氣化機車使用變壓器和整流器來提供低壓脈動直流電給電動機使用，通過調(diào)節(jié)變壓器來控制電動機速度。另一些則使用可控硅或場效應管來產(chǎn)生突變交流或變頻交流電來供應給機車的交流電機。

這樣的供電形式比較經(jīng)濟，但是也存在缺點：外部電力系統(tǒng)的相位負荷不等，而且還會產(chǎn)生顯著的電磁干擾。

中國、法國、英國、芬蘭、丹麥、前蘇聯(lián)、前南斯拉夫、西班牙（標準軌高鐵路段）、日本（東北、上越、北海道新干線及北陸新干線輕井澤以東）、使用單相25千伏50赫茲電力供應，臺灣高速鐵路、臺灣鐵路管理局、韓國、日本（東海道、山陽、九州新干線及北陸新干線輕井澤以西）使用單相25千伏60赫茲電力供應，而美國通常使用單相12.5千伏和25千伏60赫茲的交流電。另外日本東北、北海道地區(qū)使用20千伏50赫茲交流電，北陸地區(qū)、九州地區(qū)使用20千伏60赫茲交流電。

多種系統(tǒng)供電：因為有這么多的供電方式，有時候甚至一個國家內(nèi)采用不同的方式（如日本關東以南是60Hz，但東北及北陸以北是50Hz），所以列車經(jīng)常必須從一種供電方式轉(zhuǎn)向為另一種供電方式。其中一種方法是在換乘站更換機車，當然，這樣很不方便。

另一種方法是使用支持多種供電系統(tǒng)的機車。在歐洲，通常是支持四種供電系統(tǒng)（直流1.5千伏、直流3千伏、交流15千伏16.67赫茲、交流25千伏50赫茲）的機車，這樣，它在從一個供電系統(tǒng)到另一個的時候就可以不用停留。

而日本國鐵在上世紀60年代初已有交直流對應的列車機車、但當時只能對應其中50/60一個赫茲，俗稱“單交直流型”。直至60年代尾才成功研發(fā)可在全日本電化區(qū)間的行走用的多種供電系統(tǒng)（直流1.5千伏、交流25千伏50/60赫茲），俗稱“雙交直流型”，并開始引進當時量產(chǎn)中的列車機車系列上，但在1987年由JR分社經(jīng)營后，由于預期旅客電車不需再作全國性的調(diào)動或行走，加上雙交直流型電車成本較高，故除了至國鐵末年仍量產(chǎn)中的415系1500番臺及之后的JR東日本的E653系及是雙交直流型電車外，單交直流型的旅客電車從新被各JR旅客會社采用。

【世界電氣化鐵路發(fā)展史】 [編輯本段]

直流供電時期

1879年5月柏林貿(mào)易展覽會上展示了第一條電氣化鐵道。這是一條長約300m的橢圓形鐵路，軌距1m，由150V的外部直流電源經(jīng)第三軌供電，以兩條軌作為軌道回路；電力機車只有945kg，這條電氣化鐵路雖然很短，卻奠定了電氣化鐵道的基礎。

1881年在德國西門子公司的利希特非爾德——軍事學院修建了一條2.45km的電氣化鐵路，同年，在法國倫敦出現(xiàn)第一條架空導線供電的500m長的有軌電車線路，并于1885年正式投入商業(yè)運行中。

交流供電時期

1903年，匈牙利出現(xiàn)了由架空的三根導線供電的三相交流電力機車，但很快就停止了，主要是維修太困難了。

1932年，匈牙利首先成功地在電氣化鐵道上采有16kV工頻單相交流電。

1950年，法國通過研究論證，修建了25KV單相工頻實驗線，并于1953年把單相交流電25KV80Hz電流制用于東南線，收到了良好的經(jīng)濟效益。

【我國電氣化鐵路發(fā)展史】 [編輯本段]

第一條電氣化鐵路的誕生

1961年8月15日建成我國第一條電氣化鐵路——寶風段。

這條電氣化鐵路的供電制式最初是按3000直流制設計的。后來了解到法國、前蘇聯(lián)、日本已成功采用了新的電流制——工頻單牙交流制，經(jīng)過專家教授們反復論證對比，于1975年4月決定改用25KV工頻單相交流制，這種供電制式的確定，避免了我國電氣化鐵路發(fā)展中的彎路，為我國電氣化鐵路的發(fā)展打下了良好的技術基礎。

1958年3月完成初步設計，同年6月15日開始動工興建，經(jīng)過建設者們兩年的艱苦創(chuàng)業(yè)，奮力拼搏，我國第一條電氣化鐵路于1960年5月14日勝利建成，經(jīng)過一年多的試運行，于1961年正式交付運營，從此揭開了我國電氣化鐵路建設的序幕。

電氣化鐵路建設

20世紀60年代中期，為了加速大西南的建設，溝通西南地區(qū)與全國的物資交流，寶成鐵路風州至成都段的電氣化鐵路上馬。

1966年3月提出電氣化研究報告，同年12月完成初步設計，1968年12月廣元至馬角壩段電氣化工程開工。電氣化工程是分段進行的，先修建廣元至綿陽段，后修建廣元至風州段，最后修建綿陽至成都段。經(jīng)過7年的艱苦奮戰(zhàn)，于1975年7月1日，676Km和的寶成電氣化鐵路全線建成通車。

1973年9月陽安線、1975年9月襄渝線襄樊至安康段、1978年3月石太線石家莊至陽泉段、1979年10月寶蘭線寶雞至天水段相繼動工修建。到1980年底，共建成電氣化鐵路1679.6Km。

1985年一年內(nèi)就有京秦線、成渝線內(nèi)（江）重（慶）段、貴昆線貴（陽南）水（城西）段和太焦線長（治北）月（山）段4條電氣化鐵路共計1169.23Km交付運營。

20世紀90年代有10條線共計2795.76Km電氣化鐵路建成交付運營。

2008年8月1日京津高速電氣化鐵路開通運營。

2009年4月1日合武高速電氣化鐵路開通運營。

2009年12月26日武廣高速電氣化鐵路開通運營。

2010年2月6日鄭西高速電氣化鐵路開通運營。

我國電氣化鐵路進入了高速電氣化時代。