電力牽引

電力牽引是以電能為動力驅動電力機車或電動車組運行的一種牽引動力型式。它是當今交通運輸三種牽引動力型式(蒸汽、內燃、電力)之一。牽引所需電能取自公用電力系統，並經專門的牽引供電系統變換成符合用電要求的電流、電壓，向電力機車或電動車組等供電。電力牽引具有起動快、速度和效率高、運輸量大、運營成本低和對環境污染小等優點， 已獲廣泛套用。

基本介紹

• 中文名：電力牽引
• 外文名：Electric traction
• 定義：電能做為動力運輸牽引動力形式
• 電源：電力系統或發電廠
• 學科：電氣工程
• 優點：起動快、速度和效率高等
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定義

電力機車或動車的牽引電動機將電能轉換為機械能，驅動鐵路列車、電動車組和城市軌道交通電動車輛組運行。主要由電源、牽引變電所、接觸網（接觸軌）、軌道迴路和電力機車、動車組等環節構成的系統以實現電力牽引。

發展簡史

世界上第一條試驗性電力牽引線路是德國西門子公司和哈爾斯公司於1879年5月31日在柏林建成的。牽引電機採用直流串勵電動機， 由第三軌供電， 供電電壓為150 V。1881年在法國巴黎國際電工展覽會上展出了第一條由架空接觸線供電的有軌電車線路。這條長500 m的線路用架空接觸線供電比用第三軌供電更安全，供電電壓更高，為進一步提高牽引電動機功率創造了條件。此後，電力牽引迅速在城市交通運輸中得到採用。20世紀初， 電力牽引開始套用於幹線鐵路運輸。最初的電氣化鐵路接觸網採用直流制供電，隨著牽引重量的不斷增加，牽引功率也不斷增大，至20世紀50年代法國第一次採用25 kV單相工頻制式，使電氣化鐵路的技術經濟效益大為提高，建設費用和運輸成本顯著降低。這種方式已成為電氣化鐵路的主要供電制式， 許多修建電氣化鐵路較早的國家也紛紛將已建成多年的直流電氣化鐵路改造成為交流電氣化鐵路。

分類

電力牽引按照向電力機車、動車組供電的電流性質不同，分為工業標準頻率（50 Hz或60 Hz）單相交流制，簡稱工頻單相交流制，是20kV，25 kV，低於工業標準頻率的低頻（一般為16 2/3 Hz）單相交流制，電壓為110kV，15 kV和直流制，電壓為 600，750，1 500，3 000 V等4 種類型（該分類不適用於磁浮鐵路）。按照套用領域，則區分為幹線線路電力牽引、工礦運輸電力牽引、城市軌道交通電力牽引（地下鐵道與輕軌交通）和城市有軌電車等。各種電流制的電力牽引供電系統和電力機車、動車的設備有較大差別。

電力牽引優點

電力牽引相對於內燃機為動力的內燃牽引（內燃機車、城市公交汽車）和蒸汽機為動力的蒸汽機車牽引，具有下述一系列優點：

①電力牽引為非自給式牽引動力。機車本身不帶燃料和原動機。由大容量電力系統供電，機車或動車總功率大且自身重量相對較輕，具有起動和加速快、過載能力強、牽引力特特點，能滿足鐵路和城市現代交通運輸對高速、快速、重載和大運輸能力的需要。

②電力牽引的總功效（作功效率）最高，可顯著節省能源降低運營成本。由於電能在發電廠（站）集中生產，採用高溫、高壓、大功率機組的火力發電廠構成的電力系統供電，電力牽引的總功效為27%～28%；由水力發電站構成的電力系統供電時，電力牽引的總功效可達57%～58 %。而內燃牽引和蒸汽機車牽引的總功效，分別為22% 和6%，公交汽車運輸的總功效與內燃牽引相當或稍低，且都要使用優質燃料（柴、汽油和優質煤）。據統計，鐵路電力牽引的平均單位消耗（標準燃料·公斤/萬噸·公里），比內燃牽引和蒸汽機車牽引分別低13.0% 和67%，因而，電力牽引的運營成本較低。

③電力牽引列車和車輛噪聲小，不排出廢氣和有害氣體，有利於環境保護。城市軌道交通電力牽引採用地下建築或高架結構，運輸快捷、靈活、安全。可消除城市交通阻塞狀況、改善生活空間。

④電力牽引各主要組成環節均為獨立電氣系統，且又連成整體，它們與電子技術和計算機控制手段相結合，易於實現全面自動化和信息化，為鐵路和城市交通的技術進步、勞動生產率的極大提高，提供了廣闊的發展前景。

發展問題

電力牽引存在的缺陷主要是增加了供電系統裝置，使其一次投資費用按其他牽引動力形式要高些。另外，交流制整流器電力機車和動車產生高次諧波和負序電流，對電力系統的安全、經濟運行有一定影響；諧波的存在和高壓接觸網及其回流網路的不對稱，對沿線平行接近的電信線路將產生干擾電壓，影響通信質量和人身安全；直流電力機車和動車負荷在回流時存在迷散電流，對地下金屬管道和地下建築物形成腐蝕作用，都需採取有效措施進行防護和限制。

套用

20世紀50年代，由於二次世界大戰後百廢俱興，在世界範圍掀起了鐵路牽引動力技術改革的浪潮，電力牽引首先在歐洲、前蘇聯、日本等一些國家開始廣泛採用。由於電力牽引的技術經濟綜合優勢十分明顯，加以70年代出現了世界性石油危機，愈益促進了它的發展。至80年代末，上述主要國家都達到以占本國鐵路總里程1/4～1/3左右的電氣化鐵路，承擔其2/5～3/4的客貨運輸總周轉量。

在此期間，軸功率1000 kW以上的大功率、高速、高性能的交流一直流一交流傳動電力機車和晶閘管整流器電力機車，相繼研製成功投入商業運營，推動了高速鐵路和重載運輸電力牽引的發展增強了鐵路運輸與航空、公路運輸的競爭能力。

許多國家的鐵路運營實踐表明，牽引動力電氣化已成為鐵路技術改革的方向，是實現鐵路現代化的重要步驟。

電力牽引相關術語

直流電力牽引制：用直流電向電力機車或電動車組供電的電力牽引制。

電力牽引遠動系統：由主近代和被控站的遠動裝置及連線兩者之間的通道設備組成的調度牽引供電設備遠距離監控系統。

牽引網：由接觸網和回流迴路構成的供電網路。

直接供電方式（TR供電方式）：由牽引變電所直接向牽引網供電，牽引電流只由鋼軌和大地流回牽引變電所的供電方式。

帶回流線的直接供電方式（TRNF供電方式）：增設與鋼軌並聯的架空回流線的直接供電方式

吸流變壓器供電方式（BT供電方式）：牽引網中設定吸流變壓器一回流線，使牽引電流沿回流線流回變電所的供電方式。

自耦變壓器供電方式（AT供電方式）：牽引網中設定自耦變壓器和自耦變壓供電線（AF線）等，自耦變壓器並接於接觸線與AF線之間，由AF線回流的供電方式。

同軸電力電纜供電方式（CC供電方式：在牽引網中沿鐵路埋設同軸電力電纜，其內部導體作為饋電線與接觸網並聯，外部導體作為回流線與鋼軌並聯的供電方式。