電氣化鐵道（electric railway）是指採用電力牽引的鐵路。又稱電氣化鐵路。在電氣化鐵道上，運行電氣列車（由電力機車牽引的列車和電動車組），在鐵路沿線設有向電力機車和電動車（簡稱電力機車動車）供電的電力牽引供電系統。
基本介紹
- 中文名：電氣化鐵道
- 外文名：Electrified railway
- 採用：電力牽引
- 又稱：電氣化鐵路
- 運行：電氣列車
簡介,技術經濟,基礎知識,牽引供電系統簡介,牽引變電所,接觸網,懸掛方式,接觸懸掛,支持裝置,定位裝置,支柱基礎,供電分段,供電方式,直接供電方式,吸流變壓器,自耦變壓器,直供+回流,電力機車,就業方向,就業崗位,牽引供電、電力作業安全規定,
簡介
電氣化鐵道是用電力機車作基本牽引力的鐵道。由電力機車和電力供應系統兩個主要部分組成。
電氣化鐵道的電源來自國家電網。國家電網的高壓交流電送到鐵路的牽引變電所，進行第一次降壓，送到軌道上空的接觸網。機車從接觸網上獲取電流後，在機車內進行第二次降壓並整流成直流電（也可在牽引變電所內整流），用以驅動直流電動機。電動機帶動機車輪軸轉動，機車就可牽引車廂前進。
電氣化鐵道發展很快，已成為最現代化的鐵道。其主要特點是：
（1）電力機車效率高。採用火力發電的效率是蒸汽機車的4倍；如用水力發電，效率為蒸汽機車的10倍。
（2）功率大。20世紀末最大功率電力機車可達10000馬力以上（中國使用的韶山型電力機車功率為5700馬力），是蒸汽機車的4倍，內燃機車也難以比擬。由於牽引能力很強，在運輸繁忙的鐵道上採用，可以緩和運輸的緊張情況。
（3）加速快和爬坡能力強，特別適用於山區鐵路。此外，電力機車不污染環境，司機勞動條件好，旅客在旅途中也可免受煤煙和廢氣困擾。
技術經濟
電力機車動車本身不帶原動機和燃料，比功率（單位重量功率）大，與內燃機車和內燃動車相比，在相同或相近的持續牽引力（以單軸計）下持續速度高一倍以上，牽引相同重量的列車可以實現更高的額定最高速度（或稱最高運營速度），而且恆功速度範圍寬，電制動功率也大，所以起、制動和加、減速性能也均較優越。電力牽引這種快跑、多拉的特性能更充分地滿足鐵路運輸對提高行車速度、增加列車重量和加大行車密度的綜合要求，從而更加有利於：大幅度提高旅客運輸的旅行速度和高附加值商品運輸的送達速度；組織煤炭、建材、糧食等大宗貨物的高效、快捷的重載直達運輸；發揮速度優勢，不斷推出運輸新產品，拓廣鐵路運輸的行銷範圍，增強其在運輸市場上的競爭實力。特別軌道交通與高速公路、航空運輸協調發展的“運輸走廊”，吸引大中城市間和市郊運輸的大量客流轉乘高速和快速電氣列車，可以明顯改善人們的旅行條件、緩解交通堵塞、減少大氣污染、節省石油及土地等有限資源。這種超越上述企業效益的重大國民經濟效益和社會效益，在喚醒已開發國家的政府和社會對鐵路公益性的再認識，為鐵路發展獲取資金和支持方面，起了重要的作用。
電氣化鐵路雖然一次投資較大，但是電氣化後完成的運量大，運輸收入多，運輸成本低，所需投資能在短期內得到償還清（視運量大小，一般為5年～10年，有的只需2年～3年）。運輸成本的降低，主要是電力機車動車直接利用外部電源、構造簡單、摩擦件少、購置費低、使用壽命長，因而包括能源費、維修費、折舊費的機務成本低；機車車輛周轉快，設備利用率高；客運電力機車動軸少、軸重輕，由提速而增加的工務成本也較少；空調客車、冷藏車日起觸網供電，較加掛發電車節省費用和運力。
現代電氣化鐵路的組成 現電氣化鎮路除電力牽引供電系統和電力機車動車外，還應包括對供電設施集中監控的遠動系統。牽引供電設施分布在鐵路沿線，運行管理複雜，早在20世紀50年代末和60年代初，國際上即開始研製並採用遠動裝置。隨著電子技術的飛速發展，特別是計算機技術的引入，遠動裝置已逐步形成能日臻完善的系統（電力牽引供電系統的子系統）。遠動系統的功能可歸納為“四遙”，即遙控、遙信、遙測和遙調。採用微機遠動系統，可及時掌握供電設施的運行狀態、節省人力和實現無人操作，防止誤傳指令和誤操作，提高牽引供電的可靠性，保證運輸安全。
電氣化鐵路成機務設施，除通常意義下的電力機車機務段外，還應有集機車、車輛於一體的電動車組運用和檢修基地。
列車運行控制系統的發展是採用車上與地面信號相結合，以車上信號為主的控制方式。這就要求機務和動車組運用檢修基地適應這種機電一體化的情況，配備相應的檢修設備和技術力量，並加強與電務部門的合作。
基礎知識
牽引供電系統簡介
將電能從電力系統傳送給電力機車的電力裝置的總稱叫電氣化鐵路的供電系統，又稱牽引供電系統，主要由牽引變電所和接觸網兩大部分組成。牽引變電所將電力系統輸電線路電壓從110kV（或220kV）降到27.5kV，經饋電線將電能送至接觸網；接觸網沿鐵路上空架設，電力機車升弓後便可從其取得電能，用以牽引列車。牽引變電所所在地的接觸網設有分相絕緣裝置，兩相鄰牽引變電所之間設有分區亭，接觸網在此也相應設有分相絕緣裝置。牽引變電所至分區亭之間的接觸網（含饋電線）稱供電臂。
牽引供電迴路是由牽引變電所——饋電線——接觸網——電力機車——鋼軌——回流聯接——（牽引變電所）接地網組成的閉合迴路，其中流通的電流稱牽引電流，閉合或斷開牽引供電迴路會產生強烈的電弧，處理不當會造成嚴重的後果。通常將接觸網、鋼軌迴路（包括大地）、饋電線和回流線統稱為牽引網。
牽引供電設備的檢修運行由供電段負責，牽引供電系統的運行調度則由供電調度負責。供電調度通常設在分局和鐵路局調度所。
牽引變電所
牽引變電所的任務是將電力系統三相電壓降低，同時以單相方式饋出。降低電壓是由牽引變壓器來實現的，將三相變為單相是通過變電所的電氣接線來達到的。
牽引變壓器（主變）是一種特殊電壓等級的電力變壓器，應滿足牽引負荷變化劇烈、外部短路頻繁的要求，是牽引變電所的“心臟”。我國牽引變壓器採用三相、三相——二相和單相三種類型，因而牽引變電所也分為三相、三相——二相和單相三類。
隨著技術水平的提高，我國幹線電氣化鐵路已推廣使用集中監視及控制的遠動系統，牽引變電所將逐步實現無人值班，直接由供電調度實行遙控運行。
接觸網
接觸網是沿鐵路沿線架設的特殊電力線路，電力機車受電弓通過與之滑動摩擦接觸而授流，取得電能。所以兩者均應保持良好的工作狀態。
受電弓的運動狀態是很複雜的，影響因素也很多。為了保證對其良好的供電，接觸網結構本身應做到：
（1）接觸線距鋼軌面的高度應儘量相等，定位點及跨中與受電弓中心相對位置符合要求；
（2）接觸懸掛應有較均勻的彈性和良好的穩定性；
（3）良好的絕緣性能；
（4）適應氣象條件的變化並能保持上述特性不應有很大的變化；
（5）接觸網結構應力求輕巧簡單，做到標準化，方便施工和運行維修；
（6）零部件標準化，輕便，耐腐蝕，可靠性高，
（7）接觸線應有足夠的耐磨性；
（8）主導電迴路通暢。
懸掛方式
架空式接觸網主要由接觸懸掛、支持裝置、定位裝置和支柱基礎四大部分組成。前三部分帶電，與支柱（或其它建築物）接地體之間用絕緣子隔開。
接觸懸掛
通常，接觸懸掛由承力索、吊弦、接觸線和補償裝置組成，即鏈形懸掛。補償裝置的作用是在環境溫度變化時，使接觸線、承力索的張力保持恆定。承力索和接觸線下錨方式均採用補償裝置的叫全補償，僅接觸線採用補償的稱半補償。支柱處吊弦採用簡單吊弦或彈性吊弦的分別為簡單鏈形懸掛或彈性鏈形懸掛。
我國幹線電氣化鐵路正線大都採用全補償簡單鏈形懸掛，站線則多為半補償簡單鏈形懸掛。
只有接觸線的懸掛稱簡單懸掛，一般都採用補償方式，只在機務段庫線、廠礦專用線等少數場合採用。
接觸懸掛沿線路架設，為了滿足機械受力方面的要求而分成一個一個單獨的錨段，錨段與錨段的相互過渡結構稱為錨段關節，通常有絕緣（四跨）錨段關節和非絕緣（三跨）錨段關節之分，前者亦稱電分段錨段關節，後者則為機械分段錨段關節。錨段與錨段之間的電氣聯接用電聯接線（三跨）或隔離開關（四跨）完成。
支持裝置
支持裝置用以支持接觸懸掛並將其負荷傳給支柱或其他建築物，其結構隨線路情況而變化。區間主要為腕臂結構；站場則視股道數量、線路情況、支柱所在位置等因素而選用軟橫跨、硬橫跨或腕臂結構，以軟橫跨為主，高速鐵路則採用硬橫樑；隧道和橋樑（下承橋）等大型建築物處又要視具體情況而作設計，必要時採用特殊結構。
定位裝置
定位裝置包括定位器和定位管，其作用是保證接觸線與受電弓的相對位置在規定範圍內，並將接觸線的水平張力傳給支柱。
支柱基礎
支柱用來承受接觸懸掛和支持裝置的負荷，並將接觸懸掛固定在規定高度。支柱有鋼柱和鋼筋混凝土柱兩種。前者立在用鋼筋混凝土澆成的基礎上，基礎埋在路基內；後者則直接埋在路基中。橋樑（上承橋）通常採用鋼柱，其基礎在橋墩上預留。
支柱上還裝有接地裝置，與鋼軌迴路接通，起到保護作用。下錨支柱上還裝有補償裝置，並設拉線裝置。
供電分段
為了保證安全供電和靈活運用，接觸網在結構上設有供電分段。
如前所述，在牽引變電所和分區亭所在地的接觸網設定的分相絕緣裝置為分相電分段；在同一供電臂內設定的電分段為同相電分段，如區間和站場之間（縱向），站場內的貨物線、裝卸線、段管線,樞紐內場與場之間等（橫向）。
同相電分段的結構為四跨錨段關節，或採用分段絕緣器+三跨錨段關節結構。
分相電分段的結構，早期為八跨（兩個四跨迭加）錨段關節式，後來為分相絕緣器+三跨錨段關節所代替。隨著列車速度的不斷提高，錨段關節式分相結構由於其彈性好、硬點小，受電弓過渡平滑等優點，在提速區段和高速區段又逐步採用。必須指出，電力機車在通過分相絕緣裝置時，要“斷電”通過，即在通過前將主斷路器斷開，滑行通過後，再閉合主斷路器繼續運行，否則會引起強烈電弧，造成相間短路，甚至燒斷接觸網線索。
供電方式
直接供電方式
如前所述，電氣化鐵路採用工頻單相交流電力牽引制，單相交流負荷在接觸網周圍空間產生交變電磁場，從而對附近通信設施和無線電裝置產生一定的電磁干擾。我國早期電氣化鐵路（如寶成線、陽安線）建設時，處於山區，地方通信技術不發達，鐵路通信採用高禁止性能的同軸電纜，接觸網產生的電磁干擾影響極小，不用採取特殊防護措施，因此上述單邊供電方式亦稱為直接供電方式（簡稱TR供電方式）。隨著電氣化鐵路向平原和大城市發展，電磁干擾矛盾日顯突出，於是在接觸網供電方式上採取不同的防護措施，便產生不同的供電方式。在接觸網支柱田野側，與接觸懸掛同等高度處都掛有一條附加導線。電力牽引時，附加導線中通過的電流與接觸網中通過的牽引電流，理論上講（或理想中）大小相等、方向相反，從而兩者產生的電磁干擾相互抵消。但實際上是做不到的，所以不同的供電方式有不同的防護效果。
吸流變壓器
這種供電方式，在接觸網上每隔一段距離裝一台吸流變壓器（變比為1:1），其原邊串入接觸網，次邊串入回流線（簡稱NF線，架在接觸網支柱田野側，與接觸懸掛等高），每兩台吸流變壓器之間有一根吸上線，將回流線與鋼軌連線，其作用是將鋼軌中的回流“吸上”去，經回流線返回牽引變電所，起到防干擾效果。
由於大地回流及所謂的“半段效應”，BT供電方式的防護效果並不理想，加之“吸——回”裝置造成接觸網結構複雜，機車受流條件惡化，已很少採用。
自耦變壓器
採用AT供電方式時，牽引變電所主變輸出電壓為55kV，經AT（自耦變壓器，變比2:1）向接觸網供電，一端接接觸網，另一端接正饋線（簡稱AF線，亦架在田野側，與接觸懸掛等高），其中點抽頭則與鋼軌相連。AF線的作用同BT供電方式中的NF線一樣，起到防干擾功能，但效果較前者為好。此外，在AF線下方還架有一條保護（PW）線，當接觸網絕緣破壞時起到保護跳閘作用，同時亦兼有防干擾及防雷效果。
顯然，AT供電方式接觸網結構也比較複雜，田野側掛有兩組附加導線，AF線電壓與接觸網電壓相等，PW線也有一定電位（約幾百伏），增加故障幾率。當接觸網發生故障，尤其是斷桿事故時，更是麻煩，搶修恢復困難，對運輸干擾極大。但由於牽引變電所饋出電壓高，所間距可增加一倍，並可適當提高末端網壓，在電力系統網路比較薄弱的地區有其優越性。
直供+回流
這種供電方式實際上就是帶回流線的直接供電方式，NF線每隔一定距離與鋼軌相連，既起到防干擾作用，又兼有PW線特性。由於沒有吸流變壓器，改善了網壓，接觸網結構簡單可靠。近年來得到廣泛套用。 綜上所述，早期電氣化鐵路均採用直接供電方式，為避免和減少對外部環境的電磁干擾，研發了BT、AT和DN供電方式，就防護效果來看，AT方式優於BT和DN方式，就接觸網的結構性能來講，DN方式最為簡單可靠。隨著通信技術的快速發展，光纜的普遍套用，通信設施及無線電裝置自身的防干擾性能大為增強，考慮到接觸網的運行可靠性對電氣化鐵路的安全運行至關重要，所以通常認為，一般情況下DN供電方式為首選，在電力系統比較薄弱的地區，經過經濟技術比較，可採用AT供電方式，BT供電方式則儘量少採用或不採用。本人認為，這是我國電氣化鐵路供電方式發展和套用的實踐過程中總結出來的普遍看法，同樣也要接受今後的實踐檢驗，不斷總結提高。
電力機車
我國電氣化鐵路採用的電力機車大多數為可控矽整流器電力機車，其結構簡單、牽引性能好、運行可靠、維修方便，而且各項經濟技術指標較高，所以被廣泛採用。電力機車工作時，受電弓從接觸網獲得高壓單相交流電能，經過變壓器降壓和整流器整流，把高壓交流電變成低壓直流電供給牽引電動機使用。國產主型電力機車為SS（韶山）型， SS1、3、4、6、6B、7和7B型均為客貨兩用型，隨著列車提速和高速鐵路的發展，研製開發了SS7C、7D、7E、SS8和SS9型客運電力機車，以及DJ型（交—直—交）客運電力機車。此外，我國還先後引進過法（6Y、6G、8K）、日（6K）、德（DJ1）和前蘇聯（8G）等國的電力機車。有關電氣化鐵路的基礎知識簡單介紹到這裡。根據鐵道部關於鄭~徐電氣化改造工程初步設計批覆意見，鄭州、濟南鐵路局管內的鄭州~徐州電氣化鐵路牽引供電系統採用遠動裝置；濟南局文莊牽引變電所採用單相變電所，主變為220kV單相牽引變壓器；鄭州局圃田牽引變電所採用三相變電所，主變為110kV三相Y/Δ接牽引變壓器；鄭~徐間其餘牽引變電所採用三相——二相變電所，主變為近年來新開發的110kV三相V/V接牽引變壓器；接觸網採用全補償簡單鏈形懸掛（正線）和半補償簡單鏈形懸掛（站線），分相絕緣裝置為錨段關節式；濟南局劉莊~北東閘、鄭州局商丘西~興隆莊間站場採用硬橫樑方案，以滿足列車最高運行速度200km/h的要求；供電方式為DN方式；客運機車為SS9型，貨運機車為SS4型。
就業方向
畢業生畢業後可到電氣化鐵道的運營、管理及施工部門，城市軌道交通的運營、管理及施工部門，電力機車的生產企業，以及一般的廠礦企業從事技術和生產工作。
就業崗位
1、從事電氣化鐵路企業的電力調度工作。
2、從事變配電所、接觸網等部門的生產、運營、檢修和管理工作。
3、從事城市軌道交通牽引供電專業的生產、運行管理。
4、從事鐵路及城市軌道交通牽引供電工程的施工與管理。
5、從事電氣化鐵道供電設備檢修與維護工作。
6、在各類電力企業擔任施工、運行維護工作的高級管理技術人員。
牽引供電、電力作業安全規定
1、從事牽引供電工作的有關人員，實行安全等級管理制度。
2、牽引供電停電作業時，專業作業人員（包括所持的機具、材料、零部件等）與周圍帶電設備的距離不得小於下列規定：330kV為5000mm；220kV為3000mm；110kV為1500mm；25kV和35kV為1000mm；10kV及以下為700mm。
3、接觸網的檢修作業分為停電作業、間接帶電作業、遠離作業。
4、利用作業車進行作業時，工作平台嚴禁向未封鎖、有電的線路側旋轉。
5、遇有雨、雪、霧惡劣天氣時，一般不進行接觸網“V”型天窗作業。若必須利用 “V”型天窗進行檢修和事故搶修時，應增設接地線。
接觸網“V”型天窗停電作業時：
1）撤除相鄰線供電(饋線)臂的重合閘。
2）在牽引供電迴路開口作業時，應事先採取旁路、等電位措施。
3）吸上線與鋼軌及扼流變中性點連線處一般不進行拆卸作業，確需拆卸處理時，必須採取旁路措施，按分界由專業設備管理部門配合。
6、電氣化鐵路區段整修電纜時，電纜鎧裝及電纜芯兩端須裝設臨時接地線，作業地點鋪設乾燥絕緣墊或作業人員穿高壓絕緣靴進行。
7、需攀登牽引供電設備支柱的電力檢修，由牽引供電設備專業人員現場監控進行。
8、電氣化鐵路區段進行架空電力線路維修、施工作業時，在與鐵路長距離平行作業區段內至少每隔1km加裝1組接地線。
