电气化铁路

电气化铁路的牵引动力是电力机车，机车本身不带能源，所需能源由电力牵引供电系统提供。电气化铁路，亦称电化铁路，是由电力机车或动车组这两种铁路列车（即通称的火车）为主，所行走的铁路。

牵引供电系统主要是指牵引变电所和接触网两大部分。

 

变电所设在铁道附近，它将从发电厂经高压输电线送来的电流，送到铁路上空的接触网上。接触网是向电力机车直接输送电能的设备。沿着铁路线的两旁，架设着一排支柱，上面悬挂着金属线，即为接触网，它也可以被看作是电气化铁路的动脉。电力机车利用车顶的受电弓从接触网获得电能，牵引列车运行。牵引供电制式按接触网的电流制有直流制和交流制两种。直流制是将高压、三相电力在牵引变电所降压和整流后，向接触网供直流电，这是发展最早的一种电流制，到20世纪50年代以后已较少使用。交流制是将高压、三相电力在变电所降压和变成单相后，向接触网供交流电。交流制供电电压较高，发展很快。我国电气化铁路的牵引供电制式从一开始就采用单相工频（50赫）25千伏交流制，这一选择有利于今后电气化铁路的发展。

和传统的蒸汽机车或柴油机车牵引列车运行的铁路不同，电气化铁路是指从外部电源和牵引供电系统获得电能，通过电力机车牵引列车运行的铁路。它包括电力机车、机务设施、牵引供电系统、各种电力装置以及相应的铁路通信、信号等设备。电气化铁路具有运输能力大、行驶速度快、消耗能源少、运营成本低、工作条件好等优点，对运量大的干线铁路和具有陡坡、长大隧道的山区干线铁路实现电气化，在技术上、经济上均有明显的优越性。

可以用以下方法来对电气化铁路进行分类：

 

供电导线类型：第三轨、高架电缆

 

供电类型：直流供电、交流供电

 

导线类型：

 

1、轨道供电：采用轨道供电的电气化铁路通常铺设有额外的供电轨道，用来连接电网和机车，为机车提供电力供应，亦被称为第三轨供电，这条轨道被称为第三轨。

 

2、高架电缆供电：高架电缆连接在电气化铁路的供电电网上，分为柔性和刚性两类，电力机车或动车组通过架式集电弓连接接触网，从其中取电。

 

架空电缆和高架电缆是香港和台湾的说法，在中国大陆通常被称为接触网供电。在中国大陆，架空电缆和高架电缆一般是指高压输电线路。

 

两种导线类型，最终都通过列车正常的运行轨道接地形成回路。也有少数铁路使用第四轨（例如伦敦地铁）作为电流回路。

 

高架电缆有个好处，就是同时能当高压输电道，如日本京急线。

 

供电类型：

 

1、直流供电：早期的电气化铁路采用电压相对低的直流供电。机车或动车组的电动机直接连接在电网主线上，通过并联或串联在电动机上的电阻和继电器来进行控制。

 

通常有轨电车和地铁的电压是600伏和750伏，铁路使用1500伏和3000伏。过去车辆使用旋转变流器来将交流电转换为直流电。现在一般使用半导体整流器完成这个工作。

 

采用直流供电的系统比较简单，但是它需要较粗的导线，车站之间距离也较短，并且直流线路有显著的电阻损失。

 

荷兰、日本、澳大利亚、印尼、马来西亚的一些地区、法国的少数地区使用1500V的直流电，其中，荷兰实际使用的电压大约有1600V到1700V。

 

比利时、意大利、波兰、捷克北部、斯洛伐克、前南斯拉夫、前苏联使用3000V直流电。

 

2、低频交流电：一些欧洲国家使用低频交流电来给电力机车供电。德国、奥地利、瑞士、挪威和瑞典使用15千伏16.67赫兹（电网频率50Hz的三分之一）的交流电。美国使用11千伏或12.5千伏25赫兹的交流电。机车的电机通过可调变压器来控制。

 

3、工频交流电：匈牙利曾经在二十世纪三十年代在电气化铁路上使用50赫兹的交流电。然而直到五十年代以后才被广泛使用。

 

目前，一些电气化机车使用变压器和整流器来提供低压脉动直流电给电动机使用，通过调节变压器来控制电动机速度。另一些则使用可控硅或场效应管来产生突变交流或变频交流电来供应给机车的交流电机。

这样的供电形式比较经济，但是也存在缺点：外部电力系统的相位负荷不等，而且还会产生显著的电磁干扰。

 

中国、法国、英国、芬兰、丹麦、前苏联、前南斯拉夫、西班牙（标准轨高铁路段）、日本（东北、上越、北海道新干线及北陆新干线轻井泽以东）、使用单相25千伏50赫兹电力供应，台湾高速铁路、台湾铁路管理局、韩国、日本（东海道、山阳、九州新干线及北陆新干线轻井泽以西）使用单相25千伏60赫兹电力供应，而美国通常使用单相12.5千伏和25千伏60赫兹的交流电。另外日本东北、北海道地区使用20千伏50赫兹交流电，北陆地区、九州地区使用20千伏60赫兹交流电。

 

多种系统供电：因为有这么多的供电方式，有时候甚至一个国家内采用不同的方式（如日本关东以南是60Hz，但东北及北陆以北是50Hz），所以列车经常必须从一种供电方式转向为另一种供电方式。其中一种方法是在换乘站更换机车，当然，这样很不方便。

 

另一种方法是使用支持多种供电系统的机车。在欧洲，通常是支持四种供电系统（直流1.5千伏、直流3千伏、交流15千伏16.67赫兹、交流25千伏50赫兹）的机车，这样，它在从一个供电系统到另一个的时候就可以不用停留。

 

而日本国铁在上世纪60年代初已有交直流对应的列车机车、但当时只能对应其中50/60一个赫兹，俗称“单交直流型”。直至60年代尾才成功研发可在全日本电化区间的行走用的多种供电系统（直流1.5千伏、交流25千伏50/60赫兹），俗称“双交直流型”，并开始引进当时量产中的列车机车系列上，但在1987年由JR分社经营后，由于预期旅客电车不需再作全国性的调动或行走，加上双交直流型电车成本较高，故除了至国铁末年仍量产中的415系1500番台及之后的JR东日本的E653系及是双交直流型电车外，单交直流型的旅客电车从新被各JR旅客会社采用。

直流供电时期

 

1879年5月柏林贸易展览会上展示了第一条电气化铁道。这是一条长约300m的椭圆形铁路，轨距1m，由150V的外部直流电源经第三轨供电，以两条轨作为轨道回路；电力机车只有945kg，这条电气化铁路虽然很短，却奠定了电气化铁道的基础。

 

1881年在德国西门子公司的利希特非尔德——军事学院修建了一条2.45km的电气化铁路，同年，在法国伦敦出现第一条架空导线供电的500m长的有轨电车线路，并于1885年正式投入商业运行中。

 

交流供电时期

 

1903年，匈牙利出现了由架空的三根导线供电的三相交流电力机车，但很快就停止了，主要是维修太困难了。

 

1932年，匈牙利首先成功地在电气化铁道上采有16kV工频单相交流电。

 

1950年，法国通过研究论证，修建了25KV单相工频实验线，并于1953年把单相交流电25KV80Hz电流制用于东南线，收到了良好的经济效益。

第一条电气化铁路的诞生

 

1961年8月15日建成我国第一条电气化铁路——宝风段。

 

这条电气化铁路的供电制式最初是按3000直流制设计的。后来了解到法国、前苏联、日本已成功采用了新的电流制——工频单牙交流制，经过专家教授们反复论证对比，于1975年4月决定改用25KV工频单相交流制，这种供电制式的确定，避免了我国电气化铁路发展中的弯路，为我国电气化铁路的发展打下了良好的技术基础。

 

1958年3月完成初步设计，同年6月15日开始动工兴建，经过建设者们两年的艰苦创业，奋力拼搏，我国第一条电气化铁路于1960年5月14日胜利建成，经过一年多的试运行，于1961年正式交付运营，从此揭开了我国电气化铁路建设的序幕。

 

电气化铁路建设

 

20世纪60年代中期，为了加速大西南的建设，沟通西南地区与全国的物资交流，宝成铁路风州至成都段的电气化铁路上马。

 

1966年3月提出电气化研究报告，同年12月完成初步设计，1968年12月广元至马角坝段电气化工程开工。电气化工程是分段进行的，先修建广元至绵阳段，后修建广元至风州段，最后修建绵阳至成都段。经过7年的艰苦奋战，于1975年7月1日，676Km和的宝成电气化铁路全线建成通车。

 

1973年9月阳安线、1975年9月襄渝线襄樊至安康段、1978年3月石太线石家庄至阳泉段、1979年10月宝兰线宝鸡至天水段相继动工修建。到1980年底，共建成电气化铁路1679.6Km。

 

1985年一年内就有京秦线、成渝线内（江）重（庆）段、贵昆线贵（阳南）水（城西）段和太焦线长（治北）月（山）段4条电气化铁路共计1169.23Km交付运营。

 

20世纪90年代有10条线共计2795.76Km电气化铁路建成交付运营。

 

2008年8月1日京津高速电气化铁路开通运营。

 

2009年4月1日合武高速电气化铁路开通运营。

 

2009年12月26日武广高速电气化铁路开通运营。

 

2010年2月6日郑西高速电气化铁路开通运营。

 

我国电气化铁路进入了高速电气化时代。