基本介紹
- 中文名：旅客列車供電系統
- 供電方式：集中式供電
- 供電導線類型：第三軌、高架電纜
- 供電類型：直流供電
簡介,供電方式,發電途徑,獨立發電機組,機車原動機,供電類型,直流供電,低頻交流電,工頻交流電,多種系統供電,其他供電方式,
簡介
列車供電系統（英語：Electric train supply，簡寫為ETS；也稱Head-end power，簡稱HEP）是旅客列車上的集中供電系統，按供電裝置的位置可分為機車直供電（簡稱“機供”）和發電車集中供電，輸出的電能用於列車上的照明、空氣調節及其他電氣設備，但目前仍然存在客車自帶柴油發電機供電的現象。向列車供電的最早嘗試於1881年10月由倫敦、布萊頓及南岸鐵路在倫敦至布萊頓的旅客列車上實施，但當時只是用於客車照明，後來又衍生出對列車空氣調節系統的供電。
供電方式
新型空調客車採取的供電方式是集中式供電，就是在列車中的某一節車廂內設定發電站或在列車上設立變電站，向整個列車供電。供電方式主要有兩種：
一種是在專門的發電車（圖3.5.5_02KD型發電車）或行李發電車內，安裝柴油發電機組，構成列車發電站。列車發電站的工作由專門的配電盤控制。發電站發出的電，通過貫穿全列車的輸電幹線和專門的車端連結器，送到列車各節車廂。
另一種是在電氣化鐵道的列車牽引區段，電力機車升起受電弓，將接觸網供給的25kV，50Hz的單相交流電引入列車變電站。然後，經過列車變電站中的變壓器、整流器、變流機等電器設備變換後，給整個列車供電。這種供電系統，配線經濟、不用蓄電池、車輛構造成本較低、發電量不受列車速度的影響。但是，它也有缺點，一旦發電站、變電站出現故障或發電車從列車上摘掛下來，就會影響列車供電。為了彌補這種缺陷，列車可以同時裝備軸驅式供電裝置作為備用，以保證列車用電。
目前，我國列車牽引方式有蒸汽機車牽引、內燃機車牽引和電力機車牽引三種，其中採用電力機車牽引列車的鐵路稱為電氣化鐵路。電力牽引具有馬力大，速度快、能耗低、效率高等特點，使用電力牽引的區段，運輸能力明顯提高，運輸成本大為降低，同時，機車性能、工作條件等較內燃機車更好。是我國鐵路牽引動力今後的發展方向。我國第一條電氣化鐵路是寶雞至鳳州區段的鐵路幹線，於1958年至1962年間建成並立即投入了運營。此後，鷹廈、湘黔等幹線也陸續建成電氣化鐵路區段。
發電途徑
列車供電系統中的發電機可由機車或發電車內的獨立發電機組或是機車的原動機驅動。
獨立發電機組
用於列車供電的發電機組通常由獨立於機車原動機之外的柴油發動機驅動，可裝在內燃機車後部的一個區域或是單獨的發電車廂內。自帶列供發電機的機車在加油時，燃油會同時供給至原動機與發電機，而空調發電車需單獨補充燃料。
此外，一些客車在車底裝有小型發電機組，如中國鐵路的RW25B型軟臥車及25K型國際聯運客車。
機車原動機
機車的發動機有時也會同時提供動力和列車所用電能。在內燃機車上，發電機若由原動機直接驅動，則需按恆定速度運行，以保證50或60赫茲的交流電頻率。後期的機車開始使用牽引電機驅動的靜式變流器，使原動機的轉速範圍更大。
由原動機驅動發電機的機車在為列車供電時會減小牽引力，如標稱功率分別為3,200hp（2.4MW）和4,000hp（3.0MW）的通用電氣P32和P40型機車在為列車供電時分別需將功率降至2,900、3,650hp（2.16、2.72MW）。
電力機車在向列車供電時，主變壓器的供電繞組將受電弓接受的25千伏單相高壓交流電降壓，降壓後的交流電經真空接觸器與快速熔斷器到單相整流橋，再通過濾波電抗器和濾波電容器輸出600伏的直流電壓。輸出到客車車廂的600V直流電通過各車廂底部的逆變器逆變為380伏、220伏、110伏交流電，向空調、電開水爐、照明、控制等負載供電，並向蓄電池充電。
在中國鐵路客票上，自供電空調列車被標示為“空調”（硬座/硬臥/軟臥，但主要是帶獨立發電機組的RW25B），發電車或機車集中供電的空調列車則標示為“新空調”。
供電類型
直流供電
早期的電氣化鐵路採用電壓相對低的直流供電。機車或動車組的電動機直接連線在電網主線上，通過並聯或串聯在電動機上的電阻和繼電器來進行控制。
通常有軌電車和捷運的電壓是600伏和750伏，鐵路使用1500伏和3000伏。過去車輛使用旋轉變流器來將交流電轉換為直流電。現在一般使用半導體整流器完成這個工作。
採用直流供電的系統比較簡單，但是它需要較粗的導線，車站之間距離也較短，並且直流線路有顯著的電阻損失。印尼的一些地區的少數地區使用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、義大利、波蘭、捷克北部、斯洛伐克、前南斯拉夫、前蘇聯使用3000V直流電。
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。、、、挪威和瑞典使用15千伏16.67赫茲(電網頻率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來控制。
工頻交流電
匈牙利曾經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後才被廣泛使用。
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，通過調節變壓器來控制電動機速度。另一些則使用可控矽或場效應管來產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濟，但是也存在缺點：外部電力系統的相位負荷不等，而且還會產生顯著的電磁干擾。
多種系統供電
因為有這么多的供電方式，有時候甚至一個國家內都採用不同的方式（如日本關東以南是60Hz，但東北及北陸以北是50Hz），所以列車經常必須從一種供電方式轉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的機車。在歐洲，通常是支持四種供電系統(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年代尾才成功研發可在全日本電化區間的行走用的多種供電系統（直流1.5千伏、交流25千伏50/60赫茲），俗稱“雙交直流型”，並開始引進當時量產中的列車機車系列上，但在1987年由JR分社經營後，由於預期旅客電車不需再作全國性的調動或行走，加上雙交直流型電車成本較高，故除了至國鐵末年仍量產中的415系1500番台及之後的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旅客會社採用。
其他供電方式
在歐洲大陸，部分餐車帶有受電弓，可直接從接觸網取電，如德國的WRmz 135型（1969年）、WRbumz 139型（1975年）和ARmz 211（1971年）。芬蘭鐵路餐車帶有柴油發電機組，且在機車供電的情況下仍然運作。
