11.1.1 電力牽引功率負荷

11.1.1.1 功率需求

鐵路對功率的需求起因于完成運輸目標所需要有的實際功率。運輸過程本身在時間段內(nèi)變化很大，并且也視地理位置而定。為了達到特定的線路運輸需求，實際功率取決于許多參數(shù)，最重要的是：

—速度，所需要的功率與速度的立方成正比;

—列車質(zhì)量;

—運營密度;

—線路坡度;

—重新起動的頻繁次數(shù);

—再生制動系統(tǒng)的適用性;

—列車司機的駕駛方式。

為了能進行最佳的接觸網(wǎng)設(shè)計，需要精確地確定牽引負荷的特性并加以描述。

11.1.1.2 一般運輸鐵路

從鐵路工程角度看，一般運輸鐵路的特征表現(xiàn)為各種不同等級列車使用該線路時時速可高達200km/h，對單位長度功率提出的要求大約高達300kW/km。它們的負荷分配特性可借助隨機變化函數(shù)來加以描述 [11.1]。圖11.1中示出理想化的、描述一般運輸鐵路干線負荷狀況的隨機函數(shù)分量。

圖11.1a) 表示在一年內(nèi)一個變電所月平均負荷值的變化狀況。年負荷變化模式，譬如說可根據(jù)在冬季加熱旅客列車的需求、夏季假日運輸或其他季節(jié)性大批量運輸?shù)囊髞砑右源_定。

為了進行設(shè)計計算，由統(tǒng)計確定的日負荷系數(shù)cd是重要的，日負荷系數(shù)為

其中Pdmax是全年中發(fā)生的最大日平均負荷，Pj是年平均負荷。經(jīng)驗表明： 日負荷系數(shù)實際上僅與年平均值有關(guān)，圖11.2表示cd與Pj的關(guān)系曲線。圖11.1中的圖形b) 表示在一日內(nèi)一個干線鐵路變電所負荷值的典型變化狀況。其特點是： 在早上和傍晚出現(xiàn)明顯的繁忙運輸?shù)呢摵煞逯�，而在中午和夜間則出現(xiàn)低負荷時段。通過對大量運行設(shè)施所進行的統(tǒng)計評估，可以確定小時負荷系數(shù)ch，小時負荷系數(shù)為

圖11.1 描述鐵路線負荷的理想化的隨機函數(shù)分量

a) 在一年內(nèi)的月、星期或日平均值Pd的變化狀況;

b) 在一日內(nèi)的小時或半小時平均值Ph的變化狀況;

c) 作為隨機分布出現(xiàn)的一小時內(nèi)的負荷變化狀況;

Pj—年平均負荷;

Pd—日平均負荷

圖11.2 如 [11.1] 中給出的那樣，日負荷系數(shù)cd和小時負荷系數(shù)ch為平均年負荷Pj的函數(shù)

在此式中Ph是一日內(nèi)最大的小時平均消耗功率，而Pd是相應(yīng)的日平均功率。此每小時負荷系數(shù)也僅與年平均功率有關(guān)，其關(guān)系曲線如圖11.2所示。1h內(nèi)功率負荷的變化，代表著當時行駛在所要研究的線路區(qū)段內(nèi)的各趟列車所造成的系統(tǒng)中相應(yīng)負荷變化之總和。此功率負荷可作為隨機函數(shù)加以描述。應(yīng)用式 (11.1) 和式 (11.2)，在供電臂內(nèi)全年出現(xiàn)最大負荷的小時的功率平均值

平均年負荷Pj可通過區(qū)段的全年總能量消耗Wj算出。

從工程角度來說，采用這些理想化的分量可以更容易地將負荷描述成一個隨機函數(shù)，這對于電車線路負荷來說同樣是確切的 [11.2]。在許多情況下，甚至可以將牽引電力負荷描述成與時間無關(guān)的變量。在用于直接向接觸網(wǎng)供電的情況下，也可以將高負荷下的電流描述成與時間無關(guān)的變量。

可以假設(shè)電力牽引負荷是一常規(guī)分布函數(shù)，其中Phmax是分布的平均值，而σp是標準偏差。在此前提下，就可以預(yù)見負荷p將保持在規(guī)定值Pdd之下的概率

此概率P (p≤Pdd)之所以能用這種簡化形式來表示，因為Phmax《σp>0是確切的。式(11.4)也叫作隨機變數(shù)p的分布函數(shù)。假若標準偏差σp用術(shù)語變化系數(shù)來表示的話，則平均值Phmax如下

而功率極限Pdd是平均值Phmax與標準偏差σp的倍數(shù)之和