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世界高速铁路的牵引供电和信号系统 海外（注：本文指除日本之外的国家）高速铁路发展迅速，以300km/h运行的国家包括日本在内，有法国（地中海线的部分区间运行速度为320km/h）、比利时、德国、西班牙（西班牙部分区间运行速度为300km/h）5个国家。最近除这些国家之外又增加了英国、韩国2个国家。以250km/h以上的高速运行的国家还有意大利。本文将250km/h以上高速运行的海外高速铁路的电气设备和日本的电气设备做了对比。 1 前言 在电气铁路上，列车运行时主要需要变电设备、接触线设备以及信号设备。本文主要把海外高速电气铁路和日本的电气铁路进行了比较。 2 变电设备 变电设备是把从电力公司接收的电在铁路公司的变电所变换成符合铁道电压的交流或直流电以后提供给接触线的设备。如表1所示，在世界高速铁路中使用直流电的国家只有意大利的Direttissima线，其它国家的高速铁路使用交流15kV 16 2/3Hz或者25kV的商用频率。 2.1 意大利的直流供电 意大利Direttissima线是目前高速新线上唯一一条采用直流供电方式的线路，最高速度为250km/h，供电电压中，标准电压为DC3000V，但变动范围最高电压达3800V，最低电压为2800V，利用自动电压调整装置调整为3600V。标准变电所的构成：1台中有3台8000kW的预备（应急）整流器，变电所的标准设置间隔为12km。在该线路上运行的ETR450等列车，1个编组大约集电4000A， 相当于1个受电弓集电电流为2000A，因此，滑板的磨耗非常多，现在建设中的新线全部按AC25kV 50Hz的标准建设。 2.2 德国的交流供电 德国采用的15kV 16 2/3Hz的低频电是1904年得以实用化的供电方式。这种低频供电是为了在牵引电机上使用交流整流子电动机而引进的方式。交流整流子电动机的原理和直流串激电动机的原理一样，在励激和电枢之间有电刷和整流子，通过电刷和整流子整流，频率容易降低，因此相当于欧洲商用频率所使用的50Hz的1/3，即16 2/3Hz。交流整流子电动机和直流串激电动机一样，通过控制电压达到控制速度，低频供电将供电电压提高到15kV，和直流方式相比，可以延长变电所的间隔。这种低频供电与商用频率电力不同，需要准备专用的电力网。通过使用专用电网，可以备齐交流的相位，使用110kV 16 2/3Hz的送电网送电。因此，和直流一样可以在变电所之间并联供电，由于相位同相，所以接触线的绝缘分段结构变得非常简单。 2.3商用频率的交流供电 日本的新干线是从电力公司通过3相交流接收25kV的商用频率，用斯科特接线变压器或者变形伍德布里奇接线变压器将3相变为2相，按照不同的方向分别进行2相供电的异相供电。同样，在使用25kV 50Hz的商用频率的法国等国家，从电力公司的变电所接收单相电，在铁路公司的变电所直接供电。关于频率，在日本，从中部算起，东侧为50Hz、西侧为60Hz，各条新干线利用使用了各地区频率的25kV的交流供电方式。但是，只有在两个地区运行的东海道新干线统一为60Hz，只在东京近郊利用频率变换机将50Hz变换为60Hz，通过地面的电力设备进行变换后再使用。除日本之外，欧洲是50Hz，美国为60Hz，最近开通运行的韩国和正在建设中的台湾高速铁路为美国系的60Hz。但是，在25kV的交流供电中，其25kV为标准电压，日本的最高电压和最大电压与外国是不同的。 法国的TGV东南线开业初期使用的是直接供电和AT供电2种供电方式。表2表示世界上使用的交流供电方式。表2的直接供电是指，接触线和钢轨构成的供电方式经常产生通信感应，所以在日本的新干线中没有使用。东海道新干线当初按BT供电方式做到了电气化，但是，由于吸流区域维修管理困难，和AT供电方式相比通信感应障碍大，因此现在的新干线全部采用AT供电方式。不过，在一部分短区间使用同轴电缆供电方式。由于地中海线的建成，列车开行对数增加，所以TGV东南线现在也已经全部改造成AT供电方式。但是，只有日本称作AT供电，世界其他国家称为2×25kV供电。在高速铁路中，唯一的交流铁路使用直接供电的只有西班牙，使用表2中有NF的直接供电方式。即便是AT供电方式，日本和法国仍有不同，法国的AT供电省略了变电所内设置的第1AT（Auto Transformer：自耦变压器），变压器2次绕组的中性点与钢轨接地，所以变电所内单相变压器的2次绕组履行了这一任务。最近开业的英国海峡隧道铁路连线CTRL和韩国的新线也是采用法国的方式，因此省略第1AT的可能性较高。 2.4 保护方式 在欧洲，一般是钢轨接地，钢轨电位在规定值内。而在日本，钢轨为非接地，没有钢轨电位的规定值，只在新干线车站内，为了安全起见，设置有钢轨电位控制装置。在欧洲，电杆及钢轨按一定的区