你知道列车的用电是怎么来的吗？

旅客列车电力供应，是根据列车牵引动力的形式，客车电气化的程度，列车编组情况和供电设备的经济性等方面进行选择，通常分为两种：

①独立供电；②集中供电。

我国旅客列车供电的历程可以分成三个阶段：

①独立供电 ②集中供电 ③机车供电。

早期的旅客列车上没有电器的，无需考虑供电问题。随着时代的发展，车内逐渐出现了电扇、电灯等的小功率用电器，为了解决用电的问题，采用了轴驱式发电机来向车内供电，轴驱供电就是列车运行时，车轴带动发电机向车内供电，并向蓄电池充电；停车时，由蓄电池供电。

我国22型客车就是采用这种方式来为车内供电，为低压交直流供电系统，整个系统由J5型轴驱式感应子发电机（5kW，部分经改造后功率提升为7kW）、控制箱、整流箱、24个2V蓄电池组组成。带发电机的客车成为母车，不带的为子车，运用中可实际根据需求灵活改变子母车的配比。

轴驱发电可以说是整个列车供电史中的先驱，解决了向客车供电从无到有的问题，但是在实际的运用中轴驱发电却存在很多的问题。

J5型轴驱式感应子发电机虽然具有结构简单、易于维护的优点。但限于当时设计水平及工艺、材料等因素的制约，电机自重较大（169kg）、效率较低。在经过几次列车提速后，振动频率提高等使得电机对转向架的冲击力增大，导致转向架及电机吊架相应部位产生疲劳裂纹危及行车安全，同时，电机自身缺乏过载保护装置，在负荷过大时易烧毁电机绕组。J5轴驱电机实际输出功率大大低于额定功率，运用单位不得不增加列车中的母车比例，在大编组旅客列车的子母车配比已达1:1，无形中增加了设备开支。同时，由于发电机配备数量的增加，给列车电压统调造成困难，降低了发电机组的实际使用寿命，价格昂贵的铅蓄电池寿命规定为4.5年，而实际使用寿命仅为3年。目前，仍存在极少数仍带有轴驱发电的客车仍在运用。

随着旅客对舒适度的提高、空调旅客列车的出现和科技的发展，从80年代开始，我国发展了用柴油作为燃料的发电车提供三相交流380V（下文简称AC380V）交流电压对空调列车集中供电来替代轴驱发电，也就是我们常见的空调发电车。与此同时，轴驱发电模式中出现了30kW的小功率柴油发电机组的供电方式。这种供电方式在车底架下悬挂30kW的小功率柴油发电机组，例如25B型的软卧车、硬卧宿营车、餐车、公务车、试验车等。这种供电式的特点是：电源与用电负载在一个车上，供、用电系统简单。这类空调客车便于机动使用；既可编挂在大编组空调列车上由发电车供电，也可单独自身供电；可在任意线路上运行。但因柴油发电机组的功率有限，没有其他车外供电能力。

30kW的小功率柴油发电机组的供电方式只是一个小插曲。在空调发电车运用成熟，机车供电铺开之前，曾有部分路局计划将车底架下悬挂的小功率柴油发电机组功率进行改造，分别加装100kW或200kW等级的柴油发电机组，在小编组空调旅客列车（即编组不超过10辆的空调列车，或全列中空调客车的编挂数量不超过10辆的混编旅客列车）中编挂一辆这种带发电机组的客车，并在该车上进行控制操作、向全列供电。彼时小编组空调列车都是采用发电车供电，由于编组辆数不多，使用负载不大，空调发电车只需单机供电，备用率过高、能力过剩，又因长期在低负荷状态下运行，对柴油发电机组也不利。随着机车供电铺开，这个计划就戛然而止了。

即空调发电车供电，是目前我国普速空调列车主要的供电方式之一，全路仍有数量庞大的空调发电车。发电车整备后的总重在65t左右，车上装有三台300kW的进口康明斯柴油发电机组或MTU柴油发电机组，总容量为900kW，每台机组可单独运行亦可并车运行，向旅客列车供电时，两台机组工作，一台备用，总输出功率为2 x 300kw。供电制式为三相四线制(400/230V,50Hz)，可从发电车任一端与列车联挂，并分两路主干线通过装设于车端的四个电力连接器对外供电，每路输电干线的额定电流为750A。发电车上有机房，配电室，乘务员室（生活区），工作时要有乘务人员值守。

空调发电车并不是直接由柴油机来发电，而是由柴油机带动发电机发电。发电机采用的是引进德国西门子技术生产的IFC5及IFC6高性能发电机。配送电的关键部件（如主开关等），都是选用国内最先进的产品。全列车电网采用交流三相四线制，两路供电，电压制式AC380V/50Hz；车厢主干线负载容量按20辆计算，不小于600kW。每辆车的车端部均设有KC20A电力连接器（安装有橡胶防护装置）、播音连接器、通信连接器等。使用空调发电车供电状况稳定，受外界因素干扰少，可以在任何区段运行工作。只要燃料充足，可以长时间不间断地供电，解决了轴驱式发电停车时不能发电，只能靠蓄电池组短时供电的问题。

然而，从经济效益方面考虑，空调发电车供电也并不是那么理想，主要原因有以下几点：①占用列车编组，增加机车牵引重量，减少列车定员数。②运营成本高，每台空调发电车的购置费用为300多万元人民币，需消耗大量昂贵的柴油。发电车工作时，需要有专门的乘务人员操作、监控。③污染环境，有废水、废油、废气的排放。也正是这些因素，才会有前文所介绍的那段改造计划的插曲。实现机车向列车供电，尤其是在电气化区段用电力机车向列车供电，其非常可观的经济性、合理性已经被世界铁路的发展所证实。所以也推动了旅客列车供电技术转向机车供电阶段。

从“七五”期间开始，铁道部科技司会同部内各司局、中国铁路机车车辆工业总公司曾多次召开会议，对机车向空调列车供电进行可行性论证。在综合比较国外空调客运列车供电方式的基础上，结合我国客运量大、列车编组长等特点，选择了“高压输电、分散变流”的供电方式。确定列车供电电压为单相50Hz、3000V（你没看错…还真是这个数值），并组织科研力量进行供电装置的开发研制。研制过程中发现这种供电方式虽具有列车干线数量少、导线截面小等优点，但需在客车上加装高压箱、降压变压器、整流器．逆变器等设备。这些设备的体积和质量较大，不利于客车轴重的轻型化，也不便于与现有客车供电系统的兼容。

“八五”期间，我国对机车向客车供电技术的必要性、经济效益以及技术可行性等方面进行了多次论证，认真分析了国外列车供电技术及其发展的特点，并结合国情，对高压输电、集中变流、分散变流等技术做了大量的试验研究工作。1995年开始，在对高速列车及200km／h电动旅客列车的研究中，又进行了认真的技术经济比较，确定了600伏直流（下文简称DC600V）供电方式。能为旅客列车供电的直供电机车中，除了DF4DF和部分DF11G机车“复辟”般的采用AC380V制式外，其余直供电机车均为DC600V制式。为什么要从集中供电阶段到机车供电发展？供电电压制发生了改变？图为采用AC380V供电制式的DF11G型机车。

列车供电干线电压制式为DC600V，电力牵引工况和内燃牵引工况均能较好满足其要求，从而可兼顾列车在电气化区段由电力机车供电和在非电气化区段由内燃机车供电两种需求，适合我国铁路运输方面存在的同一车次列车可能需要在上述两种区段运行的特点。客车空调机组需要的电压是AC380V/50Hz，电压及频率均须恒定，显然上述两种电压是不符合要求的，必须经过转换，即变流。将供电变流设备分散安装，整流电源配置于机车上，技术上比较成熟，可靠；机车上为供电增加设备较少，体积和质量增加也较小，对机车的布置及轴重影响小，这无论在电力机车还是内燃机车上均较易实现。

列车供电干线电压制式为DC600V

列车供电干线电压制式采用DC600V，在客车上就只需配置完成直一交逆变功能的逆变电源，便能提供空调机组所需的AC380V/50Hz电压，而且电压波形可为正弦波形，不需要在整流电源与逆变电源之间再增加诸如直一直变换这类环节。这样，不仅客车上增加的设备少，体积和质量较轻，整个供电系统的造价和维护成本也相应降低。且DC600V供电制式采用“集中整流、分散变流”的布置方式，即整流电源只配置于机车或某一二辆车上，逆变电源、充电机等分散配置于各辆车上，供电系统的质量在全列车上分配较均匀。因而采用DC600V供电制式，是一种能较好兼顾电力机车供电和内燃机车供电及客车需要等各方面因素的供电方式。图为安装在25T型客车底部的电源逆变器。

安装在25T型客车底部的电源逆变器

机车供电可分为内燃机车/动车组直供电和电力机车/动车组直供电。国铁内燃直供电机车只有两型：DF4DF和DF11G。DF4DF型机车是专供达成铁路（部分机车已经转配），这种机型是以DF4D型机车为基础，在机车上安装了简单的列车供电系统，柴油机带着主副发电机组，由副发电机发电供应列车。因为没有稳压系统，为了保证供电电压的稳定，当机车对列车供电时，不论在何种工况下，都要求柴油机在960r／min以上工作。DF4DF型机车的特点是：①供电为副发电机一整流柜一列车，结构简单。②对原型DF4D机车改动小。③对列车供电时，机车运行中的调控性能差，柴油机在高速下运行，磨耗相对比较大。

DF4DF型机车

虽然DF4DF型机车的设计要求之一“既要保证机车的牵引功率，又要能为列车供电提供所需的350kW的功率”；机车装配的16V240JZD型柴油机在供电时标称功率可达2110kW，厂方称能够保证机车的正常牵引功率。但是在实际的运用中，DF4DF型机车的表现却差强人意，在向列车供电的条件下，仅能满足向小编组旅客列车供电并同时保证足够的牵引力。一旦向旅客列车供电，便无法牵引大编组旅客列车达速，运用效能远不及同系列非直供电的DF4D型机车，所以DF4DF型并未大规模生产。直到DF11G型机车问世之前，内燃直供电机车一直处于空窗期。虽然内燃直供电机车处于空窗期，但是内燃直供电动车组却在那个时期有过短暂的辉煌。图为DF4DF型机车在牵引大编组旅客列车，注意机车后第一位的空调发电车。

DF4DF型机车在牵引大编组旅客列车，注意机车后第一位的空调发电车

内燃动车组直供电我们选取其最具代表性的NJZ2动车组进行介绍，NZJ2动车是一种准高速动车，具有比较成熟的列车供电控制系统，柴油机带主副发电机组，由于加装列车供电电压稳定控制系统，不论柴油机在何种工况都能以稳定的电压向列车供电。NZJ2动车供电系统具有如下特点：①列车供电线路比较成熟可靠。②具有电压稳定控制系统。③不论柴油机在何种运用工况下，均可以向列车正常供电。④有利于柴油机的正常运用。但由于NZJ2动车的装车功率低(在2940～3234kW之间)，因此在列车运行时必须两节动车同时工作，运行方向前部动车主要负责牵引，尾部动车主要负责列车供电。一旦其中一节动车故障，全车组就“原地趴窝”了，这个问题在NJZ2动车组后末期运用中频发。

NJZ2动车组

如果NZJ2动车能够安装大功率柴油机（4263kW左右），单机就具备足够的功率满足牵引和供电双重功能，那么在运行中就不需要双机同时工作，对于提高运用效率、减小机车及柴油机磨耗、降低运输成本、增加旅客列车的编组量都有重要的意义。这个设想是美好的，但已证实不可行，我国到目前为止最成功的一款直供电内燃机车DF11G型采用制式为重联型。DF11G型内燃机车，是戚墅堰机车厂为中国铁路第五次大提速而设计生产的重联型准高速内燃机车。机车设计能满足我国铁路第五次大提速开行直达特快列车的要求，即以160km/h的最高速度一次运行超过1600公里、单司机值乘、具备列车供电。

DF11G型内燃机车

DF11G重联型准高速内燃机车装备了德国进口的MTU12V183TB12G型供电用辅助柴油发电机组及LSA47.1L11-4P型发电机，最大供电功率2X400kW，能为列车提供AC380V或DC600V的电力，供电方式为通过辅助柴油机发电机组发电，经相控整流转换为客车供电。该供电方式架构简单，但也存在较大的缺点。首先，辅助柴油机发电机组势必会增加机车的总重，而轴重问题是困扰内燃机车高速客运的主要难题；其次，牵引发电机和列车供电用的辅助发电机分离的架构不利于电能在两者之间的自由分配；最后，这种架构无法利用机车电阻制动时回馈的电能作为列车供电时的电能输入使用。

近年来，随着国内HXN系列交流传动内燃货运机车的广泛使用，交流传动内燃机车的平台已经得以完善。为了解决DF11G型机车存在的缺点，在目前HXN3大功率交流传动内燃机车平台下，设计了一种新的列车供电系统架构。利用架控模式的牵引主回路具有两组相互独立的中间直流环节即主发整流输出的特点，分别从其中抽出部分电能作为列车供电系统的电能输入，然后进行斩波降压、逆变隔离后再整流输出DC600V。这样不仅降低了机车轴重，还因其列供直流电能输入和牵引中间直流环节共用的特点，可以较好的实现牵引电能和列供电能彼此之间的实时分配；还可在机车电阻制动工况下，把列车供电作为牵引电机回馈制动时的负载，利用牵引电动机回馈到中间直流环节的电能为列车供电提供电能输入。或许在不久将来，将会有采用新供电技术的直供电内燃机车问世。

说完了内燃机车/动车组直供电，接下来就该介绍电力机车/动车组直供电了。即通过设在电力机车或动车组上的受电弓，将接触网上的单向工频25kV交流电经过相关设备变成可供列车电网使用的电能。1997年11月，在开始研制首列机车向客车供电列车时，对供电方式再次进行了分析比较，按20辆编组考虑，对用电量、电网电压的波动范围、国内逆变器的技术水平、电力机车承受列车供电装置的体积、质量及现用空调客车输电干线的截流量等方面进行了计算校核。结果表明：采用机车集中降压、整流，DC600V输电；客车分散变流方式比较符合国情，也可较为方便地实现与现用AC380V供电制式兼容。

在多次论证的基础上，1997年下半年，铁道部决定于1998年，在SS8型电力机车、25K型空调客车基础上，进行一列由电力机车供电的列车样车设计、试制、试验及运用考核。该列车由铁道部四方车辆研究所、株洲电力机车厂、铁道部株洲电力机车研究所、长春客车厂、四方机车车辆厂、南京浦镇车辆厂等单位组成了联合攻关小组的研制，从1997年11月开始方案选型到1998年10月1日列车正式投入运行，共11个月的时间。首列电力机车供电空调列车由SS8型机车、20辆25K型空调客车(15辆硬座车、3辆软座车、1辆行李车、1辆餐车)和1辆试验用发电车组成。图为运用中的第一列机车供电空调列车。

为保证供电系统设计的可靠、合理性，攻关小组于1998年3、5、8、9月分别在四方所、株电厂、铁道部科学研究院环形试验线、郑武线进行供电系统地面试验、样车(SS8型机车、1辆硬座车、1辆软座车、1辆餐车)联调试验、20辆编组供电系统全性能试验及全列编组试运行试验。在完成试运行后，该列车于1998年10月1日投入运用考核，担当北京至武昌间K79／80次旅客运输任务。首列机车供电空调列车供电系统采用DC600V／AC380V兼容制式。在电气化区段，列车采用DC600V电力机车供电；在非电气化区段，列车仍采用发电车三相交流供电。（图中列车为非机供25K型客车，此图仅作示意）

 该列车的运营，这标志着我国在机车向列车供电方面已迈出了重要的、实质性的一步。之后国铁进行了三项工作：①此后生产的电力客运机车都加装列车供电装置。②开展了兼容供电空调客车的研制，在25K型空调客车基础上进行，并对现存数量庞大AC380V制式客车进行DC600V兼容改造。③开始生产采用DC600V供电制式的客运列车。电力动车组的供电原理和电力机车直供电差不多，其辅助供电系统主要由辅助变流器、辅助整流器及相关组件构成。由辅助变流器将25kV交流电转化为三相AC400V电源，经辅助整流器提供给车上用电设备，此外辅助供电系统还具备应急供电功能，在断电后提供短时应急电力供应。