高铁为何要用27.5千伏电压？

我国有关标准规定1kV（千伏）以上为高电压，采用高电压的目的是减小负荷电流。

这是因为功率是电流与电压的乘积，当功率一定电压越高电流就越小，电流小线路损耗就小，输电距离就更远，所用导线截面积小，就可以降低供电系统成本。

三相380V（伏）的电动机，每千瓦电流约2A（安），一般200kW（千瓦）以上的电动机，就要采用高压供电了。我国常用的高电压等级有10kV（千伏）、20kV（千伏）、35kV（千伏）等。

高铁列车的单列功率已近9000kW（千瓦），采用高压供电是肯定的。但高铁供电却用了一个不常用的电压等级27.5kV（千伏）。实际上高铁列车的额定电压是25kV，考虑到电压降等问题，允许上下浮动10%，也就是实际电压在27.5－22.5kV之间，所以接触网的供电电压为27.5kV。那为什么不用现成的20kV或35kV呢？而用了个介于这两者之间的25kV也就是27.5kV。

对此，一种观点认为国家标准及国际标准规定了高铁采用27.5kV电压，所以采用27.5kV，这似乎无可辩驳。但若再问下为何标准要规定采用27.5kV电压呢？建造世界上第一条采用27.5kV电压的高铁时，有标准规定吗？

另一种观点认为高铁列车的受电弓耐压是25kV的，因为受绝缘强度限制，只能用这个电压。如果再升高电压，势必要增加绝缘强度提高耐压等级，这样会造成成本成倍增加，这似乎是一个靠谱的答案。

25kV以上刚好有35kV这个电压等级，如果高铁用35kV电压，真的会成倍增加成本吗？

我们用数据来说话，目前复兴号高铁列车单列功率达8800kW，考虑到线路损耗等因素，暂以9000kW来计算。电压25kV，那么电流是I=P/U=9000÷25=360A。根据允许电压降10%，也就是电压降△U=2500V据此来计算需要多大截面积的接触网滑触线？

因为△U=IR、R=ρL/S、所以S=IρL/△U

S……接触网滑触线截面积

△U……线路允许电压降

I……线路电流

ρ……电阻率

L……线路长度

R……线路电阻

目前高铁上的牵引变电所间隔约50000米，单边供电距离25000米，也就是单边线路长度。因为接触网是单相供电，计算电压降时来回线路长度就是50000米。

已知：△U=2500V、I=360A、L=50000米

ρ=0.02（铜40ºC）

S=IρL/△U=360×0.02×50000÷2500

=144m㎡

计算得出，在电压25kV、电压降2500V、供电距离25000米情况下，需采用144m㎡的接触网滑触线，这与目前高铁实际采用的150m㎡滑触线非常接近。

上述计算也说明了在27.5kV供电时，单列列车运行，线路产生2500V电压降，列车得到的实际电压是25kV。如果双列重联运行，线路电压降再增加2500V，列车上得到的实际电压是22.5kv，完全在允许值以内。

那么如果把电压升高到35kV，会是什么情况呢？电压降依然允许10%，就是△U=3500V，其它条件不变。

I=P/U=9000÷35=257A

S=IρL/△U=257×0.02×50000÷33500

=73.4m㎡

可见在35kV供电情况下，其它条件不变，所用滑触线截面积只需73.4m㎡，比在25kV供电时减小了一半。如果依然采用150m㎡的滑触线，供电距离将增长一倍，也就意味着牵引变电所可减少一半。

这是什么概念？这将大幅度降低高铁供电设备的初投资成本及运行成本。而35kV又是常用电压，这个电压等级的变压器、开关设备、绝缘部件等都是成熟产品，拿来就可用，对接触网只需把支架绝缘子增加1－2片（如图）就可把25kV升压为35kV，这方面所增成本很少。

可见，如果把25kV升压到35kV，绝不会增加成本，相反可以大幅降低成本。那么这等好事，为何高铁不干呢？反而弃用35kV采用25kV也就是27.5kV。

其实这又牵述到另一个问题安全距离，电压越高就要求安全距离越大，如果安全距离不够，高压带电体就会对无电物体放电。高铁接触网滑触线就在列车顶上，它们之间的距离肯定要大于安全距离。这个距离过小，将造成接触网对车顶放电，一旦放电轻则造成电压跌落，重则造成供电中断。那么把接触网架高，增加接触网与车顶之间的距离，不就解决问题了吗？

问题是接触网已无法升高，因为铁路上有许多桥梁与隧道。

综上所述，高铁采用27.5kV电压是综合考虑了多种因素，在更高电压与安全距离之间作出的无奈选择，实际上也是在目前情况下的最佳选择。

高铁为何要用27.5千伏电压？

我们以京沪高铁为例来说，京沪高铁全长1318公里，全天发车数量大概在33对左右，也就是说每天早上7点整会从北京南站和上海虹桥两个车站同时发出共计66组高铁车次，平均发车频率是间隔5分钟，算下来的话，前后每辆车之间的安全间距基本保持在34公里左右。那么为了保证每天不低于66个车组的高速行驶需求，京沪高铁就需要超强的供电系统来满足时速超过350公里的高铁车组巨大供电需求，毕竟京沪高铁运营的复兴号高铁单车电机功率高达8800千瓦，单辆列车跑完全程大概需要3.3万千瓦时电量，所以这个耗电量还是非常大。

为此京沪高铁全程设计了多达26个变电所，算下来的平均50公里就有一个变电所，因为每个变电所流出的高压电流是朝向两个分相的，等于是整个京沪高铁线路上26个变电所单个变电所传输电能最远距离不能低于25公里。

但是我们知道电能传输距离远近主要和电压和电流高低又直接关系，理论上电流越大、电压越低传输的距离就越远，线损也就越大，要想降低线损就得增加导电接触网使用的铜缆直径，但是直径增加后除了大量铜缆所造成的高成本缺点外，直径更大的铜缆重量也不轻，就得需要承载能力更强的高压支架，所以在经济成本这一账本上单独增加电流的方式并不现实。

所以只能走高电压、低电流这条路，那么为什么整个高铁沿线的变电所输出的电压会定位27.5KV呢？因为高铁受电弓所承载的安全电压设计为25KV，为了降低整个传输电路上的电损耗等问题，故意将传输线路上的电压提高10%，也就是27.5KV的原因所在。

同理为什么高铁受电弓的安全电压设计为25KV吗？理论上不是电压越高损耗越低、传输密度更大吗？这里面又涉及到绝缘成本的问题上了，如果将整个传输电网中的电压提升到30KV甚至更高的话，理论上随着高铁传输电路中电压更高的优势，整个高铁列车的牵引功率可以设计得更高，高铁的最大运营时速将会更高，达到大家更为理想和憧憬的500公里以上。

但是随着传输线路中的电压更高以后，整个电路的绝缘成本也会迅速攀升好几倍，这里面又会出现两个问题，一个是更高等级的高电压传输过程中的绝缘安全等级是否会降低、提高绝缘等级后的每公里高铁建造成本、后期的运营过程中高铁票价的定价问题都会受到直接影响，另外一个则涉及到整个更高等级传输网中包括变电所密度和提升整个接触网中容量和如何继续保证安全绝缘等级的技术复杂性问题。

所以总结来说，高铁线路中变电所输出的电压之所以设计成27.5KV主要是故意提升10%来满足高铁列车的安全、稳定用电需求。同时高铁列车的安全用电之所以设计在25KV则是在建设成本中包括变电所成本、数量、接触网成本、安全绝缘成本和技术等多项因素综合考虑后，最终定下的25KV安全输电标准。

高铁为何要用27.5千伏电压？

高铁为何要27.5千伏电压？

★高铁行驶速度快，变压器区间距离远，线路导线截面积不可能采用特别粗，也只能升压至一定程度的电压等级来保证高铁行驶列车安全及畅通无阻的需要。高铁的这些供电标准都是参照IEC和EN相关标准，结合我国GB来制定的，相对于这些参照标准，国标要求相对要低一些。这些国标中规定，低速铁路（160km/h）铁道干线电力牵引变电所牵引母线上的额定电压为27.5kV，考虑到线路和机车负载，受电弓上最低20kV,额定25kV，最高29kV；高速铁路的电压等规定也类似，只是在时间上有限定，例如长期最高电压是27.5kV，允许短时最高29kV（5min）。我国的高铁科技可以算的是我国的一项黑科技了，除了羡慕以外，很多国家甚至还会购买我国废弃的列车，回国去进行研究。高铁是由电力来驱动的，一般用的用电器，要么直接用直流电，要么直接用交流电，但高铁可不一样，在受电弓时它是交流电，而到了车厢以后又要变成直流电，接着又变成交流电供给车厢使用。

为什么高铁要搞得这么复杂呢？这其中有什么说道呢？在了解这个问题之前，我们首先知道，在我们国内绝大多数地方输送电能的方式都是交流电，交流电可以用变压器进行升压远距离输送。高铁用电环境中的用电器，大多也是交流电，这是因为交流电在送电过程中有很多优势，它的电能损失比较少，此外可以将电压升高到一定的程度来送，高铁所用的电压是很高的（我国高铁线路电压等级为27.5千伏）。高铁轨道沿线都要有高压线来给列车提供源源不断的能量，因此使用交流电更适合一些，为此受电弓处的电流都是交流电流，而又因为受电工弓取到的电并不是一直由一根电桩提供，所以交流电并不是很稳，这样的话就有需要将其转换为直流电，否则电路中直接用一个变压器就能将电压给降下来。

接着高铁的电机是三相异步的电机，所以电流被引到了车内以后，又要将其转变为三相电来供给高铁电机使用，再说了高铁上大部分电器也都是用交流电的，像车上的灯光、空调等，所以最后都要将其变化为又稳定、又安全的普通电压电路。★科普一下高铁小常识，高铁跑那么快，一小时耗费多少度电？由于高铁的速度不一样，所需动力也不一样，所以高铁耗电量与运行速度有关，比如高铁时速达到350公里时，每小时的耗电可达9600度，而运行时速在250公里时，每小时所需电量为4800度左右，当然风速越大的话，耗电量也会有所不同。

高铁为何要用27.5千伏电压？

确切的说，高铁的牵引网供电是27.5kv单向工频交流电，而且是中国的高铁牵引网供电是27.5kv。

为什么使用27.5kv作为牵引网供电？有没有其他的供电电压？有，详细的咱们要慢慢聊。这是一个技术活，但是内容绝对不枯燥。

京沪线AT供电方式

国内高铁线路主要都是采用的AT并联供电方式，

高铁移动中，AT并联电网电流。

这里说的2X27.5KV得供电，一定要注意这是因为，高铁的供电是单相工频供电，也就是自由一相电，接触网是27.5KV，那么正反馈的馈线上面，就是对应的交流负馈补偿。可以称为+27.5kv（接触网），正馈线（-27.5kv），这里面所谓的负是方向的意思，并不是大小的意思。

自耦变压器供电方式。单相工频交流电气化铁路为提高供电质量和减少对通信的干扰而采用的一种设有自耦变压器的供电方式。最早的成熟的AT式高铁供电方式，是法国的TGV高速铁路。（AT最早是美国发明并运用的，但是在高速铁路上面，应用比较成熟的是法国，日本）。

8组车厢构成的一组列车电流

AT供电方式牵引网阻抗小，输送容量大，供电臂长（可达40～50km）。京沪铁路供电臂平均50km，就是说每隔50km就有一个AT自耦变压器。

京沪线供电方式

列车在两个牵引网之间供电的变化

也就是说说，在一个牵引变电所负责的供电的线路里面，很有可能同时跑1-4列火车。

解释完，AT供电，咱们就来说说为什么要使用这么高电压的，以及为什么使用27.5KV的供电电压？

1、高压低电流，可以加大线路承载的容量。同时降低干线损耗。

要求AT式按照设计一组16辆编组的高铁，最大的功率需要电力网络承载20MW。一列机车通过时候，线路电流约为400A，根据数据统计当4列机车进入同一个牵引网时候。电流可以达到最高可以达到2500A。

知识点：牵引网设定的最大负荷电流为4000A。

即使27.5KV的状态下，电流都如此大，如果电压更小，那么损耗会更大。如果想降低损耗，那就必须要在机车牵引变电上面下功夫。

事实上其他国家有使用15KV，25kv供电的方式。还有使用直流进行供电的方式。

各国铁路供电方式

火车的电压，并不是一个简单的交流电变压公式计算的数字。

未来有可能向低压转变，也有可能向高压发展，这都是有可能。

1915年以前，主要使低压直流制（DC750V及以下），采用直流串激电动机。进行了三相交流制的初步试验。

1915-1930年：直流电压提高到1200V和1500kV；

发展了11kV（15kV）的低频25Hz （16 2/3Hz）单相交流制，采用交流整流子式电动机；

个别国家使用了3.6kV 的三相交流制，采用三相异步电动机。

1930-1950年：引入3kV直流制；

1932年匈牙利进行了16kV工频单相交流制的试验。

1950年以后：1950年法国在埃克斯.累.班—里亚罗什休尔伏龙区段试建了25kV工频单相交流电气化铁道，获得成功；

1954年日本在仙山—松岛间试建了一条20kV工频单相交流电气化铁道；

1955年前苏联在奥热列利耶—巴维列兹修建了一条20kV工频单相交流电气化铁道。

1972年日本山阳新干线引入2×25kV自耦变压器（AT)供电方式。

中国的高铁在建设初期，充分的调研和论证了：日本新干线和法国TVG的高速方案。

因此，当时在中国高铁竞标的：日本川崎，德国西门子。

受到这两家的技术影响其实很多大，本身中国作为高铁的后起之秀，不借鉴并不现实。所以国内还是走了国际主流的道路，采用这两家都比较熟悉的25kv-27.5kv技术。

主电网-牵引网-机车

使用交流供电，尤其是27.5kv，或者是25kv供电的优点是，可以直接使用市电作为输电线路。这节约了一大笔专线电路的建设费用。对于110kv，220kv这类输电线路，国内城市很常见。

所以交流送电对于户外远距离高铁来说，造价低廉上面，要比直流线路便宜很多。

因为列车本身并不是一直以某一个速度在运营，并且不同的速度对应的功率也不同。此外，不少朋友说以电机功率x时间就可以是计算啊。

事实上这个方法不行，因为高铁的电机是三相异步电机，并且还是一个变频的电机。

因此，对高铁的功率可以进行一个数据拟合。

一列16编组的机车，加速时候功率峰值20.05MVA，匀速行驶的时候约为9.6MVA，平均长时间处在14MVA，我们以这个数据乘以1小时。那就就是14MW/h=14000kw/h，也就是1万4千度电。

一小时1.4万度电，作为大型用户，专线电价便宜些。

高铁为何要用27.5千伏电压？

其实火车上绝大部分的电气设备，工作电压也是工频电压，380V或者220伏。

为什么铁路接触网要采取27.5千伏的高压，这主要跟电力传输距离有关，电流越大电压越低传送的距离越远，线损就越大。

传输的功率等于等于电压乘以电流，电流越大需要的铜线截面就越大才行，短距离问题不大，但那是铁路呀一条线路有一两千公里，那个铜耗就极为恐怖啦，提高电压降低电流，输送功率不变用铜量会降低很多，当然需要二次变压变频才能使用。

不管什么样的工程，都需要考虑经济因素，在达成目的的情况下，花费最少效果最优，这就叫经济。

一般接触网300平方毫米的导线每公里1025.3公斤。

一般电气化车头3000至6000千瓦之间，换算成380伏的电压，那个电流很恐怖，你说用多粗的铜线来传输。

高铁为何要用27.5千伏电压？

高铁需要远距离供电，由于线阻存在，所以电压越高损耗越小，但是电压也需要有最高限制，电压越高越难控制也越不安全，所以需要在电压和安全之间去一个既安全又经济的电压值。另外电力驱动火车需要控制速度就需要变频器，而变频器工作是需要将直流逆变成可以控制电压、频率的交流电，所以电力机车工作是将高压交流电整流成直流电，再经过IGBT逆变成可控的交流电。

电力机车辅助用电按我国一般用电标准——3相380＋单相220设定，主要就是为了电力机车所有的用电设备的经济性考虑。