高铁接触网为什么只用25kv的电压，而不用更高的电压以降低“线损”？

关于高铁接触网为什么主要采用25kV电压而非更高电压来降低线损，这背后其实是一套非常复杂的系统工程权衡，并非简单地电压越高越好。虽然更高电压确实能理论上降低线路损耗，但高铁接触网作为一个庞大且精密的电力输送系统，需要综合考虑安全性、经济性、技术可行性以及设备兼容性等诸多因素。

咱们一层层来剖析这个问题：

首先，我们要理解什么是“线损”。

在线损耗方面，主要指的是电流在导线中流动时由于导线的电阻而产生的热量损耗，也就是我们常说的焦耳热损耗（P = I²R）。为了降低线损，我们有两条路可走：
减小电流 (I)： 在输送相同功率（P = UI）的情况下，电压 (U) 越高，电流 (I) 就越小。所以，理论上提高电压能显著减小电流，从而降低损耗。
减小电阻 (R)： 使用更粗的导线可以减小电阻，但这会显著增加成本和自重。

那么，为什么不一味追求更高的电压呢？

虽然提高电压能够减小电流，从而降低线损，但高铁接触网的设计并非孤立地考虑线损，而是要构建一个安全、稳定、经济、可靠的整体电力供应系统。这里面涉及几个关键的制约因素：

1. 绝缘和放电问题：
电压越高，绝缘要求越高。 接触网直接暴露在空气中，与周围环境（例如列车顶部受电弓、站台、桥梁等）之间存在绝缘间隙。如果电压过高，就需要更强的绝缘材料和更大的绝缘距离来防止电弧放电（闪络）和雷击放电。
对设备的影响。 列车上的受电弓是接触网电力传输的关键部件，它需要实时接触接触网并滑行。更高的电压意味着受电弓和接触网之间需要更大的绝缘间隙，这会增加受电弓的设计复杂度和尺寸，甚至可能影响其与接触网的平稳接触。同时，接触网的各种支撑绝缘子、横担等也需要承受更高的电压梯度，对材料和设计提出了极高的挑战。
安全性风险。 电压越高，一旦发生绝缘击穿或放电事故，其后果往往更严重，对人员和设备的安全构成更大的威胁。想想看，如果接触网突然发生强烈的电弧，那对列车和周围环境的影响将是灾难性的。

2. 设备成本和维护成本：
高电压设备价格昂贵。 为了适应高电压运行，接触网系统、变电站的变压器、断路器、隔离开关等所有配套设备都需要采用更高耐压等级的设计，其制造成本会大幅增加。
维护难度增加。 高压设备对维护的要求也更高，需要更专业的技能和更严格的操作规程，这也会导致维护成本的上升。
对牵引供电系统的影响。 高铁的牵引供电系统是一个复杂庞大的网络，包括沿线的变电站、馈电线等。将电压提高到更高的水平，意味着整个系统的所有环节都需要进行升级，这会带来巨大的投资。

3. 技术成熟度和可靠性：
25kV AC是成熟的技术。 在全球范围内，25kV单相交流制式已经被证明是铁路牵引供电的一种非常成熟和可靠的技术方案，经历了长时间的实践检验。许多国家和地区的铁路系统都采用了这一标准，这使得相关的设备制造和维护体系非常完善。
高电压技术的挑战。 如果要采用更高电压（例如35kV、50kV甚至更高），虽然也有一些研究和应用，但其在大规模铁路网络中的可靠性和经济性仍存在一些挑战，需要更多的技术突破和标准制定。比如，高电压下的电晕放电问题（空气电离发出的嘶嘶声和光），会消耗能量，影响电磁兼容性，也可能对通信信号产生干扰。

4. 功率需求和输送距离的平衡：
高铁的功率需求。 高铁动车组的功率很大，尤其是在启动和加速阶段。25kV的电压，配合一定载流量的接触线，可以满足动车组的功率需求。
经济输送距离。 25kV电压在提供足够功率的同时，其输送距离也相对适中。对于大部分高铁线路来说，25kV的电压等级在经济性和性能上能够取得较好的平衡。如果电压再高，例如提到50kV，确实可以进一步降低线损，但对于一些线路长度不是特别巨大的情况，过高的电压可能会导致经济效益不明显，反而增加了初期的建设和后期的维护成本。

5. 多制式兼容和国际互联：
25kV AC是国际主流标准之一。 在国际铁路交流合作中，统一的电压标准有助于设备互换和线路互联。25kV AC是目前国际上许多高速铁路和电气化铁路普遍采用的标准。
其他电压制式。 有些国家和地区可能采用不同的电压等级（例如，一些欧洲国家使用3kV DC或15kV AC），但25kV AC的经济性和技术成熟度使其成为许多新建高速铁路的首选。

那么，如何实际降低25kV接触网的线损呢？

既然不能无限提高电压，高铁设计者们采取了其他更务实的手段来降低线损和优化供电：

采用低电阻的导线材料： 例如，使用铜铝复合线（CAC），既有铜的良好导电性，又有铝的轻质和相对较低的成本。
增加导线截面积： 即使导线电阻率一定，增加导线的直径也能有效降低电阻。当然，这也有个度，因为太粗的导线会增加悬挂的难度和成本。
合理布局变电站和馈电线： 通过在沿线设置密集的牵引变电站，将电力分段送入接触网，缩短了单次供电的距离，从而减小了线路中的电流密度和电流总值，也能有效降低整体线损。
提高功率因数： 通过在牵引变电站安装同步调相机或采用功率因数补偿装置，提高整个牵引供电系统的功率因数，也能间接降低线路的视在功率，从而减少线路的无功损耗。
先进的受电弓设计： 优化受电弓的设计，减小与接触网之间的接触电阻，保证稳定的接触，也能减少局部损耗。

总结一下：

高铁选择25kV电压而非更高电压，是为了在降低线损的效益与保证安全性、控制成本、确保技术可靠性、满足实际功率需求以及保持行业兼容性之间找到一个最佳的平衡点。25kV AC制式是经过长期发展和实践证明，能够满足现代高铁运营需求，同时在经济性和可行性上都表现出优越性的选择。

网友意见

用了呀，AT供电就是55kV的。

你在你给的链接里的算法是有问题的。

首先，你把区间算的太大的。

京沪高铁确实只有26个变电所，平均间距是50公里，但一个变电所出来的不是一个分相而是两个。

直观点说，50公里的供电区间，变电所在中间，两边是25公里的不同分相。所以，机车距离变电所的最大距离也就25公里，距离只有你算的一半：

           25km              25km             25km             25km |<--分相-->|变电所A|<--分相-->|无电区|<--分相-->|变电所B|<--分相-->|     

京沪高铁，列车行车速度按300算，行车间距按5分钟算，可以得出列车间距大概就25公里（300/5*60），运行时距离有时候可能小于这个数，但运行时功耗更低。根据这个数字计算，一个供电区间差不多只有一趟车，按照现在的时刻表来看，可能有时候一趟车都没有。没有机车负载时，线路上基本上可以认为没有电流，铁路的地线是钢轨。

其次，实际施工时，变电所离高铁站都不会太远，而高铁站才是列车启动的位置功耗更大，而此时列车距离变电所很近，线路损耗其实很低，远端其实并没有多大电流。

另外，还有AT所提供更高电压的支持，也一样会降低损耗，具体原理我说不太明白，不是这个行业的。

即使按照京沪高铁每25公里有一辆车的极限方式排图，所有车一起启动，每辆车到变电所的平均距离也只有12.5公里（如果是25公里，那么另一个车就在变电所的位置了，距离是0）。

       |----分相区间---->变电所<----分相区间----|     列车A|<--12.5km|12.5km--->|列车B      

一个供电区间的线路损耗功率是：12500*0.02395/150*400*400=319kW，不到你给的数的十分之一，一个变电所的相连的两个区间的线路损耗功率一共也就638kW，加上AT所还能节省一部分损耗，实际损耗并不大，损耗不会大到跟一列车的功耗一样的程度。还有就是这里是按16节编组的功率计算的，如果是8节编组的车，功率只有一半左右，线路损耗会更低。

实际京沪高铁牵引所平均间距48.6km，最大58.6km，单个供电臂最长29.9km，可见实际损耗并不像你算的那么大。

参考资料：

电分相、电分段、越区供电基础知识 京沪高铁供电方式的研究

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