鐵路電力牽引供電技術體系及主要技術標準的探討

呂林杰

（成都西南交通大學設計研究院有限公司重慶分公司，重慶 401120）

引言

智能時代越來越多的科學技術被應用于電力牽引供電體系設計與研發(fā)中，發(fā)達國家紛紛展開了關于數(shù)字化鐵路的變革，以推動新型技術在鐵路行業(yè)的應用。我國近年來也緊跟國際鐵路發(fā)展步伐，致力于完善電力牽引供電技術體系，2016年頒布的《鐵路電力牽引供電設計規(guī)范》（簡稱“2016版電牽設規(guī)”）更是為相關設計與研發(fā)工作的展開提供了技術支持和參考標準，使得技術體系更加完善。

1 鐵路電力牽引供電技術體系構建

1.1 整體技術體系

鐵路電力牽引供電整體技術體系如圖1所示，具備多維融合、重構自愈、全息感知和智慧運維等功能，可為列車運行提供優(yōu)質(zhì)的牽引動力，滿足列車運行的各項需求[1]。具體來講，智能牽引供電設施具備現(xiàn)場指揮和信息處理功能。智能供電運行檢修管理系統(tǒng)能夠智能分析智能牽引供電設施及各個車間上傳的數(shù)據(jù)信息，并向各個車間下發(fā)檢修計劃。鐵路沿線車間能夠執(zhí)行各項檢修計劃及運行命令，其內(nèi)設有與管理系統(tǒng)相連接的終端設備，用來接收、傳輸、運行和檢驗基本數(shù)據(jù)。

1.2 智能牽引供電設施

智能牽引供電設施具備采集、檢測、測量數(shù)據(jù)信息的常規(guī)功能，此外，還具備如表1所示功能。

表1 智能牽引供電設施功能

最關鍵的智能牽引供電設施為牽引供電智能一次設備，具體構成如圖2所示。牽引供電智能一次設備主體包括牽引變壓器、智能終端、合并單元、在線監(jiān)測和高壓開關設備等功能，主要功能有保護、檢測、監(jiān)測和控制等。站端監(jiān)測單元是設備的監(jiān)控系統(tǒng)，主要功能有接入設備、處理數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、綜合展示和監(jiān)測預警等[2]。

1.3 智能供電調(diào)度系統(tǒng)

智能供電調(diào)度系統(tǒng)具備遠程監(jiān)測和指導智能牽引供電設施運行、向智能牽引供電設施發(fā)送命令等功能。常規(guī)供電遠動系統(tǒng)負責完成基本功能，例如，統(tǒng)計報表、監(jiān)視及控制智能牽引供電設施和顯示信息數(shù)據(jù)等。供電調(diào)度運行管理系統(tǒng)負責完成高級功能，如，智能供電調(diào)度、源端維護等。

1.4 高速雙向通信網(wǎng)絡系統(tǒng)

鐵路電力牽引供電體系應用的高速雙向通信網(wǎng)絡系統(tǒng)需具備通信快速、功能健全、結構清晰以及便于維護等基本性能，并且需要應用鐵路行業(yè)專用的通信網(wǎng)絡，方能滿足信息數(shù)據(jù)傳輸對于實時性和準確性的要求。高速雙向通信網(wǎng)絡系統(tǒng)由運行檢修維護通道、故障測距通道、廣域測控保護通道、遠動通道和復示通道等結構構成。

1.5 智能供電運行檢修管理系統(tǒng)

智能供電運行檢修管理系統(tǒng)需要收集、整理和分析智能牽引供電設施運行的數(shù)據(jù)信息，自動生成運行檢修管理口令，從生命周期的角度展開對智能牽引供電設施運行狀態(tài)的科學評估。基本功能包括應急指揮、外部接口管理、基礎數(shù)據(jù)管理和檢測監(jiān)測管理等。高級功能包括查詢與展示綜合數(shù)據(jù)（對智能牽引供電設施檢修數(shù)據(jù)信息進行集中加工和處理，得到設施運行的綜合數(shù)據(jù)，并且在各個部門、各個專業(yè)內(nèi)展示綜合數(shù)據(jù)，方便各個部門工作人員查找和應用）、預測和管理設備故障（基于智能牽引供電設施運行數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)等，對設施的運行安全性及潛在風險進行分析，從而及時發(fā)現(xiàn)潛在故障，實現(xiàn)對設施的健康管理）等。

2 鐵路電力牽引供電體系主要技術標準

2.1 “電牽設規(guī)”定位于保基本保底線

2016版“電牽設規(guī)”的設定嚴格遵循“保基本”和“保底線”兩項原則。例如，在25 kV帶電體距跨線建筑物底部的空氣絕緣靜態(tài)間隙方面，正常值依然需保持大于500 mm，困難情況下可以調(diào)整為大于300 mm，這與2005版“電牽設規(guī)”相同。此條標準沒有發(fā)生變化的主要原因是歐盟標準要求超過270 mm，以及盡量減低跨線建筑工程的改建頻率，由于新建跨線橋的軌面一般為6.65 m，若進行改建，則需要投入大量的資金，以提高建設單位的建設規(guī)范程度。

2.2 “電牽設規(guī)”規(guī)定原則性與性能化

2016版“電牽設規(guī)”相比較2005版“電牽設規(guī)”，更加貼合鐵路運行的原則和性能變化，更加貼近列車運行的實際要求。例如，在錨段長度方面，2016版“電牽設規(guī)”刪除了2005版“電牽設規(guī)”中對于錨段長度測量的定量規(guī)定，鐵路企業(yè)能夠結合具體的工程需求和列車運行需求，針對不同的列車運行速度設計最佳的錨段長度，運行時速超過200 km/h的線路，其錨段長度需要控制在2×700 m之內(nèi)，困難情況下可以調(diào)整為控制在2×750 m之內(nèi)。

2.3 “電牽設規(guī)”給企標留下發(fā)揮空間

2016版“電牽設規(guī)”相比較2005版“電牽設規(guī)”，減少了關于鐵路企業(yè)管理的規(guī)定，這為企業(yè)標準的制定預留了較大空間，大幅提高了企業(yè)管理與新技術標準執(zhí)行之間的密切程度，以便各鐵路企業(yè)能夠?qū)Ｗ⒂谔厣夹g管理及技術發(fā)展，有利于各鐵路企業(yè)進一步發(fā)揮其在電力牽引供電技術體系構建方面的技術優(yōu)勢。

2.4 適當提高混凝土基礎強度等級

近年來，我國正在強制執(zhí)行低標號水泥退市決策，高強鋼筋應用標準也在持續(xù)落實[3]。在此基礎上，2016版“電牽設規(guī)”規(guī)定電力牽引供電體系需要適當提高混凝土基礎強度等級，施工過程中應用的混凝土需要實現(xiàn)信息化和工廠化生產(chǎn)，混凝土施工則需要實現(xiàn)專業(yè)化和機械化施工。具體來講，混凝土最低強度等級要求為C25，相比較原來的現(xiàn)澆C15、預制C20，統(tǒng)一得到了提高。

2.5 合理優(yōu)化接觸線強度安全系數(shù)

接觸線設計張力是電力牽引供電體系設計的重要指標，2005版“電牽設規(guī)”規(guī)定接觸線強度安全系數(shù)需要超過2.0，即接觸線的磨損程度需要控制在20%之內(nèi)。2016版“電牽設規(guī)”提高了對接觸線強度安全系數(shù)的要求，這是充分結合接觸線運行環(huán)境、制作工藝、生產(chǎn)質(zhì)量、允許磨損程度以及補償效率等數(shù)據(jù)之后，最終得到的數(shù)據(jù)和標準。在接觸線強度安全系數(shù)得到優(yōu)化之后，其應用性能大幅提高，進一步滿足了電力牽引供電體系的運行需求，可充分發(fā)揮制作材料本身的特性，確保鐵路安全運行，提高鐵路企業(yè)經(jīng)濟效益，真正實現(xiàn)一舉兩得。

2.6 高壓電纜設置護層電壓限制器

2016版“電牽設規(guī)”規(guī)定電力牽引供電體系供電電纜設計需要以《電力工程電纜設計規(guī)范》為標準，需結合實際工程情況及需求，將供電電纜劃分為不同的接地單元，每個接地單元都適合應用一端通過護層電壓限制器接地、另一端直接進行接地的接地方式，這為高鐵設規(guī)的修訂提供了余地[4]。

3 結語

鐵路企業(yè)可從智能牽引供電設施、智能供電調(diào)度系統(tǒng)、高速雙向通信網(wǎng)絡系統(tǒng)和智能供電運行檢修管理系統(tǒng)等方面展開鐵路電力牽引供電技術體系構建工作，并且需要嚴格遵守2016版“電牽設規(guī)”，充分發(fā)揮主要技術標準在電力牽引供電體系構建中的安全性、規(guī)范性、先進性、可操作性和經(jīng)濟性優(yōu)勢，積極響應國家關于鐵路行業(yè)建設的號召，在提高工程技術的的同時，還能夠令相關技術標準更加貼近國際標準。