鐵路電力供電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析

劉全虎

（中鐵十一局集團(tuán)有限公司，湖北武漢，430000）

0 前言

近些年來，隨著我國鐵路建設(shè)事業(yè)的不斷發(fā)展，鐵路行業(yè)內(nèi)部對于鐵路電力系統(tǒng)運輸規(guī)劃工作進(jìn)行了統(tǒng)籌推進(jìn)與合理部署。其中，要求鐵路行業(yè)工作人員應(yīng)該深刻意識到鐵路電力系統(tǒng)的重要性，并主動結(jié)合鐵路電力系統(tǒng)的運輸職能從多個方面保障鐵路電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定且高效運營。一般來說，鐵路供配電系統(tǒng)主要由外部電源變配電所以及高壓電力貫通線路等構(gòu)成，在運行過程中為進(jìn)一步增強鐵路電力系統(tǒng)管理水平，工作人員主動結(jié)合計算機以及先進(jìn)通信技術(shù)，實現(xiàn)對鐵路電力供電系統(tǒng)運行過程的控制管理，以減少鐵路電力供電系統(tǒng)運行失誤問題。

1 鐵路電力供電系統(tǒng)組成及原則特點分析

1.1 系統(tǒng)組成

鐵路電力供電系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)組成方面，主要由鐵路沿線變配電所、貫通電力線路以及室外照明、動力配線、監(jiān)控設(shè)備等組成。在運行過程中，上述系統(tǒng)需要始終保持協(xié)調(diào)運作的互動關(guān)系，以增強鐵路電力供電系統(tǒng)運行質(zhì)量安全。近些年來，隨著我國智能化管控技術(shù)以及自動化生產(chǎn)技術(shù)水平的不斷增強，鐵路電力供電系統(tǒng)主動結(jié)合智能化以及自動化技術(shù)，實現(xiàn)對電力供電系統(tǒng)運行全過程的監(jiān)督管控。如何利用機電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)以及消防自動報警系統(tǒng)等，規(guī)避以往人工管理存在的失誤問題，進(jìn)一步增強電力供電系統(tǒng)運行安全性與可靠性。

1.2 供電原則

對于高速鐵路電力供電系統(tǒng)而言，在供電原則的確立上，需要從以下三個方面進(jìn)行研究與分析：一方面，電力供電系統(tǒng)必須嚴(yán)格秉持客運專線安全以及可靠供電的理念要求，并主動從免維護(hù)、少維修以及實現(xiàn)無人值守等原則方面，對當(dāng)前鐵路電力供電系統(tǒng)進(jìn)行健全與完善，以保障鐵路電力供電系統(tǒng)始終處于安全可靠的運行狀態(tài)。另一方面，電力供電系統(tǒng)應(yīng)該結(jié)合各用電設(shè)備的實際需求，從可靠、安全用電等理念角度對各級供配電系統(tǒng)之間的匹配性進(jìn)行研究與分析。除不可抗拒因素之外或者故意損壞之外，鐵路電力供電系統(tǒng)在可靠性方面必須滿足全天候不間斷運行需求，其中，包括維修天窗時間。

除此之外，鐵路電力供電系統(tǒng)在設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)方面應(yīng)該嚴(yán)格按照模數(shù)化以及標(biāo)準(zhǔn)化等理念要求，盡量減少維護(hù)以及維修成本。

1.3 供電特點

結(jié)合以往的運行經(jīng)驗來看，鐵路電力供電系統(tǒng)在供電特點表現(xiàn)方面主要如下述：

(1)鐵路電力供電系統(tǒng)電壓等級相對較低，且變電所結(jié)構(gòu)單一。對于我國多數(shù)高速鐵路運行工作而言，在電壓等級方面均表現(xiàn)為要求較低情況，結(jié)合實際情況來看。高速鐵路在供電系統(tǒng)使用標(biāo)準(zhǔn)上，多以10kv或者35kv變電所為主。與此同時，這些變電所在結(jié)構(gòu)方面表現(xiàn)較為單一，且在用電負(fù)荷上需求較少。

(2)鐵路電力供電系統(tǒng)在接線形式上表現(xiàn)相對簡單。與其他電力供電系統(tǒng)不同，鐵路電力供電系統(tǒng)在接線形式上主要以單一輻射狀網(wǎng)絡(luò)為主。其中，鐵路變電所需要按照鐵路方向沿線進(jìn)行合理布置。并按照科學(xué)合理的連接方式，確保其可以形成連續(xù)的供電模式。結(jié)合以往的經(jīng)驗來看，在該種模式下，接線方式可以分為自閉線與貫通線兩種。一般來說，鐵路中的連接線可以實現(xiàn)各個變電所之間的有效連接，為鐵路安全運行提供可靠電源。

(3)鐵路電力供電系統(tǒng)在可靠性與安全性要求方面表現(xiàn)較為嚴(yán)格。客觀角度上來看，鐵路電力系統(tǒng)承擔(dān)著調(diào)度指揮鐵路運輸生產(chǎn)、旅客服務(wù)等供電任務(wù)，可以視為保障鐵路運輸質(zhì)量安全以及高效運營的重要設(shè)施，因此在運行可靠性與安全性要求方面表現(xiàn)嚴(yán)格。雖然鐵路供電系統(tǒng)在接線形式上表現(xiàn)相對簡單，但是在整個過程中供電中斷時間必須嚴(yán)格控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，一般都不可以超過150s。如果超過這個限定時間，就很容易對高速鐵路安全運行構(gòu)成威脅。

2 鐵路電力供電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 配電自動化控制形式

2.1.1 分布控制

分布控制方式基本上可以視為配電自動化控制體系的重要組成內(nèi)容，主要通過將傳統(tǒng)鐵路供電系統(tǒng)中的集成保護(hù)方式以及電子保護(hù)方式轉(zhuǎn)變?yōu)榕潆娮詣踊绞剑_保數(shù)據(jù)測量以及通信監(jiān)控等過程可以實現(xiàn)一體化發(fā)展目標(biāo)。因配電自動化終端具有故障診斷以及隔離功能，不需要通過主站就可以實現(xiàn)對整個供電系統(tǒng)的調(diào)整優(yōu)化，并且可以在一定程度上實現(xiàn)對鐵路供電系統(tǒng)的重組。

一般來說，分布控制方式可以從電流技術(shù)性與電壓時間性兩個方式面進(jìn)行應(yīng)用實踐。但是需要注意的是，因分布控制方法具有重合功能，不太適用于分段較多的鐵路當(dāng)中。而對于接線相對簡單的鐵路供電系統(tǒng)而言，建議工作人員可優(yōu)先使用分布控制方法進(jìn)行操控管理。

2.1.2 集中控制

所謂的集中控制方式主要是指系統(tǒng)可以將配電系統(tǒng)終端所獲取到的故障信息反饋到主站當(dāng)中。有主站對所反饋的故障信息進(jìn)行統(tǒng)一處理，并經(jīng)過精準(zhǔn)計算以及分析之后，確立科學(xué)合理的恢復(fù)方案進(jìn)行用實踐，最終將該方案反饋到配電系統(tǒng)終端當(dāng)中。結(jié)合實際應(yīng)用經(jīng)驗來看，集中控制方式在可靠性與安全性方面要求較為嚴(yán)格，一般都要求工業(yè)系統(tǒng)具有較高的可靠性與安全性，以確保可以提供較高速度的信息指令，并完成相關(guān)命令。這樣一來，基本上可以實現(xiàn)對故障的隔離與有效處理。

結(jié)合以往的硬經(jīng)驗來看，集中控制方式在功能體現(xiàn)方面主要為：一是配電自動化終端相關(guān)裝置可實現(xiàn)對系統(tǒng)全過程運行的監(jiān)測分析，并根據(jù)分析反饋結(jié)果，將所采集到的信息傳至到主站控制中心當(dāng)中；二是通過主站控制中心對上傳信息進(jìn)行統(tǒng)一處理，根據(jù)處理結(jié)果對當(dāng)前故障點位置進(jìn)行合理定位。并結(jié)合故障點問題表現(xiàn)提出針對性解決方案，確保系統(tǒng)整體運行質(zhì)量安全；三是主站可以完成對整個供電系統(tǒng)的集中管控與監(jiān)督管理，可謂供電系統(tǒng)運行質(zhì)量安全提供保障。結(jié)合當(dāng)前應(yīng)用實踐情況來看，我國多數(shù)客運專線均會利用集中控制方式進(jìn)行操控管理。

2.2 電力貫通電纜線路的電容電流補償分析

對于鐵路供電系統(tǒng)運行工作而言，貫通線的電纜線路常常會存在對地電容問題。當(dāng)對地電容問題表現(xiàn)過于明顯時，可能會在運行過程中出現(xiàn)電纜線路相間以及電纜線路電容電流問題。舉例而言，可能會出現(xiàn)變壓器電壓過載、電弧重燃以及電容無功過剩現(xiàn)象問題。當(dāng)上述問題表現(xiàn)過于明顯時，就很容易對鐵路電力供電系統(tǒng)整體運行質(zhì)量構(gòu)成威脅。為及時處理這一問題，研究人員重點對長距離10kv電力貫通電纜線路進(jìn)行了實踐研究，如著重針對其電纜線路電容電流補償問題進(jìn)行了研究分析。

其中，為確保供電系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性，研究人員主動利用并聯(lián)補償電抗器進(jìn)行應(yīng)用實踐。在補償方式的選擇上，主要可以從在變電所設(shè)置動態(tài)補償設(shè)備以及在貫通線上設(shè)置分散并聯(lián)補償儀器等方式手段進(jìn)行處理。需要注意的是，結(jié)合我國實際鐵路電力運行情況來看，多以第二種方式為主。且在貫通線的確立方面，基本每隔10km左右就會設(shè)置電抗器，目的在于及時完成對電流電容的補償處理。根據(jù)應(yīng)用反饋情況來看，通過科學(xué)利用上述方式進(jìn)行處理，基本上可以增強鐵路供電系統(tǒng)的運行可靠性與安全性。

2.3 貫通線中性點接地方式的合理選擇

結(jié)合我國電力貫通線運行情況來看，多數(shù)均以架空線路為主。究其原因，主要是因為架空線路在電纜線路方面相對較少，且電容電流較小，在安全性與可靠性方面表現(xiàn)較強。最重要的是，該線路方式可在10kv供電系統(tǒng)中，不采取中線點接地方式。但是需要注意的是，如果在高速鐵路運行中出現(xiàn)線路單相接地情況，這種接線方式可能會產(chǎn)生較大的電壓電流，容易對鐵路電力系統(tǒng)安全運行構(gòu)成威脅。因此，建議在高速鐵路中應(yīng)該利用中性點接地方式進(jìn)行處理，以確保高速鐵路供電整體可靠性得以深化加強。

2.4 電力貫通線電纜金屬護(hù)層接地方式

對于電力貫通線電纜金屬護(hù)層接地方式而言，在接地方式的選擇上，主要可以從一端單點接地、中央單點直接接地與兩端直接接地方式進(jìn)行合理選擇與應(yīng)用。結(jié)合當(dāng)前應(yīng)用實踐情況來看，我國大多數(shù)高速鐵路在電力供電系統(tǒng)貫通線電纜金屬護(hù)層接地方式的選擇上均會以一端單點接地為主。究其原因，主要是因為高速鐵路電力貫通線電纜長度一般均在4km以內(nèi)，利用中央單點接地方式可能會增加其運行的風(fēng)險性。而利用單點直接接地方式，可保障電纜技術(shù)護(hù)層安全，并減少運行隱患問題。最重要的是，這種接地方式所涉及到的成本費用較少，利于促進(jìn)高速鐵路運行經(jīng)濟(jì)效益。

2.5 電力遠(yuǎn)動控制系統(tǒng)分析

鐵路遠(yuǎn)動控制系統(tǒng)在一定程度上可以為鐵路電力供電系統(tǒng)高效運行提供良好的質(zhì)量保障。究其原因，主要是因為電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)集成計算機網(wǎng)絡(luò)以及通信技術(shù)，立足于鐵路電力系統(tǒng)運行實際情況，對鐵路沿線范圍所覆蓋的10kv配電所以及貫通電力線路等進(jìn)行全過程自動化監(jiān)控與管理。與常規(guī)控制系統(tǒng)不同，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)對高低電壓以及電流等參數(shù)的監(jiān)控管理，實現(xiàn)無人值守以及遠(yuǎn)程控制目標(biāo)。最重要的是，如果供電系統(tǒng)運行過程中出現(xiàn)質(zhì)量隱患問題，該系統(tǒng)可以利用線路故障檢測功能以及遠(yuǎn)程控制功能，完成對故障問題的自動判斷以及切除。除此之外，該控制系統(tǒng)中的調(diào)度主站可完成調(diào)度員人機交互功能，減少以往人工操作存在的失誤問題。

3 鐵路電力供電系統(tǒng)可靠性提升要點分析

因鐵路電力供電系統(tǒng)運行過程所涉及到的要素問題較多，在前期規(guī)劃設(shè)計中，相關(guān)人員應(yīng)該立足于鐵路電力供電系統(tǒng)可靠性運行標(biāo)準(zhǔn)，從多個方面針對鐵路電力供電系統(tǒng)運行安全影響因素進(jìn)行準(zhǔn)確識別與科學(xué)預(yù)防。并在此基礎(chǔ)上，主動結(jié)合鐵路電力供電系統(tǒng)運行技術(shù)前沿發(fā)展動態(tài)，從以下幾個方面提升鐵路電力供電系統(tǒng)運行可靠性。

一方面，高速鐵路電力供電系統(tǒng)中的變電所應(yīng)該嚴(yán)格按照國家設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，配備好相應(yīng)設(shè)施。與此同時，高速鐵路電力供電系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)高速鐵路運行實際需求，選擇合適的供電設(shè)備進(jìn)行安全應(yīng)用，以避免出現(xiàn)運行隱患問題。在選擇相關(guān)電力設(shè)備時，工作人員應(yīng)該始終堅持將設(shè)備質(zhì)量為選擇標(biāo)準(zhǔn)。主動結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容，對輔助設(shè)備進(jìn)行合理配置與應(yīng)用。需要注意的是，所選擇的電力系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備必須具有較強的抗干擾能力，以避免受到自然因素以及運行因素的影響而出現(xiàn)運行失誤問題。

另一方面，從事于高速鐵路電力系統(tǒng)運行維護(hù)的工作人員，應(yīng)該深刻意識到自身崗位職責(zé)的重要性。應(yīng)定期做好高速鐵路電力系統(tǒng)的運行維護(hù)工作，并按照相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容，對高速鐵路，電力系統(tǒng)運行全過程進(jìn)行監(jiān)督管理，以防止出現(xiàn)運行隱患問題。期間，相關(guān)工作人員在維護(hù)鐵路電力供電系統(tǒng)時，應(yīng)該結(jié)合鐵路電力供電系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)情況，對當(dāng)前鐵路電力供電系統(tǒng)運行狀態(tài)進(jìn)行動態(tài)把握。如果發(fā)現(xiàn)異常運行問題，必須加以及時處理。