關于高速鐵路電力供電系統的研究

中鐵上海設計院集團有限公司 王雅茹

高速鐵路的電力供電系統包括外部的供電、配電和輸電等，為加強對高速鐵路電力供電系統的控制，積極運用計算機和先進的通信技術，通過對高速鐵路電力供電系統的監控和管理，可有效降低高速鐵路電力供電系統的故障。

1 高速鐵路電力供電系統概述

高速鐵路電力供電保障體系在鐵路運行過程中起著不可忽略的作用，它需保證鐵路系統穩定、連續的供電，防止由于供電中斷而發生故障。根據鐵路電力供電實際情況，須具有不可中斷的特性，即須根據線路的運營情況不斷地供電，并禁止在列車運營期間發生停電和其他不正常的情況，從而對電力供電系統的性能進行更好的優化。高速鐵路電力供電系統需要的電壓較低，由于高速鐵路電力供電系統處于線路的末尾，所以不需高壓參與供電，因此需用到的高壓設施也不多，設置低壓配電所就能達到高速鐵路電力供電系統需求，目前10kV、35kV的配變變電站都較常用。

隨著國內鐵路行業的高速發展，雖然也有一些項目需用到高壓配電所，但電壓相對還是很低，這一點并不難。從鐵路用電供電的布局與運行情況分析，其連接線較簡單，沒有太多的復雜形態，因此其可操作性也較突出，正常情況下線路不會有太大問題，變電站、配電所和線路中轉站點的布局都較簡單，只要滿足高速鐵路電力供電系統的要求就可。

盡管從高速鐵路電力供電系統的電壓和線路兩個角度考慮并沒有很大的困難，且布設的處理也較容易、效率也較高，但它通常面對的條件較苛刻，須保證供電的穩定、連續和安全，從而避免因操作不當而引起的不正常現象，確保整個鐵路的正常運營，因此須嚴格控制所使用的材料、設施和相關技術，才能保證各組成部分更加合理、可靠，不會在某一環節發生偏移和混淆。

如，為了保證供電的穩定性，高速鐵路電力供電系統須保證延遲時間不超過150ms，從而降低因延遲的原因造成列車運行出現不穩定情況。同時還需關注鐵路電力供電系統在使用過程中所遇到的各種問題，通過合理的配置和組成元件的控制，采用先進的技術使其達到最好的狀態，以適應目前日益增長的需求，減少高速鐵路電力供電系統所引起的問題[1]。

高速鐵路電力供電系統的安全直接關系到整個線路的正常運轉。我國的鐵路運輸發展迅速，對高速鐵路電力供電系統的安全要求也越來越高，高速鐵路電力供電系統已對我國鐵路發展具有直接的影響。歷來都把鐵路看作一種相對安全的交通工具，因而在發生交通事故時會嚴重打擊人們的身體和心理，因此增強高速鐵路電力供電系統的安全、真正實現防患于未然，保障鐵路的安全非常重要[2]。

2 高速鐵路電力供電系統

2.1 鐵路貫通線

高速鐵路電力供電系統是從當地變電所接兩路10(35)kV供電電源，這樣能確保區間小容量、多點和高可靠性負荷的供電，經鐵路變配電所向鐵路車站、區間負荷供電，鐵路變配電所的間隔為40~60km，個別區段間隔長達80~90km。高速鐵路區間每隔3km為一個負荷點，負荷類型包含一級負荷如通信、信號、防災設備和二級負荷如區間攝像機等。由變電所供給的兩條10kV或一條10kV、一條35kV的輸電線路、即貫通線，一條是一級負載貫通線（又名自動閉鎖輸電）、一條綜合負載貫通線（亦稱電力貫通線路）[3]。

2.2 配電自動化控制形式

2.2.1 分布控制

分布控制模式是配電自動化控制體系一個重要環節，是把傳統鐵路供電系統的集成防護和電力的電子保護轉換成配電自動化，從而保證電力系統的數據采集和通訊監測能達到統一發展目的。由于該終端具備故障檢測和隔離的能力，使得不需經過主變電站來完成對電力供應的整體調整和改造，從而使電力供應體系得到鐵路供電系統的重組[4]。在實際中，可從電流技術和電壓時間兩方面進行分布式控制。然而，由于分布控制算法存在重疊性，在多個區段的情況下并不適合。在線路比較簡單的情況下，可采用分布式的方式來進行控制。

2.2.2 集中控制

集中控制模式就是通過對配電系統的數據進行實時分析，將數據傳輸給主站。通過主基站對這些數據進行統一的處理，通過精確的計算和分析建立科學合理的修復計劃，并將其反饋于配電系統終端。從實踐經驗可知，集中控制法對可靠性和安全的要求更高，通常對工業系統的高可靠性和高安全性能進行研究，從而保證信息的高速傳輸并能執行相應的指令。如此就能將故障分離出來，并進行高效的處置。

綜合實踐經驗，集中控制模式在功能上的具體表現如下：配電自動終端設備可對整個系統進行監控和分析，并將收集到的數據傳輸給集中控制室；利用主機控制系統對數據進行整合，并依據數據的分析對目前出現故障位置進行正確定位，并根據問題的具體情況給出相應處理措施，以保證整個系統的工作品質和安全性；實現了對電力供應的集中監控和管理，為電力供應的運行質量和安全性提供了保證。根據目前的實際運用，國內大部分的客運專線都采用了集中控制的方法對電力供電系統進行監管。

2.3 供電調度中心自動化

在高速鐵路電力供電系統的配電自動化應用中，供電調度站是較為重要的一個部分，因此要高度重視供電調度中心的建設，不斷優化改善供電調度中心的運行，從而顯示更好的自動化特性，減少其運行時出現故障的情況，從而達到很好的供配電目的。在建設電力系統調度中心的過程中，須注意系統的各項功能，包括服務器、前置機、通訊柜、調度臺等，并將其與自動化技術結合起來，從而達到更好的自動化調度控制效果。

從合理使用電力調度中心的自動化配置分析，MACS-SCADA是常用的一種控制系統，能為建立和運用自動控制平臺奠定良好的基礎，處理系統中存在的限制問題，需對其高度重視。根據電力系統的自動組態與運行管理，通常也要根據具體情況進行靈活的調節，不管是建立自動作業平臺，或是配合相應的軟硬件設備，都要有較強的針對性，這樣才能更好地發揮電力系統供電調度中心的作用。要使今后的電力系統調度中心的自動化操作更加有效，就須從網絡、經濟效益、安全性等多個角度考慮，以防止發生差錯，不斷提升供電調度中心的優勢[5]。

2.4 故障處理自動化

在高速鐵路電力供電系統的運行中，在應用配電自動化的同時，也要注意如何及時有效地解決出現的故障問題，盡可能在最短的時間內對出現故障的原因進行準確分析，同時采用相對應的處理方法，將相應的問題降到最低限度，從而達到對相應故障進行有效的控制。在建立故障處理的自動機理時，常常要把與人工智能有關的技術結合起來，以便對相應的問題進行更加精確有效地分析，以防止錯誤的判定，這樣可更好地提高自動故障的處理精度，保證實時的同時也能更好地進行精確的管理與控制。

3 提高高速鐵路供電系統供電可靠性的措施

高速鐵路將沿著軌道交通沿線建設一些車站點和通訊基地，從而可有效地改善和優化鐵路運營的安全，鐵路的正常運行以及設備的正常運行過程中都需得到電力的大力支持。因此，在高速鐵路運行中對電力供電系統的穩定性提出了更高要求。

為保證高速鐵路供電系統的可靠度應采取如下措施：保證電力供應可靠度。為保證高速鐵路的安全運行，高速鐵路的各個變電站須按照國家規定的供電規劃和配備相應的電力設備；為保證高速鐵路的供電質量，須選擇高質量、高穩定性的供電設施，同時還要保證所需各類供電設施齊全。加強對電力設施和電力系統抵御自然災害的抵抗力，確保電力設施和電力系統在遭遇自然災害時能起到一定的抵御作用，從而保證高速鐵路安全運營。

高鐵線路沿線上設有電力變配電所、沿高速鐵路兩側沿線設置兩條10kV貫通線，同時在區間各用電點設置10kV箱型變電所，通過電力變配電所、貫通線、箱型變電所組成高速鐵路電力供電系統。

綜上，由于科技水平的不斷提高高速鐵路的發展速度也越來越快，特別是在高速鐵路電力供電系統方面更加突出。對比傳統的供電系統，高速鐵路電力供電系統應用了多種新技術和新設備，可減少能源的消耗，對促進我國鐵路事業邁向新的發展作出了無可取代的作用。在未來的發展過程中要重視高速鐵路電力供電系統技術的革新，才能使我國的高速鐵路的發展得到進一步的提高，從而提高高速鐵路電力供電系統的運行可靠性。