鐵路電力供電系統關鍵技術

祁廷海

中鐵十七局集團電氣化工程有限公司 山西 太原 030000

引言

隨著我國鐵路建設事業的穩步發展，對鐵路電力供電系統的運行效率和可靠性提出了更高的要求。目前，鐵路行業內部基于鐵路電力供電系統運輸規劃工作進行了整體性部署，要求鐵路行業的相關工作人員意識到電力供電系統的重要性，能夠根據電力系統的運輸職能，采用相應的技術，優化電力供電系統的運行穩定性，保障電力供電系統安全、高效。

1 鐵路電力供電系統組成及其特征

1.1 鐵路電力供電系統組成

我國鐵路電力供電系統的基本結構為鐵路沿線變配電所、高壓電力貫通線路、室外照明、監控設備、動力配線等。在此基礎上，各鐵路電力供電系統還引進了智能化技術與自動化技術，旨在對電力系統的運行情況進行全程監控，確保所有系統下屬的所有結構能始終保持協同運作的互動關系。如在電力供電系統內，加設消防自動報警系統或機電設備監控系統等，均可有效提高電力供電系統的運行質量與運行安全系數。

1.2 鐵路電力供電系統的主要特征

1.2.1 系統電壓等級較低。通常鐵路電力供電系統的變電所結構單一、電壓等級較低。我國高速鐵路的電力供電系統大多為10kV或35kV，變電所用電負荷需求較少。

1.2.2 接線形式較為簡單。相較于其他的電力供電系統而言，鐵路電力供電系統的接線形式較為簡單，通常為單一輻射狀網絡。在接線時，僅需按鐵路方向在其沿線合理布設，采取科學的接線方式便可形成連續性的供電模式[1]。鐵路電力供電系統的接線方式包括自閉線和貫通線兩種，通過連續線將各個變電所有序連接在一起后，便可以為鐵路的運行提供較為可靠的電能供應。

1.2.3 安全性與可靠性要求較高。鐵路的電力供電系統需要為鐵路調度指揮、運輸生產、旅客服務等多項服務提供電力保障?？梢哉f，鐵力電力供電系統是保障鐵路運輸質量運輸、安全的重要基礎。因此，雖然我國鐵路電力供電系統的接線形式較為簡單，但電力供應系統運行的安全性與可靠性必須要得到保障。如鐵路電力供電系統需中斷供電，務必要將中斷時間控制在150s內，一旦超過150s，就有可能會影響到鐵路的運行安全。

2 鐵路電力供電系統關鍵技術詳解

2.1 供電系統配電自動化控制設計

2.1.1 集中控制模式。鐵路電力供電系統的集中控制模型可以實時反饋供電系統內的各項數據，若存在故障，可第一時間察覺，并由主基站統一消除故障。集中控制模型可以在精密的計算下，快速制定出合理、可行的故障處理方案并有序執行?？梢钥闯觯锌刂颇Ｊ侥軌蛟谝欢ǔ潭壬辖鉀Q電力供電系統中的微小故障，同時也可快速傳遞信息，立即執行對應指令，實現故障分離與故障高效處理。自動化控制中的集中控制模式的功能特征如下：

第一，在集中控制模式下，配電自動化終端能夠通過傳感器或其他監控設備，對整個供電系統的運行情況做出全面監測與實時分析，并將自動化終端收集到的各項數據直接傳輸給主控中心，便于后續的集中控制[2]。

第二，在數據傳輸到主控中心后，由主基站對相應數據進行統一處理和故障定位，能根據結果快速得出故障分析，并給出相應的解決方案或應急處理預案。

第三，在集中控制模式下，主變電站可以對電力系統進行實時監控與集中控制，進一步保障了整個供電系統的運行質量及運行安全性。

2.1.2 分布控制模式。我國鐵路電力供電系統中，分布式控制模式是配電自動化控制到主要形式之一，可以在原有的電力系統綜合保護與電氣保護基礎上，加設配電自動化設施或自動化系統設計，實現整個電力供電系統的數據采集與通信監測。配電自動化終端具備故障隔離與故障診斷功能，在供電系統運行時，無須經過主站，便可在分布式控制模式下進行優化與微調，繼而提高運行質量。在實踐應用中，分布控制模式可以在一定程度上實現電力系統的重構。通常來說，由于分布控制模式的控制作用是互相重疊的，所以分布控制模式僅可用于線路相對簡單的供電系統中，不適用于多區間的鐵路線路。

2.2 電力貫通電纜線路的電容電流補償技術

鐵路電力供電系統運行時，穿線電纜的接地電容極有可能會出現問題。如果對地電容問題過于突出，則可能會導致電纜導體間的相互干擾性過高，引起電纜線路的電容電流問題。常見的故障或事故包括但不限于變壓器電壓過載、電容器過度運行以及重復電弧燃燒等。此時，采取電力貫通電纜線路的電容電流補償技術便可以在一定程度上解決這一問題。為進一步提高電力供電系統的運行穩定性，應在變電站內安裝動態補償機制，或在直線線路上以分散并聯的模式安裝補償機構[3]。目前，在我國鐵路電力供電系統中，直線上分散并聯補償機構的應用相對廣泛。值得注意的是，為了保證電容電流補償技術的作用效果，確?？杉皶r補償對地電容，應根據實際情況控制補償電抗器的安裝間距，通常兩臺電抗器的安裝間距為10km。

2.3 貫通線中性點接地技術

架空線路中的電纜數量較小，容量自然也相對較小，其安全性與可靠性可以得到更好的保障，因此，我國鐵路輸電線路多為架空線路。一般來說，10kV電力系統中的架空線路無須采用中線點接地。但在鐵路線路出現單相接地問題時，這類接線方式會產生較大的瞬時電壓，會給鐵路電力供電系統的正常運營造成負面影響，而采用貫通線中性點接地技術，可規避上述問題帶來的負面影響或供電事故，進一步提升鐵路供電系統的運行可靠性。

2.4 電力貫通線電纜金屬護層接地技術

電力貫通線電纜金屬護層接地技術，可以根據具體的接地方式，劃分為雙端直接接地、單點接地、中心單點直接接地3種。目前我國鐵路電力供電系統中主要應用的接地方法為一端單點接地。這是因為我國高速公路的輸電線路大多不超過4km，集中單點接地在運行時的穩定性較差，很有可能會使整個線路面臨本可避免的運行風險，且一端單點直接接地的方式，能降低供電系統的運營成本及建設成本，可大幅度提高鐵路運輸的經濟效益。

2.5 電力遠動控制技術

電力遠動控制技術即鐵路電力供電系統的遠程控制技術，該技術引入了計算機技術與網絡通信技術，能夠根據當前鐵路電力供電系統的運行情況，通過數據傳輸處理終端，對鐵路電力供電系統的實時運行情況做出監測，并執行全自動管理。相較于傳統的系統監控方法，遠動控制技術可以對10kV配電所及其貫通線路中的高壓、低壓、電流等多種參數進行全自動化監管，可以實現無人值班及對具體管控目標的遙控管理。若電力供電系統運行過程中出現質量問題，則可根據線路故障檢測及遠端遙控功能，對故障點位、故障成因進行自動判定，并及時截斷或分割故障[4]。與此同時，電力遠動控制系統中還搭載了調度中心，可與調度人員間進行人機交互，能有效避免純人力操作中難以規避的意外或錯誤。

2.6 全并聯AT供電技術

全并聯AT供電技術在我國鐵路電力供電系統中表現出了極其強勁的優勢，并獲得了廣泛應用。該技術在原有AT網絡的基礎上進行AT連線，在上、下兩端都搭載了一臺自耦變壓器。在這種情況下，所有AT的正中饋線及AT所處的導線都與軌道呈并聯狀態，并位于變電站出口處，這意味著此時上、下兩條饋線是相同的。而電力供電系統中電網和主饋線的電力具有對稱性特征，因此，上、下兩條線路間的電流分布是十分相似的，可有效提高牽引網的傳輸路線長度。相較于傳統的單AT供電系統和復線AT供電系統而言，全并聯AT供電系統的供電效率更佳，還能夠降低線路中的牽引變電站數量，具有較強的經濟優勢與實用優勢。

2.7 接觸網檢測技術

在高速鐵路工程施工過程中，工作人員需要使用由定位器、定位管、支持器和各類連接零件組成的接觸網定位裝置固定接觸線位置，保障動車組可在電弓滑板的運行軌跡范圍內活動。同時，也可以避免車組運行期間因電弓與接觸線脫離引發安全事故的可能性。接觸網檢測技術的應用，是為了保障鐵路接觸網的運行水平，并對接觸網當前的運行環境和運行情況進行檢測。

2.7.1 接觸線拉出值檢測技術。接觸線拉出值檢測技術的核心原理是電磁感應。若微電子靠近接觸線一定范圍內，便會在電磁感應的作用下生成感應電流，并輸出電壓信號，這類電壓信號會直接上傳到微型計算機的數據處理中心，在相應的數據處理與計算后，可以得到接觸線的實際拉出值，并對目前接觸網的運行性能做出系統評估。在使用接觸線拉出值檢測技術時，務必要遵循相應的技術規范與操作要求，提高檢測的真實性與可靠性。

2.7.2 接觸線高度檢測技術。接觸線高度檢測技術需要使用角位移測量法。在應用時，工作人員需要在電弓下部框架處安裝傳感器，記錄傳感器得出的數值，并使用標定規算法計算出接觸線的實際高度。但在實踐應用中，高精度激光測距法極易受到太陽光干擾，可能會導致接觸面高度測算結果不準確。

3 鐵路電力供電系統運行質量提升要點

鐵路的供配電系統的主要構成為外部電源變配電所和高壓電力貫通線路等。通過加強鐵路電力供電系統的整體管理水平，采用先進的計算機通信技術，對電力供電系統的運行狀況加以調控，便可以降低電力供電系統的運行故障率，提升電力供電系統的運行質量。實際上，鐵路電力供電系統的運行質量受到多類要素的影響，因此在供電系統的前期規劃時，便需相關部門的工作人員立足于電力系統運行的可靠性、穩定性、安全性標準，從多個角度分析可能會影響供電系統運行安全、運行質量的要素，并正確識別安全風險與質量隱患，采用科學的預防策略加以處理，以提升電力供電系統的運行質量。具體來說，可以從以下兩個方面入手。

一方面，鐵路電力供電系統的變電所設計，應嚴格按照國家相關設計標準執行，確保變電所設施配置完善。同時，應考慮到高速鐵路的運行需求，選擇適宜的供電設備組建電力供電系統，將供電設備的質量安全系數作為第一要素，避免因供電設備不合規格導致的各類安全隱患。最后，根據國家相關標準、法規條例，合理配置各項輔助設備。值得注意的是，在設計電力供電系統時，需要確保所選的設備與整個系統的抗干擾能力過關，避免各種客觀自然因素導致的運行失誤。

另一方面，需加強相關人員的職業素養。所有鐵路電力供電系統的運行維護人員都要深刻意識到自身的崗位與職責，明確工作的重要性，定期開展電力供電系統的運行維護管理工作，嚴格按照相關規范及標準，對電力供電系統的運行全過程進行細致、嚴格的監督管理，避免運行故障。在日常運維工作中，要實時查看電力供電系統運行的詳細數據，并從整體上把握供電系統的運行動態，在察覺到質量隱患或安全風險時，應第一時間分析原因并制定處理方案，及時排查隱患。

4 結束語

隨著社會經濟水平的持續發展，人們對交通的需求日益提升，我國鐵路建設因此迎來了嶄新的發展機遇，同時也面臨著時代發展的巨大挑戰。對鐵路電力供電系統的關鍵技術進行深度研究與整體性分析，能夠進一步提高供電系統運行的穩定性，為鐵路運行提供安全保障。在全新的時代背景下，應通過供電系統配電自動化控制設計、電力貫通電纜線路的電容電流補償技術、貫通線中性點接地技術、電力貫通線電纜金屬保護層接地技術、電力遠動控制技術、全并聯AT供電技術與接觸網檢測技術，全力提升電力供電系統的可靠性、穩定性，使其成為我國高速鐵路發展的重要保障。