鐵路電力牽引供電技術標準探討

張志飛

（北京鐵城建設監理有限責任公司，北京 100855）

目前我國針對電力牽引供電系統的各項要求均是比較高的，相關部門必須要加強對電力牽引供電系統技術方面的研究力度，并且制定科學合理的管理制度來提高電力系統的整體運行效果。為此，有必要結合實際情況對現有的電力牽引供電系統不斷優化與完善，進而確保整個電力系統良好穩定的運行。

1 國內外牽引供電技術的現狀

隨著時代的進步，我國對電力牽引供電系統進行不斷的完善與改進，目前已經形成了比較完善的電力牽引供電系統標準體系。我國在20年前就提出了“一機兩制”的發展思路，即通過將電力牽引變電站建設成一個獨立運行的系統，從而實現多個電廠同時發電、輸電以及配電等多種功能；而且為了保證各電網之間可以互相協調配合，需要建立統一標準，這樣才能夠更加有效地解決電力牽引供電系統中存在的諸多問題。我國在2000年初就制定出臺了《國家能源交通重點專項規劃（2001～2010年）》，其中明確指出要大力推廣和應用先進的電力牽引供電系統。經過幾年來的實踐證明，這項工作取得了很大的成效，特別是在高速公路、城市軌道交通、大型港口碼頭樞紐站、機場等重要的交通運輸行業得到了廣泛應用。

2 遠動綜合自動化一、二次設備

①遠程通信系統。在遠動站的通信中主要包括遠程通信網絡系統和遠動終端設備兩部分，其中遠程通信網絡系統是整個遠動系統的核心，其作用就是為了保證遠動終端設備能夠與遠方用戶進行有效的溝通交流；另外一方面也要對遠程通信網絡系統進行完善優化以便更好地滿足遠動需求。②遙信接收機及其他相關配套技術。遙信器件作為遠物聯網技術應用最重要的組成部分之一，它不僅可以將遠物體信息傳送到遠程監控中心，同時還可以實現遠距離數據傳輸功能。目前國內外都有一些成熟的產品來滿足用戶的實際需要，如美國GE公司生產的SGW-2000系列產品就具有很好的遠傳能力，并且該產品已經成功進入了我國市場。在遠動系統中，遠動系統所使用的遠傳裝置主要包括無線通信模塊和有線傳輸方式兩種，而遠動系統中的遠傳信號則由無線傳輸方式完成傳輸工作。一般來說，當遠動系統中的信號傳輸至地面時，會經過多個不同的路徑到達各個接收點，這種情況之下如果采用傳統的電纜傳輸模式，那么將會導致信號傳輸時間過長或者傳輸速度較慢，從而無法達到預期的傳輸效果。

3 高速接觸網的設計理念

在進行高速鐵路建設過程中，需要充分結合實際情況對接觸網的設計理念加以完善和創新。首先要明確高速列車運行速度與運行距離之間存在著密切聯系，并且這種聯系是相互依存的關系，所以必須要保證兩者之間具有良好匹配程度；其次，還要確保高速鐵路線路上各設備之間可以形成有效連接狀態，這樣才能使得整個系統處于穩定運行狀態；最后，為了能夠進一步提高整體工作效率，還應該加大對各個環節的控制力度，同時也需要做好相應的安全防護措施，從而保障整個系統安全平穩地運行。另外，在具體建設過程中，需要注意以下幾點：第一，在進行線路敷設時，需要將線路兩側的桿塔高度進行嚴格控制，以此來避免出現線路過長或是過短的現象出現；第二，為了能夠確保線纜與導線之間不會發生相互干擾、交叉或者是纏繞等問題的產生，可以采用雙絞線束來代替普通導線，這樣一來不但能夠提高其穩定性和可靠性，而且也可以減少不必要的成本投入；第三，要注重線纜的連接質量，只有這樣才能夠使得整個系統的功能得到充分發揮。

4 接觸網零件制造技術

在我國高速鐵路的建設中，對于接觸網零部件的制造是非常重要的環節，對工藝、材料以及設備等都有較高要求。目前國內外已經有很多廠家開始研究高速列車用接觸網零部件的制造工藝技術，并取得一定成效。目前來說，國內主要采用數控技術的應用效果最為顯著，但是也存在著一定的弊端。第一點，由于數控機床的精度較低，所以其制造出來的產品與實際生產之間會產生較大誤差；第二點，雖然數控系統可以實現自動控制、精準定位等功能，但是卻無法保證所有部件的質量和性能都能夠達到標準要求；第三點，如果要想將整個過程控制得當，那么就必須投入大量的資金且工作量比較大。所以相關部門需要積極引進先進的技術手段以及設備來提高自身的競爭力，但當前，接觸網上零件的制造技術還不夠完善，并沒有形成一套完整的系統。

5 鐵路電力牽引供電主要技術標準

5.1 “電牽設規”定位于保基本保底線

（1）“電牽設規”的制定要以安全為前提。在設計中應充分考慮到電氣設備運行過程中可能出現的各種故障問題，并且這些故障會對人身安全造成嚴重威脅。因此，在編制和實施《電牽設規》時，應該將保護人身安全作為首要原則，確保其不會給人們的生命財產帶來威脅。

（2）“電牽設規”的內容必須符合國家相關標準規定。根據國家電網公司發布的《電牽變電所技術規范》規定，變電所內所有設備均需要滿足以下條件，包括額定工作電壓不低于35 kV、額定工作電流不超過100 mA、額定負荷能力大于10%；每個變壓器配備有兩套獨立的高壓隔離開關柜，其中一套用于控制主變母線上的斷路器，另一套用來控制輔助變主變；各類電纜敷設方式采用雙絞或單絞法進行；變電所的設計容量一般按照500 kVA考慮，當實際變電所容量超出上述限值時可以適當增加。此外，為了保證變電所的正常穩定運行，“電牽設規”還要嚴格遵守下列規定：①在變電所選址時應充分考慮到周圍環境及氣象條件等因素，盡量選擇遠離居民區以及人口密集地區；②變電所應選在地形較平坦且無高大建筑物和構筑物的地方建設，并與相鄰的其他變電所保持一定安全距離（如200 m以內等）；③變電所內應設置避雷器，其安裝高度不得小于4 m；④變電所內部的電源系統應采取有效的防雷措施，并將雷電流導致室外；“電牽設規”中對于“電牽設規”的具體內容、適用范圍以及相關要求都做了明確規定，同時也給出了一些參考標準。其中最為關鍵的是要做好以下幾方面工作：第一，加強對架空線路的保護，尤其是高壓配電室、低壓配電室內的金屬結構及其他電氣設備，必須確保其不被雷擊損壞，否則會造成重大經濟損失。

5.2 “電牽設規”規定原則性與性能化

①技術指標的選擇應符合國家和行業標準及相關規范要求。②對于電壓等級不同時相運行的線路，在滿足額定電壓條件下應盡量采用單相供電系統；當系統發生故障時，可切換為三相供電方式或兩相供電方式。③根據不同地區的氣候環境、經濟發展水平等因素綜合確定各類設備的最大允許參數。④考慮到各種因素影響后的綜合指標應具有一定的靈活性，并且要有較高的可靠程度。⑤由于我國地域遼闊，各地的自然環境差異較大，因此在設計過程中要充分考慮當地的實際情況。此外，還應對各項參數進行科學合理的選取，以保證所選項目的適用性。

5.3 “電牽設規”給企標留下發揮空間

為進一步規范和促進企業標準的實施與應用，《電牽設規》在第5章、第7章中分別規定了電牽設施設備選型原則及技術要求等內容。同時對于一些特殊情況下的電牽設施設備選型問題也作出了明確規定，如：①當電網發生故障或事故時，需要緊急搶修時，應當優先選擇有備用電源保障能力的線路；②當電網出現停電后，應當選擇有備用電源保證能力的線路進行搶修作業；③當電網發生大范圍停電時，應當優先考慮有備用電源保證能力的線路進行搶修作業；④當電網發生大面積停電時，應當優先考慮有備用電源保證能力的線路進行搶修作業；⑤當電網發生大面積停電后，應當優先考慮有備用電源保證能力的線路進行搶修作業；⑥在變電所內設置主變和次級母線、開關站以及饋線等電氣設備。變電所內主變壓器容量一般為500 kVA以上或者10 kA以下，變電所內變電所出線端電壓等級為110 kV/220 kV，并且每條變電所至少配置一臺35 kV高壓斷路器作為保護接地裝置。

5.4 適當提高混凝土基礎強度等級

①在施工過程中，要嚴格按照設計圖紙的要求來進行。如果發現地基基礎出現不均勻沉降或者是傾斜等問題，應該及時采取有效措施加以解決和處理。對于一些比較松軟或是軟土路基來說，可以通過增加水泥劑量來提升其承載能力；②在進行軟土地基處理過程中，需要根據實際地質條件以及工程地質情況來選擇相應的材料與設備，并且還要保證所使用到的原材料質量符合要求。比如說，當遇到砂性較強的地區時，則必須采用石灰土來作為填筑材料，而當遇到粉砂層時就可以用碎石來進行填充。另外，為了能夠有效地防止地基發生變形現象，也可以利用換填技術來實現。除此之外，還應注意以下幾項工作：首先，要做好地基加固施工前準備工作，包括勘察場地、確定土基承載能力及地基類型、分析地基土層特性等，以便于制定科學合理的地基加固方案。然后，要合理設置地基加固范圍，避免出現地基下沉現象，從而進一步提高地基整體穩定性。

5.5 合理優化接觸線強度安全系數

在實際的工作過程中要充分地考慮到接觸網的安全問題，要對接觸線進行有效的優化和完善。首先，應該保證接觸線具有較強的抗拉強度、彈性模量以及屈服應力等；其次，還需要加強絕緣性能，確保絕緣層不被破壞，同時也可以避免由于外界因素導致的電暈放電現象發生；最后還要注意防止因外部環境變化而引起的短路故障。除此之外，還要結合實際情況來確定合理的接觸網結構參數，并且要綜合考慮到各種因素影響下的接觸線安全性能指標要求。比如，當外界環境溫度過高時就會導致接觸線溫度升高，這會使得接觸線上產生大量熱量，從而導致接觸間金屬材料受到破壞，進而引發火災爆炸事故。在實際工作中，一般都是根據線路等級、電壓等級、電流大小及接觸點數量來決定，因此，為了更好地保障接觸線的穩定運行，必須嚴格按照相關標準規定來選擇導體截面尺寸，通常情況下，接觸線的最小導體截面距離為1～3倍導線直徑，最大導體截面距離為4～8倍導線直徑，如果采用的是單芯導線時則導體間距應不小于10 m；而對于多芯導線時，其導體間距可以達到15～20 m。

5.6 高壓電纜設置護層電壓限制器

①《架空輸電線路設計規范》第3.3.2條“對于10 kv及以下的低壓配電網，應采用帶保護裝置的絕緣子和金屬封閉開關柜等設施”。②《電氣化鐵路技術管理規程》中規定了“在低壓進線處應采取相應措施防止相間短路事故發生。當相鄰兩回路之間有一回路存在接地故障時，可將該回路作為保護區進行隔離”；《城市軌道交通供電系統規劃設計標準》中規定了在地下室或半地下室內應采用雙極型屏蔽層、單極型屏蔽層及全封閉式組合式屏蔽結構。鑒于此，建議在既有電力牽引供電工程項目中，除了考慮到現有設備條件下電纜外護層電壓限制器能否正常工作以外，還應對其是否具備足夠的安全防護能力提出要求，如對變壓器及其二次側的電纜實施單獨的保護措施，并且要保證每個變壓器都安裝有相應的保護裝置以及相應的操作規程。同時，為避免變壓器出現過載情況而造成嚴重后果，可以通過增加保護間隔距離來實現。

6 結語

隨著我國經濟的快速發展和科學技術水平的不斷提高，對于電力系統的安全穩定運行提出了更高要求.為了保證電力系統安全穩定地運行，需要在原有標準的基礎上進行適當調整與完善，以適應新時期社會發展需求。目前，我國已經制定出臺了一些相關的法律法規文件來保障電力企業正常運營及維護電力設施設備等方面工作順利開展。但是由于各行業之間存在較大差異，因此針對這些問題也要根據具體情況采取不同措施加以解決。例如，在《中華人民共和國消防法》中明確規定了各級政府應當加強對公共建筑以及居民住宅區的防火監督檢查力度，并將其作為重要的執法依據之一。此外，還應建立起相應的應急機制、事故處理制度等，確保企業能夠及時有效地向上級部門反映情況，避免出現不必要的損失。