提高高速鐵路牽引供電系統(tǒng)可靠性的探討

李陽　蘇小班　朱鵬

【摘 要】針對當(dāng)前高速鐵路牽引供電系統(tǒng)存在的主要問題，從設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營管理等環(huán)節(jié)，探討有效預(yù)防和減少高壓電纜故障、雷擊故障、電氣絕緣故障及增強(qiáng)供電系統(tǒng)靈活性等方面的措施和建議，以提高高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的可靠性。

【關(guān)鍵詞】高速鐵路；牽引供電；可靠性；措施

高速鐵路牽引供電系統(tǒng)主要由牽引變電所、饋電線、接觸網(wǎng)、回流線等組成，是高速鐵路的重要組成部分，一旦牽引供電系統(tǒng)發(fā)生故障，將給高速鐵路運(yùn)輸造成嚴(yán)重影響。因此，有必要采取措施提高牽引供電系統(tǒng)的可靠性，確保高速鐵路安全可靠運(yùn)營。

1 牽引供電系統(tǒng)主要存在問題及分析

根據(jù)近年來已建成運(yùn)營的京滬高鐵、青榮城際客專運(yùn)行狀況的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，牽引供電系統(tǒng)主要存在5類常見問題：高壓電纜故障、雷擊故障、電氣絕緣故障、新線施工遺留缺陷和接觸網(wǎng)受異物侵害問題。

1.1 高壓電纜故障分析

高速鐵路的牽引變電所、開閉所、AT所、分區(qū)所的27.5kV饋出線大部分采用高壓電纜架設(shè)，進(jìn)出高壓室開關(guān)柜的線路也大都采用高壓電纜敷設(shè)。但由于存在高壓電纜材質(zhì)不良，電纜敷設(shè)不規(guī)范，電纜金屬護(hù)套接地方式選取不當(dāng)，以及對電纜的監(jiān)測和維護(hù)不到位等原因，導(dǎo)致高壓電纜故障頻繁發(fā)生，影響供電安全。

1.2 雷擊故障分析

高速鐵路正線區(qū)間部分采用橋梁架設(shè)方式，接觸網(wǎng)通常處在距地面較高的位置，在線路經(jīng)過平原或地域空曠地帶，由于避雷措施設(shè)置不合理，防雷接地不良等原因，接觸網(wǎng)極易遭受雷電侵襲，引發(fā)供電故障。

1.3 電氣絕緣故障分析

電氣化鐵路牽引網(wǎng)結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，導(dǎo)線數(shù)量較多。如京滬高鐵線主要采用AT牽引供電方式，而青榮城際線則采用帶回流的直接供電方式，供電方式不同至使導(dǎo)線的架設(shè)方式、絕緣距離要求也不盡相同。但由于工程設(shè)計(jì)和實(shí)施中對導(dǎo)線的絕緣間隙設(shè)置不合理，控制不到位，日常運(yùn)營管理中對絕緣部件清掃不及時，對導(dǎo)線附近的建筑物、樹木、鳥窩、覆冰等物體防護(hù)處置不當(dāng)，容易造成電氣絕緣不良而引發(fā)接觸網(wǎng)接地故障。

1.4 新線施工遺留缺陷

帶有遠(yuǎn)動功能的隔離開關(guān)編號與調(diào)度端監(jiān)視屏上顯示不一致、隔離開關(guān)開合不到位，地下敷設(shè)電纜頭部位有舊傷，調(diào)度端遙信、遙測不準(zhǔn)確，誤報(bào)情況時有發(fā)生，接觸網(wǎng)設(shè)備連接不牢靠，螺母松脫，設(shè)備引線與接地體絕緣距離不足等遺留缺陷，對供電設(shè)備正常運(yùn)行帶來潛在的安全隱患。

1.5 接觸網(wǎng)受異物侵害問題

高速鐵路大都建設(shè)在野外，自然環(huán)境惡略，尤其是夏秋季節(jié)，經(jīng)常會出現(xiàn)大風(fēng)天氣造成接觸網(wǎng)上掛異物情況，工區(qū)頻繁出動上線處理，給設(shè)備管理單位帶來嚴(yán)峻的考驗(yàn)。尤其是線路周邊反光膜、塑料袋等漂浮物掛到接觸網(wǎng)設(shè)備上不僅影響動車組受電弓正常取流的同時還會造成接觸網(wǎng)跳閘，接觸線燒傷，進(jìn)而列車大面積晚點(diǎn)，影響安全運(yùn)輸。

2 提高牽引供電系統(tǒng)可靠性的措施

2.1 減少高壓電纜故障的措施

2.1.1 確保高壓電纜材料質(zhì)量

高速鐵路使用的高壓電纜應(yīng)選用交流、單芯、銅導(dǎo)體，保護(hù)層為非磁性金屬鎧裝層的27.5kV單項(xiàng)交流交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜，不得采用35kV普通電力電纜代替。

2.1.2 規(guī)范電纜敷設(shè)

電纜敷設(shè)嚴(yán)格按照工藝標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施，電纜在任何敷設(shè)方式及其全部路徑條件的上下左右改變部位，都應(yīng)滿足電纜允許半徑的要求，允許彎曲半徑不得小于電纜外徑的20倍，施工時注意不得損傷電纜。上下行供電線電纜應(yīng)分溝敷設(shè)，電纜穿越道路、鐵路時，應(yīng)采用高強(qiáng)度PVC管穿管敷設(shè)，用作供電線的電纜必須敷設(shè)在電力電纜槽內(nèi)時，應(yīng)采取措施與電力電纜進(jìn)行隔離。

2.1.3 設(shè)置電纜溫度在線監(jiān)測裝置

為加強(qiáng)對高壓電纜的在線監(jiān)測，應(yīng)對牽引供電系統(tǒng)所有的高壓電纜和電纜頭設(shè)置在線溫度監(jiān)測裝置，當(dāng)運(yùn)行中高壓電纜和電纜頭溫度異常變化時，監(jiān)測裝置能及時告警，并提醒值班人員進(jìn)行處理。

2.2 預(yù)防雷擊故障的措施

2.2.1 確保避雷器運(yùn)行狀態(tài)良好

避雷器應(yīng)選用帶有脫離器的氧化鋅避雷器，并加強(qiáng)避雷器的進(jìn)場質(zhì)量驗(yàn)收，確保避雷器的規(guī)格、型號、質(zhì)量符合設(shè)計(jì)及相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，避雷器的密封性能良好。

2.2.2 合理設(shè)置避雷器

在接觸網(wǎng)上設(shè)置避雷器，使遭受雷擊時迅速將雷電流泄入大地，從而保證接觸網(wǎng)絕緣子及導(dǎo)線空氣絕緣間隙不被擊穿。同時在吸流變壓器的原邊、分相和站場端部的絕緣錨段關(guān)節(jié)處、長度在2000m及以上的隧道兩端、從變電所或分區(qū)所引出的距離大于200m的供電線或AF線的上網(wǎng)點(diǎn)處安裝避雷器、分區(qū)所、開閉所、AT所引入線處設(shè)置避雷裝置，對接觸網(wǎng)進(jìn)行大氣過電壓保護(hù)。在重污染和強(qiáng)雷區(qū)應(yīng)適當(dāng)增加避雷器設(shè)置數(shù)量或增設(shè)架空避雷線。

2.3 防止電氣絕緣故障的措施

2.3.1 嚴(yán)格控制導(dǎo)線之間及導(dǎo)線對地的絕緣間隙

如絕緣錨段關(guān)節(jié)兩懸掛點(diǎn)承力所、接觸線水平距離應(yīng)大于450mm；25kV接觸網(wǎng)帶電設(shè)備距接地體的距離應(yīng)不得小于0.3m。結(jié)緣錨段關(guān)節(jié)處在錨柱距轉(zhuǎn)換柱之間距轉(zhuǎn)換柱10m處設(shè)置電連接等，保證導(dǎo)流暢通。對容易造成樹木侵線，與建筑物絕緣距離不足之處，同時增加日常添乘的次數(shù)晝夜監(jiān)測和重點(diǎn)區(qū)段巡視次數(shù)。

2.3.2 重點(diǎn)處所設(shè)置視頻監(jiān)控

為有效預(yù)防和減少牽引供電故障的發(fā)生，應(yīng)在隧道口、大型車站兩端、分相、供電線上網(wǎng)點(diǎn)等接觸網(wǎng)的重要處所設(shè)置視頻監(jiān)控裝置，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)控。

2.4 重點(diǎn)處理新線施工遺留缺陷

2.4.1 合理安排巡視，提高巡視質(zhì)量

維修人員每周至少1次的定期巡視設(shè)備是必不可少的，同時在季節(jié)交替時期，加強(qiáng)對隔離開關(guān)開合情況及其引線絕緣距離、導(dǎo)線與接地體、樹木的絕緣距離，接觸網(wǎng)設(shè)備易發(fā)生松、脫、卡、磨、裂處等進(jìn)行重點(diǎn)巡視。

2.4.2 加大遠(yuǎn)動設(shè)備的調(diào)試力度

每周定期對斷路器、隔離開關(guān)等進(jìn)行調(diào)試，觀察調(diào)度端遙測、搖信情況是否與現(xiàn)場相一致。定期組織維修人員開展季節(jié)性應(yīng)急演練、接觸網(wǎng)故障模擬演練，檢驗(yàn)監(jiān)控設(shè)備的靈敏性和精確性。

2.4.3 合理安排檢修時間、制定檢修方案

要根據(jù)檢修方案的要求，逐條進(jìn)行維修作業(yè)，對設(shè)備缺陷進(jìn)行整理并及時銷號，同時關(guān)鍵處所加大檢修力度。

2.5 減少異物對接觸網(wǎng)的侵害

2.5.1 加大接觸網(wǎng)異物清除力度

維修人員可以通過提高登乘頻率，不間斷巡視并清除鐵路附近易被大風(fēng)吹起的雜物。同時深人調(diào)查沿線環(huán)境，掌握鐵路沿線大風(fēng)天氣下易造成異物掛網(wǎng)處所的具體位置，并將重點(diǎn)區(qū)段納入每日巡視計(jì)劃。維修人員還要經(jīng)常性地進(jìn)行演練，提高清除作業(yè)的效率。

2.5.2 減少鳥害對設(shè)備安全的影響

春冬交替時節(jié)，侯鳥筑巢頻數(shù)增多，維修人員要提高巡視次數(shù)、堅(jiān)持當(dāng)天鳥巢當(dāng)天清除原則、并在易筑巢地區(qū)加裝風(fēng)車驅(qū)鳥器、錨柱棘輪處、腕臂支撐與支柱聯(lián)結(jié)處要進(jìn)行人工封堵，同時在隔離開關(guān)處加裝除鳥刺，最大限度降低鳥巢對接觸網(wǎng)的安全運(yùn)行影響。

3 結(jié)語

高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的可靠性涉及設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營管理等多個環(huán)節(jié)。為提高牽引供電系統(tǒng)的可靠性，應(yīng)從已經(jīng)開通運(yùn)營的高速鐵路牽引供電系統(tǒng)發(fā)生的常見故障類型入手，深入分析原因，認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，為高速鐵路運(yùn)輸提供安全可靠的供電保障。

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[責(zé)任編輯：田吉捷]