關(guān)于高速鐵路電力貫通線并網(wǎng)技術(shù)的分析

崔紹歡

(中國(guó)鐵建電氣化局集團(tuán)第二工程有限公司,山西 太原 030023)

0 引 言

在我國(guó)高速鐵路網(wǎng)絡(luò)不斷發(fā)展，高速鐵路運(yùn)營(yíng)里程不斷增加的形勢(shì)下，高速鐵路已經(jīng)成為人們?nèi)粘３鲂械闹匾煌ǚ绞健Ｎ覈?guó)在高速鐵路建設(shè)與運(yùn)營(yíng)中的技術(shù)發(fā)展也取得了令人矚目的進(jìn)步。而在高速鐵路網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，電力系統(tǒng)的安全性與可靠性發(fā)揮著十分重要的作用。但是，現(xiàn)階段我國(guó)高速鐵路電力貫通并網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用還有一些問題尚未解決，電力系統(tǒng)的輸電可靠性還有很大的提升空間。所以，必須要加強(qiáng)高速鐵路電力貫通并網(wǎng)技術(shù)的分析，提升高速鐵路電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，從而為高速鐵路的進(jìn)一步發(fā)展提供有力的技術(shù)支持。

1 高速鐵路電力貫通線并網(wǎng)的特點(diǎn)和原理

1.1 高速鐵路電力貫通線并網(wǎng)特點(diǎn)

電力貫通系統(tǒng)需要借助供電企業(yè)所管轄的上級(jí)電力系統(tǒng)來進(jìn)行電能的供應(yīng)，其額定工作電壓為10 kV。以高速鐵路的信號(hào)和通信等負(fù)荷重要性為標(biāo)準(zhǔn)，可以將電力貫通線分為以下兩種：①一級(jí)貫通線，主要作用是對(duì)高速鐵路中的通信設(shè)備、信號(hào)設(shè)備以及遠(yuǎn)動(dòng)控制設(shè)計(jì)等進(jìn)行供電；②綜合貫通線，除了對(duì)高速鐵路中的通信設(shè)備、信號(hào)設(shè)備供電之外，還可以對(duì)沿線一般負(fù)荷進(jìn)行供電，例如開關(guān)、照明等。由此可見，電力貫通線的主要作用，就是為高速鐵路系統(tǒng)提供基礎(chǔ)性服務(wù)，保障高速鐵路運(yùn)行的安全性與高效性。

目前，我國(guó)高速鐵路電力系統(tǒng)使用的鋪設(shè)方式為沿著高速鐵路網(wǎng)鋪設(shè)。這種鋪設(shè)方式的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低、電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、可以根據(jù)高速鐵路的施工進(jìn)度來安排電力系統(tǒng)的建設(shè)進(jìn)度。

1.2 高速鐵路電力貫通線并網(wǎng)原理

要想實(shí)現(xiàn)高速鐵路電力貫通線并網(wǎng)，需要確保兩個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的頻率、電壓波形、電壓大小以及相位差相同，確保發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)的相序相同。需要注意的是，信號(hào)設(shè)備、通信設(shè)備、照明設(shè)備和遠(yuǎn)動(dòng)房等是電力貫通系統(tǒng)的主要負(fù)荷，但是其產(chǎn)生的有功功率消耗卻非常小，所以在進(jìn)行兩個(gè)電力貫通系統(tǒng)并網(wǎng)的時(shí)候，可以忽略其頻率的影響。而如果兩個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的頻率和波形相同，那么兩個(gè)電網(wǎng)電壓的幅值和相位卻會(huì)出現(xiàn)明顯的差異。這兩個(gè)電網(wǎng)的電壓差就會(huì)在整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)中形成一個(gè)環(huán)流。如果兩個(gè)電網(wǎng)極性相反，且投入合閘，那么該環(huán)流峰值就會(huì)變得非常高，甚至超過額定電流的幾十倍。而這就會(huì)導(dǎo)致線路被燒毀、輸電系統(tǒng)遭到損壞。

2 高速鐵路電力貫通線正常運(yùn)行的影響因素

在高速鐵路電力貫通線的正常運(yùn)行，主要受到以下幾方面因素的影響。

首先，在電力系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，電力貫通線屬于終端設(shè)備環(huán)節(jié)。所以，如果上級(jí)電力系統(tǒng)出現(xiàn)問題，本級(jí)電力貫通線的正常運(yùn)行也會(huì)受到影響。另外，與高速鐵路系統(tǒng)相同的是，電力貫通線也處于外界環(huán)境中，所以外界環(huán)境因素也是影響電力貫通線正常運(yùn)行的主要因素。只有通過優(yōu)化工程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)施工建設(shè)質(zhì)量控制，才能夠進(jìn)一步提升電力貫通線運(yùn)行的可靠性與穩(wěn)定性。

其次，在電力貫通線的施工過程中，電纜是最主要的施工材料。但是鑒于電纜材料的影響，其電容負(fù)荷也非常大。如果線路因?yàn)槟承┕收隙鴷和＿\(yùn)行，線路電纜內(nèi)部依然會(huì)在短時(shí)間內(nèi)存在部分電荷。如果在這部分電荷尚未徹底自然消失之前，向電力系統(tǒng)輸送電壓，那么電纜內(nèi)的殘留電容就會(huì)形成疊加反應(yīng)，并對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響[1]。

3 高速鐵路電力貫通線并網(wǎng)技術(shù)分析

3.1 與民用電力系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)的差異

與民用電力系統(tǒng)的并網(wǎng)技術(shù)相比，高速鐵路電力貫通線并網(wǎng)技術(shù)更加復(fù)雜，主要表現(xiàn)在以下三方面：第一高速鐵路電力貫通系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，第二電壓分段等級(jí)更多，第三各個(gè)單元的關(guān)聯(lián)關(guān)系更加復(fù)雜。高速鐵路的電力系統(tǒng)以10 kV的電力負(fù)荷為主，且每一段電路線路的供電距離還非常長(zhǎng)。所以，雖然高速鐵路變電所的結(jié)構(gòu)和配電關(guān)系并不復(fù)雜，10 kV的負(fù)載量也不大，但是在絕緣性能方面的要求卻十分苛刻，且必須要在工程設(shè)計(jì)做好防雷擊設(shè)計(jì)，并加強(qiáng)施工建設(shè)過程中的質(zhì)量控制。

3.2 一級(jí)貫通線和綜合貫通線的應(yīng)用

高速鐵路電力貫通系統(tǒng)的主要工作電壓為10 kV，由上級(jí)電力系統(tǒng)提供電能。上文已經(jīng)提到，電力貫通系統(tǒng)的運(yùn)行，主要是保證高速鐵路信號(hào)燈和通信設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，所以按照工作要求的不同，針對(duì)電力貫通系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要有兩種形式，即一級(jí)貫通線和綜合貫通線。其中，一級(jí)貫通線的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)為：第一結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、第二施工成本低、第三可靠性高。但是，一級(jí)貫通線的應(yīng)用也有著明顯的劣勢(shì)，即功能比較單一，只能將電能供應(yīng)給高速鐵路的通信設(shè)備、信號(hào)設(shè)備以及運(yùn)動(dòng)控制設(shè)計(jì)。與一級(jí)貫通線相比，綜合貫通線的功能則更加完善，不僅可以為高速鐵路的信號(hào)設(shè)備、通信設(shè)備以及運(yùn)動(dòng)控制設(shè)計(jì)提供電能，還可以對(duì)貫通沿線的照明設(shè)備以及開關(guān)進(jìn)行供電。但是，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也會(huì)變得更為復(fù)雜、施工成本也會(huì)更高[2]。

3.3 高速鐵路電力貫通線并網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用注意事項(xiàng)

當(dāng)接收到上級(jí)供電設(shè)備的供電之后，電力貫通線不僅會(huì)將電能供應(yīng)給貫通線內(nèi)的各個(gè)配電所，還會(huì)將電能供應(yīng)給下級(jí)的電力貫通線和與之相鄰的電力貫通線。配電所在接收到電能之后，就會(huì)將電能供應(yīng)給一級(jí)貫通線和綜合貫通線。而下級(jí)接收電能的設(shè)備還會(huì)與電力傳輸母線進(jìn)行連接，通過機(jī)械連接或者電氣連接的方式提升供電的可靠性與安全性。

高速鐵路電力貫通線并網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，主要是為了保證高速鐵路中的通信設(shè)備、信號(hào)設(shè)備以及運(yùn)動(dòng)控制設(shè)計(jì)的正常運(yùn)行。但是這些設(shè)備的用電功率較小，產(chǎn)生的電能消耗也較小，所以在對(duì)多條電力貫通線路進(jìn)行并聯(lián)的時(shí)候，可以直接忽略電路頻率對(duì)電力貫通線的影響。但是，如果兩條貫通線的頻率相同，電壓不同，那么兩條貫通線的電壓差就會(huì)使整個(gè)并聯(lián)電力貫通線形成環(huán)流。環(huán)流的峰值將隨著設(shè)備運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸增大，并出現(xiàn)電路燒毀的情況。所以，在應(yīng)用高速鐵路電力貫通線并網(wǎng)技術(shù)的時(shí)候，必須要對(duì)這一問題進(jìn)行充分的考慮。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)高速鐵路網(wǎng)絡(luò)建設(shè)力度的不斷加大，電力貫通線并網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用必將越來越廣泛。但是，我國(guó)現(xiàn)階段的電力貫通線并網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用水平還十分有限。對(duì)此，相關(guān)科研人員還需要進(jìn)一步加強(qiáng)電力貫通線并網(wǎng)技術(shù)的研究與分析，從而更好地將其應(yīng)用到高速鐵路系統(tǒng)的日常運(yùn)行過程中，提升高速鐵路系統(tǒng)運(yùn)行的安全性與高效性。