鐵路電力供電系統(tǒng)關鍵技術分析

劉全虎

（中鐵十一局集團有限公司，湖北武漢，430000）

0 前言

近些年來，隨著我國鐵路建設事業(yè)的不斷發(fā)展，鐵路行業(yè)內(nèi)部對于鐵路電力系統(tǒng)運輸規(guī)劃工作進行了統(tǒng)籌推進與合理部署。其中，要求鐵路行業(yè)工作人員應該深刻意識到鐵路電力系統(tǒng)的重要性，并主動結(jié)合鐵路電力系統(tǒng)的運輸職能從多個方面保障鐵路電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定且高效運營。一般來說，鐵路供配電系統(tǒng)主要由外部電源變配電所以及高壓電力貫通線路等構(gòu)成，在運行過程中為進一步增強鐵路電力系統(tǒng)管理水平，工作人員主動結(jié)合計算機以及先進通信技術，實現(xiàn)對鐵路電力供電系統(tǒng)運行過程的控制管理，以減少鐵路電力供電系統(tǒng)運行失誤問題。

1 鐵路電力供電系統(tǒng)組成及原則特點分析

1.1 系統(tǒng)組成

鐵路電力供電系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)組成方面，主要由鐵路沿線變配電所、貫通電力線路以及室外照明、動力配線、監(jiān)控設備等組成。在運行過程中，上述系統(tǒng)需要始終保持協(xié)調(diào)運作的互動關系，以增強鐵路電力供電系統(tǒng)運行質(zhì)量安全。近些年來，隨著我國智能化管控技術以及自動化生產(chǎn)技術水平的不斷增強，鐵路電力供電系統(tǒng)主動結(jié)合智能化以及自動化技術，實現(xiàn)對電力供電系統(tǒng)運行全過程的監(jiān)督管控。如何利用機電設備監(jiān)控系統(tǒng)以及消防自動報警系統(tǒng)等，規(guī)避以往人工管理存在的失誤問題，進一步增強電力供電系統(tǒng)運行安全性與可靠性。

1.2 供電原則

對于高速鐵路電力供電系統(tǒng)而言，在供電原則的確立上，需要從以下三個方面進行研究與分析：一方面，電力供電系統(tǒng)必須嚴格秉持客運專線安全以及可靠供電的理念要求，并主動從免維護、少維修以及實現(xiàn)無人值守等原則方面，對當前鐵路電力供電系統(tǒng)進行健全與完善，以保障鐵路電力供電系統(tǒng)始終處于安全可靠的運行狀態(tài)。另一方面，電力供電系統(tǒng)應該結(jié)合各用電設備的實際需求，從可靠、安全用電等理念角度對各級供配電系統(tǒng)之間的匹配性進行研究與分析。除不可抗拒因素之外或者故意損壞之外，鐵路電力供電系統(tǒng)在可靠性方面必須滿足全天候不間斷運行需求，其中，包括維修天窗時間。

除此之外，鐵路電力供電系統(tǒng)在設備標準方面應該嚴格按照模數(shù)化以及標準化等理念要求，盡量減少維護以及維修成本。

1.3 供電特點

結(jié)合以往的運行經(jīng)驗來看，鐵路電力供電系統(tǒng)在供電特點表現(xiàn)方面主要如下述：

(1)鐵路電力供電系統(tǒng)電壓等級相對較低，且變電所結(jié)構(gòu)單一。對于我國多數(shù)高速鐵路運行工作而言，在電壓等級方面均表現(xiàn)為要求較低情況，結(jié)合實際情況來看。高速鐵路在供電系統(tǒng)使用標準上，多以10kv或者35kv變電所為主。與此同時，這些變電所在結(jié)構(gòu)方面表現(xiàn)較為單一，且在用電負荷上需求較少。

(2)鐵路電力供電系統(tǒng)在接線形式上表現(xiàn)相對簡單。與其他電力供電系統(tǒng)不同，鐵路電力供電系統(tǒng)在接線形式上主要以單一輻射狀網(wǎng)絡為主。其中，鐵路變電所需要按照鐵路方向沿線進行合理布置。并按照科學合理的連接方式，確保其可以形成連續(xù)的供電模式。結(jié)合以往的經(jīng)驗來看，在該種模式下，接線方式可以分為自閉線與貫通線兩種。一般來說，鐵路中的連接線可以實現(xiàn)各個變電所之間的有效連接，為鐵路安全運行提供可靠電源。

(3)鐵路電力供電系統(tǒng)在可靠性與安全性要求方面表現(xiàn)較為嚴格?？陀^角度上來看，鐵路電力系統(tǒng)承擔著調(diào)度指揮鐵路運輸生產(chǎn)、旅客服務等供電任務，可以視為保障鐵路運輸質(zhì)量安全以及高效運營的重要設施，因此在運行可靠性與安全性要求方面表現(xiàn)嚴格。雖然鐵路供電系統(tǒng)在接線形式上表現(xiàn)相對簡單，但是在整個過程中供電中斷時間必須嚴格控制在標準范圍之內(nèi)，一般都不可以超過150s。如果超過這個限定時間，就很容易對高速鐵路安全運行構(gòu)成威脅。

2 鐵路電力供電系統(tǒng)關鍵技術分析

2.1 配電自動化控制形式

2.1.1 分布控制

分布控制方式基本上可以視為配電自動化控制體系的重要組成內(nèi)容，主要通過將傳統(tǒng)鐵路供電系統(tǒng)中的集成保護方式以及電子保護方式轉(zhuǎn)變?yōu)榕潆娮詣踊绞?，確保數(shù)據(jù)測量以及通信監(jiān)控等過程可以實現(xiàn)一體化發(fā)展目標。因配電自動化終端具有故障診斷以及隔離功能，不需要通過主站就可以實現(xiàn)對整個供電系統(tǒng)的調(diào)整優(yōu)化，并且可以在一定程度上實現(xiàn)對鐵路供電系統(tǒng)的重組。

一般來說，分布控制方式可以從電流技術性與電壓時間性兩個方式面進行應用實踐。但是需要注意的是，因分布控制方法具有重合功能，不太適用于分段較多的鐵路當中。而對于接線相對簡單的鐵路供電系統(tǒng)而言，建議工作人員可優(yōu)先使用分布控制方法進行操控管理。

2.1.2 集中控制

所謂的集中控制方式主要是指系統(tǒng)可以將配電系統(tǒng)終端所獲取到的故障信息反饋到主站當中。有主站對所反饋的故障信息進行統(tǒng)一處理，并經(jīng)過精準計算以及分析之后，確立科學合理的恢復方案進行用實踐，最終將該方案反饋到配電系統(tǒng)終端當中。結(jié)合實際應用經(jīng)驗來看，集中控制方式在可靠性與安全性方面要求較為嚴格，一般都要求工業(yè)系統(tǒng)具有較高的可靠性與安全性，以確保可以提供較高速度的信息指令，并完成相關命令。這樣一來，基本上可以實現(xiàn)對故障的隔離與有效處理。

結(jié)合以往的硬經(jīng)驗來看，集中控制方式在功能體現(xiàn)方面主要為：一是配電自動化終端相關裝置可實現(xiàn)對系統(tǒng)全過程運行的監(jiān)測分析，并根據(jù)分析反饋結(jié)果，將所采集到的信息傳至到主站控制中心當中；二是通過主站控制中心對上傳信息進行統(tǒng)一處理，根據(jù)處理結(jié)果對當前故障點位置進行合理定位。并結(jié)合故障點問題表現(xiàn)提出針對性解決方案，確保系統(tǒng)整體運行質(zhì)量安全；三是主站可以完成對整個供電系統(tǒng)的集中管控與監(jiān)督管理，可謂供電系統(tǒng)運行質(zhì)量安全提供保障。結(jié)合當前應用實踐情況來看，我國多數(shù)客運專線均會利用集中控制方式進行操控管理。

2.2 電力貫通電纜線路的電容電流補償分析

對于鐵路供電系統(tǒng)運行工作而言，貫通線的電纜線路常常會存在對地電容問題。當對地電容問題表現(xiàn)過于明顯時，可能會在運行過程中出現(xiàn)電纜線路相間以及電纜線路電容電流問題。舉例而言，可能會出現(xiàn)變壓器電壓過載、電弧重燃以及電容無功過?，F(xiàn)象問題。當上述問題表現(xiàn)過于明顯時，就很容易對鐵路電力供電系統(tǒng)整體運行質(zhì)量構(gòu)成威脅。為及時處理這一問題，研究人員重點對長距離10kv電力貫通電纜線路進行了實踐研究，如著重針對其電纜線路電容電流補償問題進行了研究分析。

其中，為確保供電系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性，研究人員主動利用并聯(lián)補償電抗器進行應用實踐。在補償方式的選擇上，主要可以從在變電所設置動態(tài)補償設備以及在貫通線上設置分散并聯(lián)補償儀器等方式手段進行處理。需要注意的是，結(jié)合我國實際鐵路電力運行情況來看，多以第二種方式為主。且在貫通線的確立方面，基本每隔10km左右就會設置電抗器，目的在于及時完成對電流電容的補償處理。根據(jù)應用反饋情況來看，通過科學利用上述方式進行處理，基本上可以增強鐵路供電系統(tǒng)的運行可靠性與安全性。

2.3 貫通線中性點接地方式的合理選擇

結(jié)合我國電力貫通線運行情況來看，多數(shù)均以架空線路為主。究其原因，主要是因為架空線路在電纜線路方面相對較少，且電容電流較小，在安全性與可靠性方面表現(xiàn)較強。最重要的是，該線路方式可在10kv供電系統(tǒng)中，不采取中線點接地方式。但是需要注意的是，如果在高速鐵路運行中出現(xiàn)線路單相接地情況，這種接線方式可能會產(chǎn)生較大的電壓電流，容易對鐵路電力系統(tǒng)安全運行構(gòu)成威脅。因此，建議在高速鐵路中應該利用中性點接地方式進行處理，以確保高速鐵路供電整體可靠性得以深化加強。

2.4 電力貫通線電纜金屬護層接地方式

對于電力貫通線電纜金屬護層接地方式而言，在接地方式的選擇上，主要可以從一端單點接地、中央單點直接接地與兩端直接接地方式進行合理選擇與應用。結(jié)合當前應用實踐情況來看，我國大多數(shù)高速鐵路在電力供電系統(tǒng)貫通線電纜金屬護層接地方式的選擇上均會以一端單點接地為主。究其原因，主要是因為高速鐵路電力貫通線電纜長度一般均在4km以內(nèi)，利用中央單點接地方式可能會增加其運行的風險性。而利用單點直接接地方式，可保障電纜技術護層安全，并減少運行隱患問題。最重要的是，這種接地方式所涉及到的成本費用較少，利于促進高速鐵路運行經(jīng)濟效益。

2.5 電力遠動控制系統(tǒng)分析

鐵路遠動控制系統(tǒng)在一定程度上可以為鐵路電力供電系統(tǒng)高效運行提供良好的質(zhì)量保障。究其原因，主要是因為電力遠動系統(tǒng)集成計算機網(wǎng)絡以及通信技術，立足于鐵路電力系統(tǒng)運行實際情況，對鐵路沿線范圍所覆蓋的10kv配電所以及貫通電力線路等進行全過程自動化監(jiān)控與管理。與常規(guī)控制系統(tǒng)不同，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)對高低電壓以及電流等參數(shù)的監(jiān)控管理，實現(xiàn)無人值守以及遠程控制目標。最重要的是，如果供電系統(tǒng)運行過程中出現(xiàn)質(zhì)量隱患問題，該系統(tǒng)可以利用線路故障檢測功能以及遠程控制功能，完成對故障問題的自動判斷以及切除。除此之外，該控制系統(tǒng)中的調(diào)度主站可完成調(diào)度員人機交互功能，減少以往人工操作存在的失誤問題。

3 鐵路電力供電系統(tǒng)可靠性提升要點分析

因鐵路電力供電系統(tǒng)運行過程所涉及到的要素問題較多，在前期規(guī)劃設計中，相關人員應該立足于鐵路電力供電系統(tǒng)可靠性運行標準，從多個方面針對鐵路電力供電系統(tǒng)運行安全影響因素進行準確識別與科學預防。并在此基礎上，主動結(jié)合鐵路電力供電系統(tǒng)運行技術前沿發(fā)展動態(tài)，從以下幾個方面提升鐵路電力供電系統(tǒng)運行可靠性。

一方面，高速鐵路電力供電系統(tǒng)中的變電所應該嚴格按照國家設計標準，配備好相應設施。與此同時，高速鐵路電力供電系統(tǒng)應根據(jù)高速鐵路運行實際需求，選擇合適的供電設備進行安全應用，以避免出現(xiàn)運行隱患問題。在選擇相關電力設備時，工作人員應該始終堅持將設備質(zhì)量為選擇標準。主動結(jié)合相關標準內(nèi)容，對輔助設備進行合理配置與應用。需要注意的是，所選擇的電力系統(tǒng)及相關設備必須具有較強的抗干擾能力，以避免受到自然因素以及運行因素的影響而出現(xiàn)運行失誤問題。

另一方面，從事于高速鐵路電力系統(tǒng)運行維護的工作人員，應該深刻意識到自身崗位職責的重要性。應定期做好高速鐵路電力系統(tǒng)的運行維護工作，并按照相關規(guī)范標準內(nèi)容，對高速鐵路，電力系統(tǒng)運行全過程進行監(jiān)督管理，以防止出現(xiàn)運行隱患問題。期間，相關工作人員在維護鐵路電力供電系統(tǒng)時，應該結(jié)合鐵路電力供電系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)情況，對當前鐵路電力供電系統(tǒng)運行狀態(tài)進行動態(tài)把握。如果發(fā)現(xiàn)異常運行問題，必須加以及時處理。