張　煉（川南城際鐵路有限責(zé)任公司，四川 自貢 643000）

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淺談高速鐵路牽引供電系統(tǒng)智能化構(gòu)想

張煉（川南城際鐵路有限責(zé)任公司，四川 自貢 643000）

本文結(jié)合鐵路牽引供電系統(tǒng)中牽引變電所和接觸網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)主要存在的問(wèn)題，簡(jiǎn)要闡述了對(duì)牽引供電系統(tǒng)智能化的優(yōu)勢(shì)及構(gòu)想，主要包括牽引變電所、接觸網(wǎng)智能化應(yīng)具備的特性，簡(jiǎn)要系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，從技術(shù)上可能實(shí)現(xiàn)的方案，以及相應(yīng)的功能要求等。

牽引供電系統(tǒng)；智能化；牽引變電所；接觸網(wǎng)

1　前言

近年來(lái)，我國(guó)大力發(fā)展高速鐵路建設(shè)，目前已成為世界上高鐵發(fā)展最快、運(yùn)營(yíng)里程最長(zhǎng)、運(yùn)營(yíng)時(shí)速最高、在建規(guī)模最大、擁有技術(shù)最全的國(guó)家。截止2015年底，全國(guó)高鐵運(yùn)營(yíng)里程超1.9萬(wàn)km，動(dòng)車(chē)組1883組、17648輛。高速列車(chē)動(dòng)力為牽引電力，由牽引變電所將外部三相電源轉(zhuǎn)換成單相工頻電，再通過(guò)接觸網(wǎng)向高速列車(chē)供電，牽引變電所和接觸網(wǎng)為牽引供電系統(tǒng)的主要組成部分。高速列車(chē)高速度、大規(guī)模、大功率、高密度的運(yùn)行需要高效、安全可靠的牽引供電系統(tǒng)支持，而以中國(guó)目前的鐵路電氣設(shè)備結(jié)構(gòu)及管理方式來(lái)說(shuō)，須花費(fèi)大量的成本來(lái)運(yùn)行維護(hù)，牽引供電系統(tǒng)智能化程度相對(duì)電力系統(tǒng)的發(fā)展仍比較緩慢。隨著智能電網(wǎng)的推廣，其技術(shù)上的優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越明顯，因此，智能化是牽引供電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。

2　當(dāng)前現(xiàn)狀

牽引供電系統(tǒng)主要組成部分為牽引變電所和接觸網(wǎng)，在建設(shè)、運(yùn)行及維護(hù)過(guò)程中均存在不少問(wèn)題。一方面，傳統(tǒng)牽引所采用二次電纜實(shí)現(xiàn)測(cè)量與控制，以通信方式實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)等所內(nèi)輔助控制系統(tǒng)與綜合自動(dòng)化系統(tǒng)互聯(lián)，二次電纜過(guò)長(zhǎng)可能導(dǎo)致測(cè)控、保護(hù)系統(tǒng)的精度及可靠性降低，過(guò)多則導(dǎo)致后期維護(hù)工作量巨大；所內(nèi)一次設(shè)備須定期檢修，每日人工巡視；所內(nèi)各自動(dòng)化系統(tǒng)功能集成度較低。另一方面，接觸網(wǎng)工作環(huán)境惡劣，沒(méi)有備用，日常的運(yùn)營(yíng)維護(hù)需要大量具有足夠?qū)I(yè)技能和經(jīng)驗(yàn)的接觸網(wǎng)工，接觸網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)只能通過(guò)定期和不定期的人工巡視檢查、車(chē)巡檢查、檢測(cè)車(chē)檢測(cè)等方式實(shí)現(xiàn)，還不能實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)和技術(shù)參數(shù)的連續(xù)性記錄與監(jiān)測(cè)，不能實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除接觸網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)存在的問(wèn)題，不能提前預(yù)知和判定接觸網(wǎng)可能出現(xiàn)的問(wèn)題，分析方法和分析平臺(tái)相對(duì)缺位，需要很多有豐富經(jīng)驗(yàn)的工程技術(shù)人員進(jìn)行判定。當(dāng)接觸網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，需要很多人分頭沿線尋找故障地點(diǎn)，耗費(fèi)大量的人力物力，效率也不是很高，往往會(huì)因?yàn)椴檎夜收系攸c(diǎn)而浪費(fèi)不少寶貴的搶修時(shí)間，給鐵路運(yùn)輸造成巨大的損失。同時(shí)，對(duì)故障的產(chǎn)生和發(fā)展過(guò)程都沒(méi)有第一手資料，很多是靠人的判斷和推測(cè)。但隨著列車(chē)運(yùn)行速度的提高，弓網(wǎng)匹配的嚴(yán)格程度提高了很多，接觸網(wǎng)、受電弓、弓網(wǎng)系統(tǒng)任可一個(gè)不利因素都可能造成嚴(yán)重后果。

3　牽引供電系統(tǒng)智能化設(shè)想

3.1智能牽引變電所

智能牽引變電所需以供電的安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性為前提，結(jié)合當(dāng)前技術(shù)發(fā)展情況，深入各個(gè)環(huán)節(jié)研究牽引變電所的智能化方案。安全是關(guān)鍵，牽引變電所的智能化必須確保高速鐵路安全、高效地運(yùn)行，同時(shí)兼顧技術(shù)先進(jìn)性，投資建設(shè)、運(yùn)行維護(hù)的經(jīng)濟(jì)型，與相關(guān)系統(tǒng)的協(xié)同性，自身系統(tǒng)改造升級(jí)的兼容性等。牽引所變電智能化的實(shí)現(xiàn)主要體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）設(shè)備智能化

受當(dāng)前技術(shù)以及生產(chǎn)工藝限制，目前大多數(shù)智能高壓電氣設(shè)備在技術(shù)上尚不成熟。對(duì)于牽引變電所一次設(shè)備，可通過(guò)智能電子設(shè)備或組件與一次高壓設(shè)備結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備智能化。如牽引變壓器的智能化，采用智能電子設(shè)備及組件，實(shí)現(xiàn)變壓器測(cè)量、保護(hù)和監(jiān)測(cè)功能，智能設(shè)備集中安裝于智能組件柜中，臨近變壓器放置。

（2）采用變電站集中保護(hù)

利用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)勢(shì)，采用集中保護(hù)的方式，以一臺(tái)服務(wù)器設(shè)備來(lái)完成現(xiàn)有變電所饋線保護(hù)、變壓器保護(hù)等多臺(tái)保護(hù)裝置的工作，對(duì)所內(nèi)所有信息進(jìn)行收集、分析、處理，從整體上協(xié)調(diào)保護(hù)之間的關(guān)系，解決多種保護(hù)因時(shí)限配合不協(xié)調(diào)造成不能及時(shí)切除故障或者其他保護(hù)誤動(dòng)等問(wèn)題，有效保證繼電保護(hù)的可靠性、選擇性、靈敏性和速動(dòng)性，并且可有效提高牽引所保護(hù)性能，增強(qiáng)保護(hù)可靠性，有利于集中化管理。從建設(shè)運(yùn)行的角度來(lái)說(shuō)，集中保護(hù)可在硬件上節(jié)省投資，且可通過(guò)軟件開(kāi)發(fā)或升級(jí)就能實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展。

（3）系統(tǒng)層智能化

牽引所控制室內(nèi)采用智能網(wǎng)關(guān)、監(jiān)控后臺(tái)等其他智能化輔助設(shè)備，通過(guò)光纖與變電站現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控、測(cè)量等智能電子設(shè)備相連，實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)、監(jiān)視與控制、備自投、防火墻、智能告警、通信等功能。

3.2智能接觸網(wǎng)

智能接觸網(wǎng)是指將先進(jìn)的現(xiàn)代信息技術(shù)、傳感測(cè)量技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及控制技術(shù)與接觸網(wǎng)高度集成，并且和工作人員生產(chǎn)調(diào)度有機(jī)結(jié)合而形成的新型接觸網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)運(yùn)營(yíng)信息的全息化，接觸網(wǎng)運(yùn)營(yíng)狀態(tài)完全可知，保證鐵路運(yùn)輸?shù)目煽啃院徒?jīng)濟(jì)性，以充分適應(yīng)高速鐵路的發(fā)展及滿足高速運(yùn)營(yíng)管理的需求。其架構(gòu)設(shè)想如圖1。

圖1　接觸網(wǎng)智能化架構(gòu)示意圖

其中，接觸網(wǎng)基礎(chǔ)體系是指接觸網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)體，包括傳感、通信設(shè)備等；技術(shù)支撐體系是指當(dāng)前先進(jìn)的信息、通信、控制等應(yīng)用技術(shù)，是接觸網(wǎng)實(shí)現(xiàn)智能化的重要基礎(chǔ)；應(yīng)用體系是指進(jìn)行高效率地維護(hù)和管理，保障接觸網(wǎng)的安全可靠運(yùn)營(yíng)；標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系指的是在技術(shù)、管理等方面的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，還有試驗(yàn)認(rèn)證評(píng)估體系，這是實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)智能化的制度保障。

技術(shù)上，智能接觸網(wǎng)的構(gòu)成主要包括數(shù)據(jù)的采集與傳輸、數(shù)據(jù)集成、邏輯判斷、快速反應(yīng)處理及接觸網(wǎng)設(shè)備及材料管理等。相較于智能電網(wǎng)而言，由于接觸網(wǎng)的特殊性、無(wú)備用性、對(duì)運(yùn)行環(huán)境的敏感性，其并不能像智能電網(wǎng)那樣對(duì)于電路故障具有自我修復(fù)的特征。因此，智能接觸網(wǎng)應(yīng)具備以下功能：

（1）通過(guò)與傳感器結(jié)合，實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)連續(xù)不斷地進(jìn)行在線自我監(jiān)測(cè)，以預(yù)測(cè)接觸網(wǎng)各設(shè)備可能出現(xiàn)的問(wèn)題，及時(shí)發(fā)現(xiàn)已存在和正在發(fā)展的問(wèn)題，并迅速作出報(bào)告，以確保接觸網(wǎng)設(shè)備的安全可靠性提高巡檢效率；

（2）采用無(wú)線傳感器技術(shù)，在發(fā)現(xiàn)設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題或可能出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，能及時(shí)地記錄數(shù)據(jù)并傳回監(jiān)控中心，并自動(dòng)分類(lèi)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。能夠故障作出快速反應(yīng)，給出搶修方案，包括事故地點(diǎn)、事故地點(diǎn)設(shè)備裝配圖、所需的材料、搶修工具和相關(guān)工作人員等，節(jié)省搶修時(shí)間；

（3）對(duì)所采集到的信息進(jìn)行分類(lèi)統(tǒng)計(jì)分析，能夠判斷出存在的問(wèn)題，以及是否真正存在或即將發(fā)生問(wèn)題，排除偶然事件可能會(huì)導(dǎo)致的誤診，確保信息的準(zhǔn)確度。

接觸網(wǎng)智能化將減少在日常運(yùn)營(yíng)維護(hù)中所需投入的人力物力，降低接觸網(wǎng)故障給鐵路運(yùn)輸帶來(lái)的損失，提高接觸網(wǎng)運(yùn)行的安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)營(yíng)管理效率。

4　結(jié)語(yǔ)

高速鐵路牽引供電系統(tǒng)智能化不是一個(gè)終點(diǎn)，而是一個(gè)過(guò)程。這既是一個(gè)使?fàn)恳╇娤到y(tǒng)具備智能化的過(guò)程，也是一個(gè)復(fù)雜龐大的系統(tǒng)工程，需要一系列新技術(shù)、新設(shè)備的支撐，必須要在新技術(shù)與新設(shè)備的制造方面取得突破，才能最終能夠?qū)崿F(xiàn)智能化的目的。

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張 煉（1987-），男，助理工程師，大學(xué)本科，主要從事鐵路電氣化等相關(guān)工作。

U223.6

A

2095-2066（2016）17-0197-02

2016-5-25