李春喜

（中交機電工程局有限公司，北京 100088）

隨著國家經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，人們的交通出行、貨物往來愈加頻繁，國家對鐵路建設(shè)也愈發(fā)重視，近年來加大了對鐵路運輸發(fā)展的投入。相較于其他運輸方式，如公路運輸、航空或者航海，鐵路運輸更為經(jīng)濟，且擁有很好的可靠性，更加節(jié)約能源。鐵路電力自動化技術(shù)作為其中的一項核心技術(shù)，它在維持鐵路的高速運行及設(shè)備的能源供給方面具有不可替代的作用，也為我國的鐵路建設(shè)提供了新的發(fā)展思路。

1 我國鐵路運輸?shù)陌l(fā)展?fàn)顩r

從蒸汽機時代、內(nèi)燃機時代和電力機車時代一路走來，我國的鐵路發(fā)展也是飽經(jīng)滄桑，到如今取得了舉世矚目的成績。目前內(nèi)燃機車牽引列車很明顯已經(jīng)跟不上時代的發(fā)展了，電力牽引逐步取代了內(nèi)燃機車牽引，成為鐵路動力來源的主流。

鐵路電力系統(tǒng)包括了電力機車、電力系統(tǒng)、通訊設(shè)備及控制系統(tǒng)等，相比較其他運輸方式在各個指標(biāo)上具有突出的優(yōu)勢，如運輸能力和運輸損耗。

2 南廣快速鐵路電力自動化系統(tǒng)的應(yīng)用分析

2.1 南廣快速鐵路簡介

南廣快速鐵路是從南寧到廣州的客、貨運鐵路。共設(shè)23個車站，全長500多km，于2014年8月正式通車。該鐵路的運輸能力達到客車110對/日，貨運2000萬t/年。南廣快速鐵路的建成很好的改善了廣西、廣東兩地交通運輸能力嚴(yán)重不足的現(xiàn)狀。

2.2 電力牽引系統(tǒng)的構(gòu)成

南廣快速鐵路電力牽引系統(tǒng)主要由以下3個部分構(gòu)成，即鐵路沿途的27.5kV接觸網(wǎng)、變(配）電所、電力牽引機車3個部分構(gòu)成。電力牽引系統(tǒng)的運行原理是：電廠輸送的電能經(jīng)過升壓后由高壓輸送線路輸送至鐵路沿途的牽引變電所，然后將遠程輸送來的高壓三相電在變電所降壓，轉(zhuǎn)換為27.5kV單相電，通過鐵路接觸網(wǎng)傳送給電力機車作為列車的牽引動力。

2.3 電力牽引系統(tǒng)各部分的主要特點

變（配）電所：它的主要作用是對外部電源的電壓及電流進行變換、集中以及分配。通常需要在變電所中對電源進行降壓、潮流控制及輸電線路、設(shè)備的保護，從而確保電能的質(zhì)量和使用設(shè)備的安全。鐵路沿途的變電所除了配有電力變壓器、控制、測量、監(jiān)控及通訊的設(shè)備以外，還有專門的供電回路：它是由牽引變電所供電到反饋電線，再由反饋線路將電輸送到接觸網(wǎng)，通過接觸網(wǎng)將電輸送給電力機車，與鋼軌、地或者回流線構(gòu)成一個閉環(huán)的供電回路。

接觸網(wǎng)：接觸網(wǎng)是指鐵路上空所鋪設(shè)的一條特定形式或者按需定制的輸電線路，它主要有以下的4個組成部分：

（1）接觸懸掛。接觸懸掛是通過支持裝置架設(shè)在支柱上的特定懸掛裝置，由接觸線、吊弦、補償器、承力索構(gòu)成，在工作過程中，要求接觸懸掛的穩(wěn)定性要足夠好，彈性均勻。

（2）支持裝置。支持裝置發(fā)揮的主要功能是支持接觸網(wǎng)中的接觸懸掛，將接觸懸掛上的機械負荷傳送給支柱。支持裝置的主要構(gòu)件為腕臂、水平拉桿、絕緣子串和懸掛零件。

（3）定位裝置。定位裝置的主要功能是固定接觸網(wǎng)橫向位置的，讓接觸線水平定位在受電弓滑板的運行軌跡范圍內(nèi)，由定位管、定位器、電連接裝置組成。

（4）支柱與基礎(chǔ)。它是用來承受接觸懸掛、支持和定位裝置的全部負荷，并將其固定在要求的位置、高度上。支柱一般分為鋼筋混泥土結(jié)構(gòu)及鋼結(jié)構(gòu)支柱兩種，基礎(chǔ)則是埋在地下部分，主要起到固定支柱的作用。

電力機車的工作原理就是通過機車頂部升起的受電弓接觸滑觸線來得到所需要的電能。每一臺電力機的車前后都有一個受電弓，通過司機對其升降進行控制，在受電弓工作的時候，其與接觸線的摩擦壓力使電能引入機車，從而達到牽引車輛的目的。

2.4 電力自動化系統(tǒng)的應(yīng)用

由于南廣快速鐵路接觸網(wǎng)采用的是低壓單相供電制，系統(tǒng)存在相位不穩(wěn)定、容易發(fā)生電磁干擾等現(xiàn)象，因此，在供電系統(tǒng)的應(yīng)用上需要對其進行嚴(yán)格的監(jiān)控。首先，通常采用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對變電所、接觸網(wǎng)回路、電力機車進行實時監(jiān)控，同時對系統(tǒng)進行遠程控制。例如：系統(tǒng)可以借助變電所內(nèi)的監(jiān)控設(shè)備，檢測該變電所的輸入、輸出回路的功率因素、線電壓、電流等信息，通過通信系統(tǒng)上傳至監(jiān)控中心，從而實現(xiàn)遠程監(jiān)測，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時，監(jiān)控管理軟件自動分析故障原因，可以快速找到問題，再運用控制網(wǎng)絡(luò)進行遠程控制，調(diào)整參數(shù)或控制回路通斷，減少故障處置時間及成本。所以，在鐵路電力系統(tǒng)中運用自動化手段很重要。

3 鐵路電力供電系統(tǒng)實現(xiàn)自動化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

3.1 健全的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)

通過對南廣快速鐵路電力系統(tǒng)進行分析，可以體現(xiàn)出數(shù)據(jù)分析方面在我國鐵路電力自動化系統(tǒng)中具有的突出地位。比如，通過SCADA自動化系統(tǒng)（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)）可以達到自動接收、判斷和處理遠端實時傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的目的，然后再對數(shù)據(jù)進行分析處理，包括自動檢測、電流數(shù)據(jù)、開關(guān)狀態(tài)等，再根據(jù)反饋的數(shù)據(jù)，由系統(tǒng)的調(diào)度主站進行分析、處理。由此可見，無論是對變電所中監(jiān)控設(shè)備的數(shù)據(jù)進行定期提取分析，還是在故障時根據(jù)數(shù)據(jù)分析得出的相應(yīng)結(jié)論來為故障處理提供依據(jù)，都體現(xiàn)了數(shù)據(jù)分析的重要作用。

3.2 利用互聯(lián)網(wǎng)帶來的便利充分完善自動化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

利用網(wǎng)絡(luò)的便利性，鐵路管理者可以對電力系統(tǒng)進行從高壓供電、變電站、接觸網(wǎng)、電力機車的整個電路回路進行有效監(jiān)控管理。例如，運用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對電網(wǎng)中的高壓設(shè)備進行線電壓、相電壓的監(jiān)控與控制，可以在以下3個方面來進行：一是對高壓開關(guān)的過載實行遠程控制；二是增加了故障及異常情況報警裝置，確保故障信息能第一時間發(fā)出，并提供準(zhǔn)確的故障信息；三是在回路中運用了高壓與低壓互感器，通過它可以獲取供電電流的各項準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，同時，在出現(xiàn)故障時也能夠快速、準(zhǔn)確的判斷具體故障設(shè)備的位置。

3.3 建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)健全的設(shè)備體系

由于鐵路電力系統(tǒng)涉及高壓與低壓的相互轉(zhuǎn)換，設(shè)備間的額定功率更是千差萬別，而鐵路電力線路采取的是相鄰式的供電模式，即一個站接一個站的傳遞方式。對于龐大的供電系統(tǒng)，過壓、過流、欠壓、過載等情況是相對來說難以避免。針對此類情況，鐵路電力系統(tǒng)可以使用保護裝置、自動投入裝置和自動重合閘裝置作為有效的預(yù)防措施，當(dāng)出現(xiàn)不同類型的電路故障時，切換到不同的動作模式；我們還可以通過添加過載保護、快速斷開的方式，來實現(xiàn)對電路進行保護的目的，例如，在鐵路沿途變電所內(nèi)，如果當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)過流現(xiàn)象時，保護裝置會快速動作以保護電路；如果是短時間的過流現(xiàn)象，主送所會做出斷電保護的動作，這種情況下，在故障處與主送所的線路會出現(xiàn)一次過電流現(xiàn)象，而在故障的下一段線路上則不會出現(xiàn)過電流現(xiàn)象，因此，在備用電源自動投入裝置動作時，并不會影響到輸送電能的持續(xù)性；二是永久性的電路故障，首先主送所的斷路保護開關(guān)會斷開，然后備用電源會進行一次自投動作，而主所也會進行一次自動重合閘的動作。進行動作之后，它們都會再次自動斷開，保證這不會對線路造成損害。因為在備用電源自投和自動重合閘的動作執(zhí)行過程中，由于備用電源自投動作的延時性，它們產(chǎn)生的電流時間不同，在故障點與重合閘處有2次過電流產(chǎn)生，而在另一端，只會發(fā)生一次。標(biāo)準(zhǔn)健全的過載保護裝置在鐵路供電系統(tǒng)中可以很好的保護設(shè)備，保證供電質(zhì)量，所以，建立標(biāo)準(zhǔn)健全的設(shè)備體系，可以對供電設(shè)備進行有效的保護，同時確保整個供電系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的運行。

4 結(jié)語

南廣快速鐵路的電力供電系統(tǒng)是我國鐵路電力自動化的一個非常成功的設(shè)計案例。通過應(yīng)用電力自動化系統(tǒng)，南廣鐵路提高了鐵路供電系統(tǒng)的運行效率，減少了鐵路運行的成本，也極大的提高了供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和供電質(zhì)量。

鐵路交通是我國實現(xiàn)經(jīng)濟發(fā)展和社會進步的重要環(huán)節(jié)，自動化技術(shù)的應(yīng)用對鐵路建設(shè)至關(guān)重要，它需要我們進行更深入的研究，從而使電力供電系統(tǒng)性能更加完善、更加可靠，為鐵路實現(xiàn)跨越式發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。