白志軍

【摘 要】近年來我國電氣化鐵路取得了較快的發(fā)展，在當(dāng)前鐵路電氣化建設(shè)過程中，牽引變電設(shè)備作為非常關(guān)鍵的設(shè)備之一，其直接關(guān)系到鐵路電氣化的安全運(yùn)行。因此在鐵路運(yùn)行過程中，需要針對牽引變電設(shè)備的運(yùn)行情況及存在的問題進(jìn)行具體分析，充分運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)來提高鐵路牽引變電設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，并積極采用創(chuàng)新的思維方式，進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化鐵路牽引變電設(shè)備的控制方式，保證其安全、穩(wěn)定的運(yùn)行，積極推動(dòng)我國鐵路事業(yè)健康、持續(xù)的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】鐵路牽引；變電設(shè)備；安全穩(wěn)定

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速的發(fā)展，近年來我國鐵路建設(shè)速度不斷加快，特別是電氣化鐵路建設(shè)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。牽引變電設(shè)備作為鐵路電氣化建設(shè)中非常重要的組成部分，其對于高速鐵路運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性具有極為重要的意義。在電氣化鐵路運(yùn)營過程中，應(yīng)用牽引變電設(shè)備為鐵路電力機(jī)車提供電能。在鐵路運(yùn)行過程中，牽引變電設(shè)備發(fā)揮著重要的作用。因此要保證鐵路安全穩(wěn)定的運(yùn)行，首先需要保證鐵路牽引變電設(shè)備運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。由于鐵路牽引變電設(shè)備在運(yùn)行過程中受到多種外在因素的影響，因此需要運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)手段，并采取具體的保護(hù)措施，優(yōu)化牽引變電設(shè)備控制方式，為鐵路正常、穩(wěn)定、安全的運(yùn)營打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

一、高速鐵路牽引供電概述

電氣化鐵路由供電系統(tǒng)和電力機(jī)車組成的，其中供電系統(tǒng)包括供電電源和牽引供電系統(tǒng)兩部分。供電電源是指為牽引供電系統(tǒng)提供電力的高壓變電站及相關(guān)的輸電線路，牽引供電系統(tǒng)則包括牽引變電站和牽引網(wǎng)兩部分。電力機(jī)車通過滑動(dòng)接觸方式從牽引網(wǎng)獲得電能，通過車載變流器、牽引電機(jī)等設(shè)備驅(qū)動(dòng)車輛運(yùn)行。在高速鐵路發(fā)展之前，我國的牽引供電電源的電壓等級一般采用110KV，由于高速鐵路的牽引負(fù)荷較普速鐵路增長較大，為了降低大功率牽引負(fù)荷中的諧波、負(fù)序等對電網(wǎng)的影響，降低牽引變電所母線電壓的波動(dòng)及線損，高速鐵路供電電源一般選用更高的電壓等級，如220kV，在西北地區(qū)則采用了330kV。高速鐵路具有列車運(yùn)行速度快、行車間隔小、機(jī)車牽引功率大等特點(diǎn)，全并聯(lián)的 AT 供電方式具有牽引供電功率大、供電區(qū)間長、供電可靠性高的特點(diǎn)能夠較好的滿足高速鐵路的供電需求。全并聯(lián) AT 供電方式是常規(guī) AT 供電方式的特殊形式，將上行與下行的接觸網(wǎng)、正饋線及鋼軌分別在牽引變電站、AT 變電所、分區(qū)所通過橫聯(lián)線并聯(lián)起來，該供電方式能進(jìn)一步降低了接觸網(wǎng)的單位阻抗，減少了線路電壓損耗，改善了供電質(zhì)量。

二、鐵路牽引變電設(shè)備的運(yùn)行現(xiàn)狀及問題分析

在現(xiàn)代科技不斷進(jìn)步和發(fā)展的形勢下，為了確保鐵路牽引變電設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，需要將先進(jìn)的工藝和材料應(yīng)用于鐵路電氣化系統(tǒng)之中，實(shí)現(xiàn)對舊工藝和舊材料的更新改造。在現(xiàn)有的鐵路牽引變電設(shè)備的運(yùn)行過程中，存在如下方面的問題：

1、螺栓式T型線夾。這種螺栓式T型線夾主要依賴于壓舌的點(diǎn)，來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電接觸和連接。然而，由于人工壓接螺栓的方式難免存在力矩方面的偏差，這就會(huì)引發(fā)電回路壓接不良的問題。同時(shí)，由于檢修的過程中需要打開T型線夾，其中存在復(fù)雜的精密零部件，這就增加了檢修作業(yè)的難度。另外，由于外在環(huán)境的不確定性以及牽引供電設(shè)備負(fù)荷加大的影響，這就使相對狹小的螺栓式T型線夾出現(xiàn)熱積累的現(xiàn)象，存在損壞和燒毀線夾隱患。

2、舊式的網(wǎng)開關(guān)接地防雷系統(tǒng)。鐵路牽引變電設(shè)備容易受到外界環(huán)境的干擾和影響，致使其容易出現(xiàn)饋線跳閘的問題，并牽連相鄰近的變電設(shè)備。同時(shí)，舊式的網(wǎng)開關(guān)接地防雷系統(tǒng)還存在自身的缺陷性，可能會(huì)出現(xiàn)高壓大電流反擊燒傷牽引變電設(shè)備的問題。

3、較長的故障診斷時(shí)間。當(dāng)鐵路牽引變電設(shè)備出現(xiàn)故障的時(shí)候，如果需要較長的故障診斷時(shí)間，無疑會(huì)貽誤維修時(shí)機(jī)。由于現(xiàn)有的變電所故障告警方式是采用文字告警的方式，并在主接線圖的下方顯示，容易出現(xiàn)顯示信息繁雜而導(dǎo)致故障告警信息被忽略的現(xiàn)象，或者信息過多而導(dǎo)致維修人員篩選和診斷的時(shí)間較長的問題，這樣，就極大地影響了對鐵路牽引變電設(shè)備的維修效率。

三、鐵路牽引變電子系統(tǒng)主要技術(shù)

1、牽引網(wǎng)供電方式。牽引供電系統(tǒng)供電方式應(yīng)根據(jù)負(fù)荷大小、線路條件及外部電源等因素確定。從保證動(dòng)車組供電電壓水平和載流能力的要求來看，只要供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，帶回流線的直接供電方式TRNF和自耦變壓器供電方式AT均能滿足高速鐵路需要。AT供電方式與TRNF方式相比，具有以下優(yōu)越性：供電電壓高、牽引網(wǎng)單位阻抗小、電壓損失小，供電容量大、電能損失??；供電臂長，變電所數(shù)量少，可以減少外部電源工程量，減少接觸網(wǎng)電分相數(shù)量，有利于動(dòng)車組高速運(yùn)行；有利于高電能的傳輸和接觸網(wǎng)懸掛系統(tǒng)輕型化設(shè)計(jì)，并滿足進(jìn)一步提高運(yùn)輸能力的需要。依據(jù)300-350 km/h高速鐵路、16輛編組時(shí)牽引負(fù)荷特點(diǎn)，長大干線高速鐵路牽引網(wǎng)應(yīng)優(yōu)先采用2×25 kV的AT供電方式；對于樞紐地區(qū)的聯(lián)絡(luò)線、動(dòng)車組走行線及動(dòng)車段（所）等可采用1×25 kV的TRNF供電方式。

2、牽引變壓器結(jié)線形式。牽引變壓器結(jié)線形式選擇不僅要考慮其能夠滿足高速鐵路牽引供電質(zhì)量的要求，還應(yīng)考慮提高變壓器的容量利用率、節(jié)約能源、降低運(yùn)營費(fèi)用等因素。單相結(jié)線變壓器的優(yōu)點(diǎn)是：變壓器容量利用率高，一次設(shè)備簡單，有利于動(dòng)車組再生制動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生電能的內(nèi)部平衡消耗；接觸網(wǎng)電分相數(shù)量較其他形式減少一半，有利于動(dòng)車組的高速運(yùn)行。其缺點(diǎn)是：產(chǎn)生的負(fù)序較大，對電力系統(tǒng)短路容量要求高。三相V-V接線變壓器的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單、容量利用率高，產(chǎn)生的負(fù)序小，可以根據(jù)每個(gè)供電臂的實(shí)際負(fù)荷情況單獨(dú)選取容量；三相-二相平衡接線變壓器的特點(diǎn)是：過載能力強(qiáng)，產(chǎn)生的負(fù)序影響小。結(jié)合高速鐵路需求和各種變壓器接線方式的技術(shù)特點(diǎn)，牽引變壓器接線形式應(yīng)根據(jù)各地電網(wǎng)的具體情況和牽引變壓器的容量綜合確定，優(yōu)先采用單相結(jié)線。遠(yuǎn)期牽引變電所安裝容量較大的，可預(yù)留V-V接線條件；電力系統(tǒng)短路容量小或牽引變壓器安裝容量大時(shí)，應(yīng)采用V-V接線形式。

3、牽引網(wǎng)的接地與回流。由于采用無砟軌道，鋼軌對地的泄漏電阻增大、列車牽引電流和牽引網(wǎng)短路電流大，與人身和設(shè)備安全相關(guān)的接觸電壓和鋼軌電位要比常規(guī)鐵路升高許多，必須采用技術(shù)手段將其降低至安全標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。沿線接觸網(wǎng)和牽引變電各所的接地應(yīng)納入綜合接地系統(tǒng)，為降低鋼軌電位，應(yīng)根據(jù)具體計(jì)算確定上、下行保護(hù)線（或回流線）是否采用每間隔一定距離設(shè)過軌并聯(lián)。

四、鐵路牽引變電設(shè)備的安全穩(wěn)定性的措施

1、運(yùn)用新工藝和新材料，提升鐵路牽引變電設(shè)備的運(yùn)行安全穩(wěn)定性。針對原有的螺栓式T型線夾存在主導(dǎo)電回路壓接不良、維修不便、熱積累的現(xiàn)象和問題，可以采用新型的壓接式線夾替代原有的螺栓式T型線夾，這是由其優(yōu)勢性能所決定的，具體表現(xiàn)為：這種新型的壓接式線夾在不同的截面條件下，可以由相配套口徑的壓接鉗設(shè)備，進(jìn)行一次壓接成型，從而極大地避免了原有的螺栓式T型線夾因人工緊固而產(chǎn)生的力矩不均衡的現(xiàn)象，有效地避免牽引變電設(shè)備的主導(dǎo)電回路發(fā)熱損毀的現(xiàn)象。這種新型的壓接式線夾不同于舊式的螺栓式T型線夾，舊式的螺栓式T型線夾有8個(gè)螺栓，而新型的壓接式線夾只有兩個(gè)螺栓，并且采用雙備母并帶防松的鎖片，具有維修便利的優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過實(shí)踐，這種新型的壓接式線夾在實(shí)際運(yùn)行中效果良好。

2、補(bǔ)強(qiáng)接地及防雷保護(hù)措施

為了提升鐵路牽引變電設(shè)備的運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性，要針對鐵路牽引供電設(shè)備中接觸網(wǎng)受環(huán)境影響因素明顯的特點(diǎn)，對原有的網(wǎng)開關(guān)接地防雷系統(tǒng)進(jìn)行如下優(yōu)化措施，以更好地提升鐵路牽引變電設(shè)備的運(yùn)行效能。

（1）補(bǔ)強(qiáng)鐵路牽引變電設(shè)備中的接觸網(wǎng)分相處電動(dòng)隔離開關(guān)的本體接地和機(jī)構(gòu)箱接地，改變原網(wǎng)開關(guān)接地防雷系統(tǒng)中的接觸網(wǎng)分相隔離開關(guān)本體和機(jī)構(gòu)箱共用接地的現(xiàn)象，將鐵路牽引變電設(shè)備的開關(guān)本體和機(jī)構(gòu)箱接地進(jìn)行分開設(shè)置，并使高壓和低壓接地分隔，這樣就可以較好地避免鐵路牽引變電設(shè)備的接觸網(wǎng)故障狀態(tài)時(shí)的高壓大電流對低壓變電設(shè)備的影響。

（2）通過添加防浪涌保護(hù)器的措施，提升鐵路牽引變電設(shè)備的防雷能力。在添加防浪涌保護(hù)器的設(shè)計(jì)和舉措過程中，添加方式是由變電所向接觸網(wǎng)開關(guān)供電電源、接觸網(wǎng)分相機(jī)構(gòu)箱內(nèi)的電源線路的前端布設(shè)和添加，通過這種增設(shè)防雷保護(hù)裝置的方式，獲得更佳的防雷效果。

（3）為了避免鐵路牽引變電設(shè)備的放電現(xiàn)象，可以采用在接觸網(wǎng)隔離開關(guān)機(jī)構(gòu)箱的底部加裝絕緣板的方式，實(shí)現(xiàn)對二次線的整理，并使其與箱體保持適當(dāng)?shù)木嚯x。由此可見，我們要汲取原有的鐵路牽引變電設(shè)備的接地系統(tǒng)中存在的問題，針對其接地狀況及無防雷保護(hù)的狀態(tài)，采用針對性的舉措，以更好地增強(qiáng)和提升鐵路牽引變電設(shè)備的安全性和穩(wěn)定性，通過不同的整治措施，減少或者避免因接觸網(wǎng)絕緣子閃絡(luò)而引發(fā)的低壓設(shè)備的燒壞現(xiàn)象。

3、縮短對鐵路牽引變電設(shè)備的故障判定和診斷時(shí)間。對原有變電所出現(xiàn)告警信息繁雜而導(dǎo)致故障診斷和判定時(shí)間延長的問題，我們要?jiǎng)?chuàng)新思維，注重在第一時(shí)間內(nèi)快速篩選和診斷鐵路牽引變電設(shè)備的故障，在能滿足系統(tǒng)的功能條件下，可以對原有的變電所的控制后臺(tái)加以改進(jìn)和優(yōu)化，調(diào)用自帶的軟件，對原系統(tǒng)中文字告警的問題，采用虛擬光字牌，對于告警信息繁雜的問題，可以對鐵路牽引變電設(shè)備中的信息進(jìn)行分類顯示、分顏色顯示，如：紅色表示正常運(yùn)行狀態(tài)；綠色表示告警信號等，這樣可以在值班人員日常巡視的時(shí)候，及時(shí)快速地發(fā)現(xiàn)牽引變電設(shè)備的故障信息，如：控制回路斷線等故障，有利于工作人員快速實(shí)現(xiàn)對故障信息的甄別和判斷，從而及時(shí)實(shí)現(xiàn)對故障的處理。

4、優(yōu)化電力、牽引變電設(shè)備的控制方式。在鐵路牽引變電設(shè)備的運(yùn)行之中，為了增強(qiáng)其安全性和穩(wěn)定性，還可以通過對其控制方式的優(yōu)化改進(jìn)方式，更好地減少設(shè)備的故障狀態(tài)。目前交直流系統(tǒng)主要采用的電源是10kV和27.5kV的電源，并以10kV的電源為主要供應(yīng)電源，然而這種供應(yīng)方式容易受到外界因素的影響，還存在極其頻繁的單相接地問題，在缺乏低壓斷相保護(hù)的條件下，致使交直流設(shè)備受到燒傷和損壞，可以對牽引變電設(shè)備的控制方式加以改進(jìn)和優(yōu)化，在10kV電源的低壓一側(cè)，加裝斷相保護(hù)，這樣可以在線路單相接地的時(shí)候，較好地閉鎖低壓電源的“倒切”現(xiàn)象。并且，還可以采用加裝延時(shí)裝置避免低壓回路來回切換的問題，有效地規(guī)避線路故障后備投、重合閘等時(shí)限，減少低壓設(shè)備頻繁切換產(chǎn)生的沖擊，提升鐵路牽引變電設(shè)備的安全性和穩(wěn)定性。

總之，我國鐵路電氣化的建設(shè)進(jìn)程中，鐵路牽引變電設(shè)備是關(guān)鍵的重要設(shè)備，對于鐵路電氣化運(yùn)行有極其密切的影響和聯(lián)系。為了進(jìn)一步提升鐵路牽引變電設(shè)備的運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性，我們需要對鐵路牽引變電設(shè)備的影響因素和存在的共性問題，進(jìn)行深入而全面的分析，要注意總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、汲取教訓(xùn)，運(yùn)用先進(jìn)的科技技術(shù)和材料，提升鐵路牽引變電設(shè)備的穩(wěn)定性，還要用創(chuàng)新的思想，對鐵路牽引變電設(shè)備的控制方式加以改進(jìn)和優(yōu)化，以更好地推動(dòng)我國鐵路事業(yè)的發(fā)展。

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（作者單位：神華包神鐵路有限責(zé)任公司內(nèi)蒙古鄂爾多斯市）