劉全虎

（中鐵十一局集團(tuán)有限公司，湖北武漢，430000）

0 前言

近些年來，隨著我國鐵路建設(shè)事業(yè)的不斷發(fā)展，鐵路行業(yè)內(nèi)部對(duì)于鐵路電力系統(tǒng)運(yùn)輸規(guī)劃工作進(jìn)行了統(tǒng)籌推進(jìn)與合理部署。其中，要求鐵路行業(yè)工作人員應(yīng)該深刻意識(shí)到鐵路電力系統(tǒng)的重要性，并主動(dòng)結(jié)合鐵路電力系統(tǒng)的運(yùn)輸職能從多個(gè)方面保障鐵路電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定且高效運(yùn)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(yùn)行過程中為進(jìn)一步增強(qiáng)鐵路電力系統(tǒng)管理水平，工作人員主動(dòng)結(jié)合計(jì)算機(jī)以及先進(jìn)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路電力供電系統(tǒng)運(yùn)行過程的控制管理，以減少鐵路電力供電系統(tǒng)運(yùn)行失誤問題。

1 鐵路電力供電系統(tǒng)組成及原則特點(diǎn)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(dòng)力配線、監(jiān)控設(shè)備等組成。在運(yùn)行過程中，上述系統(tǒng)需要始終保持協(xié)調(diào)運(yùn)作的互動(dòng)關(guān)系，以增強(qiáng)鐵路電力供電系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量安全。近些年來，隨著我國智能化管控技術(shù)以及自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)水平的不斷增強(qiáng)，鐵路電力供電系統(tǒng)主動(dòng)結(jié)合智能化以及自動(dòng)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力供電系統(tǒng)運(yùn)行全過程的監(jiān)督管控。如何利用機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)以及消防自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)等，規(guī)避以往人工管理存在的失誤問題，進(jìn)一步增強(qiáng)電力供電系統(tǒng)運(yùn)行安全性與可靠性。

1.2 供電原則

對(duì)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(gè)方面進(jìn)行研究與分析：一方面，電力供電系統(tǒng)必須嚴(yán)格秉持客運(yùn)專線安全以及可靠供電的理念要求，并主動(dòng)從免維護(hù)、少維修以及實(shí)現(xiàn)無人值守等原則方面，對(duì)當(dāng)前鐵路電力供電系統(tǒng)進(jìn)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(yùn)行狀態(tài)。另一方面，電力供電系統(tǒng)應(yīng)該結(jié)合各用電設(shè)備的實(shí)際需求，從可靠、安全用電等理念角度對(duì)各級(jí)供配電系統(tǒng)之間的匹配性進(jìn)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(yùn)行需求，其中，包括維修天窗時(shí)間。

除此之外，鐵路電力供電系統(tǒng)在設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)方面應(yīng)該嚴(yán)格按照模數(shù)化以及標(biāo)準(zhǔn)化等理念要求，盡量減少維護(hù)以及維修成本。

1.3 供電特點(diǎn)

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

(1)鐵路電力供電系統(tǒng)電壓等級(jí)相對(duì)較低，且變電所結(jié)構(gòu)單一。對(duì)于我國多數(shù)高速鐵路運(yùn)行工作而言，在電壓等級(jí)方面均表現(xiàn)為要求較低情況，結(jié)合實(shí)際情況來看。高速鐵路在供電系統(tǒng)使用標(biāo)準(zhǔn)上，多以10kv或者35kv變電所為主。與此同時(shí)，這些變電所在結(jié)構(gòu)方面表現(xiàn)較為單一，且在用電負(fù)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(duì)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(luò)為主。其中，鐵路變電所需要按照鐵路方向沿線進(jìn)行合理布置。并按照科學(xué)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(yàn)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(shí)現(xiàn)各個(gè)變電所之間的有效連接，為鐵路安全運(yùn)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(yán)格?？陀^角度上來看，鐵路電力系統(tǒng)承擔(dān)著調(diào)度指揮鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)、旅客服務(wù)等供電任務(wù)，可以視為保障鐵路運(yùn)輸質(zhì)量安全以及高效運(yùn)營的重要設(shè)施，因此在運(yùn)行可靠性與安全性要求方面表現(xiàn)嚴(yán)格。雖然鐵路供電系統(tǒng)在接線形式上表現(xiàn)相對(duì)簡單，但是在整個(gè)過程中供電中斷時(shí)間必須嚴(yán)格控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，一般都不可以超過150s。如果超過這個(gè)限定時(shí)間，就很容易對(duì)高速鐵路安全運(yùn)行構(gòu)成威脅。

2 鐵路電力供電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 配電自動(dòng)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(dòng)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(hù)方式以及電子保護(hù)方式轉(zhuǎn)變?yōu)榕潆娮詣?dòng)化方式，確保數(shù)據(jù)測量以及通信監(jiān)控等過程可以實(shí)現(xiàn)一體化發(fā)展目標(biāo)。因配電自動(dòng)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(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)的調(diào)整優(yōu)化，并且可以在一定程度上實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shù)性與電壓時(shí)間性兩個(gè)方式面進(jìn)行應(yīng)用實(shí)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(dāng)中。而對(duì)于接線相對(duì)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(jìn)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(dāng)中。有主站對(duì)所反饋的故障信息進(jìn)行統(tǒng)一處理，并經(jīng)過精準(zhǔn)計(jì)算以及分析之后，確立科學(xué)合理的恢復(fù)方案進(jìn)行用實(shí)踐，最終將該方案反饋到配電系統(tǒng)終端當(dāng)中。結(jié)合實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)來看，集中控制方式在可靠性與安全性方面要求較為嚴(yán)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?？梢蕴峁┹^高速度的信息指令，并完成相關(guān)命令。這樣一來，基本上可以實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的隔離與有效處理。

結(jié)合以往的硬經(jīng)驗(yàn)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(dòng)化終端相關(guān)裝置可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)全過程運(yùn)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(dāng)中；二是通過主站控制中心對(duì)上傳信息進(jìn)行統(tǒng)一處理，根據(jù)處理結(jié)果對(duì)當(dāng)前故障點(diǎn)位置進(jìn)行合理定位。并結(jié)合故障點(diǎn)問題表現(xiàn)提出針對(duì)性解決方案，確保系統(tǒng)整體運(yùn)行質(zhì)量安全；三是主站可以完成對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)的集中管控與監(jiān)督管理，可謂供電系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量安全提供保障。結(jié)合當(dāng)前應(yīng)用實(shí)踐情況來看，我國多數(shù)客運(yùn)專線均會(huì)利用集中控制方式進(jìn)行操控管理。

2.2 電力貫通電纜線路的電容電流補(bǔ)償分析

對(duì)于鐵路供電系統(tǒng)運(yùn)行工作而言，貫通線的電纜線路常常會(huì)存在對(duì)地電容問題。當(dāng)對(duì)地電容問題表現(xiàn)過于明顯時(shí)，可能會(huì)在運(yùn)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(huì)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(dāng)上述問題表現(xiàn)過于明顯時(shí)，就很容易對(duì)鐵路電力供電系統(tǒng)整體運(yùn)行質(zhì)量構(gòu)成威脅。為及時(shí)處理這一問題，研究人員重點(diǎn)對(duì)長距離10kv電力貫通電纜線路進(jìn)行了實(shí)踐研究，如著重針對(duì)其電纜線路電容電流補(bǔ)償問題進(jìn)行了研究分析。

其中，為確保供電系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，研究人員主動(dòng)利用并聯(lián)補(bǔ)償電抗器進(jìn)行應(yīng)用實(shí)踐。在補(bǔ)償方式的選擇上，主要可以從在變電所設(shè)置動(dòng)態(tài)補(bǔ)償設(shè)備以及在貫通線上設(shè)置分散并聯(lián)補(bǔ)償儀器等方式手段進(jìn)行處理。需要注意的是，結(jié)合我國實(shí)際鐵路電力運(yùn)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(huì)設(shè)置電抗器，目的在于及時(shí)完成對(duì)電流電容的補(bǔ)償處理。根據(jù)應(yīng)用反饋情況來看，通過科學(xué)利用上述方式進(jìn)行處理，基本上可以增強(qiáng)鐵路供電系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性與安全性。

2.3 貫通線中性點(diǎn)接地方式的合理選擇

結(jié)合我國電力貫通線運(yùn)行情況來看，多數(shù)均以架空線路為主。究其原因，主要是因?yàn)榧芸站€路在電纜線路方面相對(duì)較少，且電容電流較小，在安全性與可靠性方面表現(xiàn)較強(qiáng)。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(diǎn)接地方式。但是需要注意的是，如果在高速鐵路運(yùn)行中出現(xiàn)線路單相接地情況，這種接線方式可能會(huì)產(chǎn)生較大的電壓電流，容易對(duì)鐵路電力系統(tǒng)安全運(yùn)行構(gòu)成威脅。因此，建議在高速鐵路中應(yīng)該利用中性點(diǎn)接地方式進(jìn)行處理，以確保高速鐵路供電整體可靠性得以深化加強(qiáng)。

2.4 電力貫通線電纜金屬護(hù)層接地方式

對(duì)于電力貫通線電纜金屬護(hù)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(diǎn)接地、中央單點(diǎn)直接接地與兩端直接接地方式進(jìn)行合理選擇與應(yīng)用。結(jié)合當(dāng)前應(yīng)用實(shí)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(hù)層接地方式的選擇上均會(huì)以一端單點(diǎn)接地為主。究其原因，主要是因?yàn)楦咚勹F路電力貫通線電纜長度一般均在4km以內(nèi)，利用中央單點(diǎn)接地方式可能會(huì)增加其運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)性。而利用單點(diǎn)直接接地方式，可保障電纜技術(shù)護(hù)層安全，并減少運(yùn)行隱患問題。最重要的是，這種接地方式所涉及到的成本費(fèi)用較少，利于促進(jìn)高速鐵路運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益。

2.5 電力遠(yuǎn)動(dòng)控制系統(tǒng)分析

鐵路遠(yuǎn)動(dòng)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(yùn)行提供良好的質(zhì)量保障。究其原因，主要是因?yàn)殡娏h(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)集成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及通信技術(shù)，立足于鐵路電力系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)際情況，對(duì)鐵路沿線范圍所覆蓋的10kv配電所以及貫通電力線路等進(jìn)行全過程自動(dòng)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(shí)現(xiàn)對(duì)高低電壓以及電流等參數(shù)的監(jiān)控管理，實(shí)現(xiàn)無人值守以及遠(yuǎn)程控制目標(biāo)。最重要的是，如果供電系統(tǒng)運(yùn)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(yuǎn)程控制功能，完成對(duì)故障問題的自動(dòng)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(jī)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(diǎn)分析

因鐵路電力供電系統(tǒng)運(yùn)行過程所涉及到的要素問題較多，在前期規(guī)劃設(shè)計(jì)中，相關(guān)人員應(yīng)該立足于鐵路電力供電系統(tǒng)可靠性運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，從多個(gè)方面針對(duì)鐵路電力供電系統(tǒng)運(yùn)行安全影響因素進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別與科學(xué)預(yù)防。并在此基礎(chǔ)上，主動(dòng)結(jié)合鐵路電力供電系統(tǒng)運(yùn)行技術(shù)前沿發(fā)展動(dòng)態(tài)，從以下幾個(gè)方面提升鐵路電力供電系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。

一方面，高速鐵路電力供電系統(tǒng)中的變電所應(yīng)該嚴(yán)格按照國家設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，配備好相應(yīng)設(shè)施。與此同時(shí)，高速鐵路電力供電系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)高速鐵路運(yùn)行實(shí)際需求，選擇合適的供電設(shè)備進(jìn)行安全應(yīng)用，以避免出現(xiàn)運(yùn)行隱患問題。在選擇相關(guān)電力設(shè)備時(shí)，工作人員應(yīng)該始終堅(jiān)持將設(shè)備質(zhì)量為選擇標(biāo)準(zhǔn)。主動(dòng)結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容，對(duì)輔助設(shè)備進(jìn)行合理配置與應(yīng)用。需要注意的是，所選擇的電力系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備必須具有較強(qiáng)的抗干擾能力，以避免受到自然因素以及運(yùn)行因素的影響而出現(xiàn)運(yùn)行失誤問題。

另一方面，從事于高速鐵路電力系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)的工作人員，應(yīng)該深刻意識(shí)到自身崗位職責(zé)的重要性。應(yīng)定期做好高速鐵路電力系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)工作，并按照相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容，對(duì)高速鐵路，電力系統(tǒng)運(yùn)行全過程進(jìn)行監(jiān)督管理，以防止出現(xiàn)運(yùn)行隱患問題。期間，相關(guān)工作人員在維護(hù)鐵路電力供電系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)該結(jié)合鐵路電力供電系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)情況，對(duì)當(dāng)前鐵路電力供電系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)把握。如果發(fā)現(xiàn)異常運(yùn)行問題，必須加以及時(shí)處理。