高速铁路电力系统的探讨

阎德志

【摘 要】 当前，随着我国经济发展和人民生活质量的改善，高速铁路在人们旅程中占据着越来越重要的地位。其运行速度快、安全服务好的特点，受到广大民众的青睐。在高速铁路各系统中，铁路电力系统是保障运输安全高效不可或缺的专业之一。本文简要阐述了高速铁路电力系统的特点，分析了电力贯通线路存在的问题，探讨了解决问题的办法，为高速铁路安全运输提供安全可靠的电力保障。

【关键词】 高速铁路 电力 系统 探讨

高速铁路电力系统是由地方供电公司管理的公共电网供电、铁路专业部门和单位自行管理的电力网络。主要由铁路沿线变、配电所及综合贯通和一级贯通线路、站房变电所及高低压输配系统、站区电力设施组成。承担着为高速铁路沿线行车运输、铁路生产及生活供电任务。安全可靠不间断供电是高速铁路电力系统的基本属性，为此，对高速铁路电力系统相关问题进行探讨，具有十分的现实意义。

1 高速铁路电力系统的特点

1.1 高速铁路对电力系统的要求

高速铁路各专业设备点多分散。按其用电设备负荷又可分为区间负荷和车站负荷，区间负荷主要包括通信、光纤直放站、信号中继站、隧道照明及应急设施、牵引变电所操作电源、沿线监控设施等；车站负荷主要包括信号、通信、客服、消防设施、防灾系统、自动电梯、站房照明及应急照明、售票系统等。一批技术密集、自动化程度高的诸如车站计算机联锁、调度集中、车机联控、G网通信、工业监控、信号自动闭塞等设备投运，对铁路电力系统提出了更高的要求，电力系统自身自动化水平也在不断提高，高速铁路车、机、工、电、辆等运输系统中任何一个环节如果突然停电或供电质量超标，都可能导致运输阻塞、甚至引起列车颠覆、造成旅客伤亡等事故。因此，除不可抗拒的原因外，高速铁路电力系统的可靠性应符合每日24小时的铁路运输需求和不同负荷等级的供电要求，一级负荷必须可靠供电，其可靠性体现在，当电力系统中的一路外部电源停电时或一条线路停电时或一个元器件停电时，不能中断向一级负荷供电；一级负荷规定由两路独立且分别供电至负荷末端处，重点是一路电源故障或事故时，另一路电源不同时遭到损坏使两路电源同时瘫痪而中断供电。二级负荷在条件许可时提供两路高压电源，如不能满足时可提供一路高压电源。三级负荷无论高低压单电源供电，非正常情况下许可做停电处理。

1.2 电力系统简化的接线形式

高速铁路电力贯通线路是独特的区别于供电网络的一种接线方式，是采用沿铁路沿线辐射状的网络结构，分别称作综合贯通线路和一级贯通线路，分别设置在铁路两侧或同一电缆廊道不同的支架上或同一电缆沟具有彼此间防护设施内。在高速铁路沿线，每隔30—50km配置一座变配电所，通过贯通线路将各个变配电所之间相互连接，相邻变配电所构成互为供电的系统，车站及区间负荷采用并联式供电模式，电源分别取自贯通线路或变配电所。这种电力系统的接线形式简化，易于连接和维护管理。

1.3 电力系统配置水平

高速铁路运营具有“三高”特点，即高密度、高速度、高可靠性，为此对电力系统提出可靠性更高的要求，电力先行：在非正常或有灾害情况下，电力系统应迟于行车设备损坏之后而损坏且先于行车设备恢复前而恢复；高可靠性：增强抵御自然灾害的能力，体现在设备进屋、线路入地，基本达到电力系统运行不受自然外部环境的影响。应用SCADA系统，全程监控，实行调度一体化，实现快速切除电力设备故障并能及时恢复非故障设备供电，强化了电力系统的可靠性；在高速铁路电力系统中，采用新设备、新技术、新工艺，配置在变配电所采用少维修或免维护设备，配置在站区变配电设备中采用远动智能箱变，配置在贯通线路上采用交联单芯电缆等，从而有效地提高了供电安全可靠性。

2 高速铁路电力贯通线路存在问题及解决办法

由于高速铁路遍布全国乃至全球的差异性，其所涉及的电力贯通线路较长，且需要供电系统更为可靠和稳定，这就需要实时采用全新的供电技术，对高速铁路的运行做出可靠性保障[3]。

2.1 长大贯通电缆接头监控问题及解决办法

目前，我国高速铁路设置贯通线路有二条，分别是综合和一级贯通线路，基本配置为全电缆模式，电缆选型为交联聚乙烯非磁铠装单芯铜芯电缆，敷设在预制好的电力电缆沟槽中或廊道内支架上。贯通电缆一般采用70或95mm2单芯铜芯电缆，按照厂方生产工艺可生产长度达3km无中间接头电缆，根据高铁供电需求现场设计每个供电区段线路可达7—9km，在其线路中设有1～2套中间接头箱，在箱内进行电缆头相连接，每个区段三相贯通电缆共有3—6套中间接头箱。

高速铁路电力设备实行远程监控模式，而高铁贯通电缆接头目前属于在线监测真空地带，又属于故障易发区域，大多电缆中间头敷设在桥梁或隧道内及护网内，一旦发生电缆头故障，造成贯通线路开口运行，在高铁运行条件下又不能及时排查或恢复，供电可靠性降低，对高铁安全供电造成严重的影响。其解决方法是，研发一套远程监测系统， 正常时实时监测高铁贯通线电缆中间接头运行工况，形成状态监测、历史记录数据库；异常时即时告警，实时自动区分故障区间、故障电缆，并自动提示接头与本体异常数据，确定电缆头故障点所在里程。

2.2 贯通线电容电流补偿问题及解决办法

当电力系统运行时，由于贯通电缆线路具有相对地及相间电容，在单相接地和正常供电时，均有电容电流流过。全电缆贯通线路与架空线路相比，电容量提高了几十倍，导致高速铁路电力贯通线路无功功率增大几十倍。为使电力贯通线路及整个电力系统平衡无功功率，在贯通线路上或分散补偿或集中补偿，配置了并联电抗器，以此来抵消这部分容性无功功率。并联电抗器按照全贯通线路满载运行配置容量，由于高速铁路电力负荷率较小，可达20—30%，在这样轻载或空载情况下，电抗器投入多，造成过补偿，电抗器投入少，造成欠补偿，电抗器投入多少，才能满载无功功率的平衡，即功率因数达到90%及以上呢？在这样轻载或空载情况下，不考虑电抗器投切的暂态过程，还存在由于电容电流还将引起电缆线路末端电压的抬升的问题。综合上述运行情况存在的问题，解决的方法是，利用贯通线路的“天窗”时间，对贯通供电臂采取逐个或间隔电抗器投切试验，在配电所监控器上检测供电臂功率因数值和末端电压值，直至达标满足运行条件。

2.3 贯通单芯电缆护层接地问题及解决办法

贯通单芯电缆金属护层单端接地时，感应环流的影响小，其优点是损耗小发热小，其缺点是感应电压有可能超限。降低感应电压的方法是双端接地或缩短单端长度。而双端接地时，因其可靠接地的外露可导电部分，其感应电压不会导致人身伤害，而产生的环流导致电缆本体发热，长期运行将导致绝缘损坏加速绝缘老化；缩短单端长度，增加中间接头，影响供电可靠性。目前从设计的角度采用金属护层连续长度不大于3km考虑，在一端护层接地，另一端加装护层电压限制器，这样既保证了金属护层适当长度，又考虑了金属护层感应电压最大值不超标。问题是护层电压限制器安装在电缆接头箱内，损坏不良不易发现，击穿时造成双端接地方式运行，久而久之绝缘损坏，感应电压增大，危及人身安全。解决办法是，周期检测护层电压限制器，发现不良及时更换。

3 结语

综上所述，随着我国社会的发展与科技的进步，使得高速铁路得以快速发展，作为高速铁路电力系统发展尤为迅速，电力新技术新设备推广应用，使得高速铁路所消耗的能源及所使用的资源逐渐减小，同时保障高速铁路运输更加的快速和安全，为我国高速铁路相关技术填补空白，更为高速铁路提高运行维护管理水平提供参考依据。

参考文献：

[1]李勇，王江峰，何正友，黄立敏.高速铁路牵引供电系统动态模拟综合实验系统的设计与实现[J].电力系统保护与控制，2014，09（12）13：123-128.

[2]杨大丽.高速铁路电力供电系统中新技术新设备的分析与研究[J].科技视界，2014，05（03）09：219-220.

[3]张凉永.高速铁路全电缆电力贯通线的电容电流及其容性无功补偿分析[J].高速铁路技术，2015，06（02）01：27-31+37.