铁路电力自动化系统在铁路建设中的应用分析

2019-01-16李春喜

中国设备工程 2019年4期

李春喜

（中交机电工程局有限公司，北京 100088）

随着国家经济的蓬勃发展，人们的交通出行、货物往来愈加频繁，国家对铁路建设也愈发重视，近年来加大了对铁路运输发展的投入。相较于其他运输方式，如公路运输、航空或者航海，铁路运输更为经济，且拥有很好的可靠性，更加节约能源。铁路电力自动化技术作为其中的一项核心技术，它在维持铁路的高速运行及设备的能源供给方面具有不可替代的作用，也为我国的铁路建设提供了新的发展思路。

1 我国铁路运输的发展状况

从蒸汽机时代、内燃机时代和电力机车时代一路走来，我国的铁路发展也是饱经沧桑，到如今取得了举世瞩目的成绩。目前内燃机车牵引列车很明显已经跟不上时代的发展了，电力牵引逐步取代了内燃机车牵引，成为铁路动力来源的主流。

铁路电力系统包括了电力机车、电力系统、通讯设备及控制系统等，相比较其他运输方式在各个指标上具有突出的优势，如运输能力和运输损耗。

2 南广快速铁路电力自动化系统的应用分析

2.1 南广快速铁路简介

南广快速铁路是从南宁到广州的客、货运铁路。共设23个车站，全长500多km，于2014年8月正式通车。该铁路的运输能力达到客车110对/日，货运2000万t/年。南广快速铁路的建成很好的改善了广西、广东两地交通运输能力严重不足的现状。

2.2 电力牵引系统的构成

南广快速铁路电力牵引系统主要由以下3个部分构成，即铁路沿途的27.5kV接触网、变(配）电所、电力牵引机车3个部分构成。电力牵引系统的运行原理是：电厂输送的电能经过升压后由高压输送线路输送至铁路沿途的牵引变电所，然后将远程输送来的高压三相电在变电所降压，转换为27.5kV单相电，通过铁路接触网传送给电力机车作为列车的牵引动力。

2.3 电力牵引系统各部分的主要特点

变（配）电所：它的主要作用是对外部电源的电压及电流进行变换、集中以及分配。通常需要在变电所中对电源进行降压、潮流控制及输电线路、设备的保护，从而确保电能的质量和使用设备的安全。铁路沿途的变电所除了配有电力变压器、控制、测量、监控及通讯的设备以外，还有专门的供电回路：它是由牵引变电所供电到反馈电线，再由反馈线路将电输送到接触网，通过接触网将电输送给电力机车，与钢轨、地或者回流线构成一个闭环的供电回路。

接触网：接触网是指铁路上空所铺设的一条特定形式或者按需定制的输电线路，它主要有以下的4个组成部分：

（1）接触悬挂。接触悬挂是通过支持装置架设在支柱上的特定悬挂装置，由接触线、吊弦、补偿器、承力索构成，在工作过程中，要求接触悬挂的稳定性要足够好，弹性均匀。

（2）支持装置。支持装置发挥的主要功能是支持接触网中的接触悬挂，将接触悬挂上的机械负荷传送给支柱。支持装置的主要构件为腕臂、水平拉杆、绝缘子串和悬挂零件。

（3）定位装置。定位装置的主要功能是固定接触网横向位置的，让接触线水平定位在受电弓滑板的运行轨迹范围内，由定位管、定位器、电连接装置组成。

（4）支柱与基础。它是用来承受接触悬挂、支持和定位装置的全部负荷，并将其固定在要求的位置、高度上。支柱一般分为钢筋混泥土结构及钢结构支柱两种，基础则是埋在地下部分，主要起到固定支柱的作用。

电力机车的工作原理就是通过机车顶部升起的受电弓接触滑触线来得到所需要的电能。每一台电力机的车前后都有一个受电弓，通过司机对其升降进行控制，在受电弓工作的时候，其与接触线的摩擦压力使电能引入机车，从而达到牵引车辆的目的。

2.4 电力自动化系统的应用

由于南广快速铁路接触网采用的是低压单相供电制，系统存在相位不稳定、容易发生电磁干扰等现象，因此，在供电系统的应用上需要对其进行严格的监控。首先，通常采用计算机网络技术，对变电所、接触网回路、电力机车进行实时监控，同时对系统进行远程控制。例如：系统可以借助变电所内的监控设备，检测该变电所的输入、输出回路的功率因素、线电压、电流等信息，通过通信系统上传至监控中心，从而实现远程监测，当出现异常情况时，监控管理软件自动分析故障原因，可以快速找到问题，再运用控制网络进行远程控制，调整参数或控制回路通断，减少故障处置时间及成本。所以，在铁路电力系统中运用自动化手段很重要。

3 铁路电力供电系统实现自动化的关键环节

3.1 健全的数据分析系统

通过对南广快速铁路电力系统进行分析，可以体现出数据分析方面在我国铁路电力自动化系统中具有的突出地位。比如，通过SCADA自动化系统（数据采集与监视控制系统）可以达到自动接收、判断和处理远端实时传输的数据的目的，然后再对数据进行分析处理，包括自动检测、电流数据、开关状态等，再根据反馈的数据，由系统的调度主站进行分析、处理。由此可见，无论是对变电所中监控设备的数据进行定期提取分析，还是在故障时根据数据分析得出的相应结论来为故障处理提供依据，都体现了数据分析的重要作用。

3.2 利用互联网带来的便利充分完善自动化网络系统

利用网络的便利性，铁路管理者可以对电力系统进行从高压供电、变电站、接触网、电力机车的整个电路回路进行有效监控管理。例如，运用网络技术对电网中的高压设备进行线电压、相电压的监控与控制，可以在以下3个方面来进行：一是对高压开关的过载实行远程控制；二是增加了故障及异常情况报警装置，确保故障信息能第一时间发出，并提供准确的故障信息；三是在回路中运用了高压与低压互感器，通过它可以获取供电电流的各项准确数据，同时，在出现故障时也能够快速、准确的判断具体故障设备的位置。

3.3 建设标准健全的设备体系

由于铁路电力系统涉及高压与低压的相互转换，设备间的额定功率更是千差万别，而铁路电力线路采取的是相邻式的供电模式，即一个站接一个站的传递方式。对于庞大的供电系统，过压、过流、欠压、过载等情况是相对来说难以避免。针对此类情况，铁路电力系统可以使用保护装置、自动投入装置和自动重合闸装置作为有效的预防措施，当出现不同类型的电路故障时，切换到不同的动作模式；我们还可以通过添加过载保护、快速断开的方式，来实现对电路进行保护的目的，例如，在铁路沿途变电所内，如果当设备出现过流现象时，保护装置会快速动作以保护电路；如果是短时间的过流现象，主送所会做出断电保护的动作，这种情况下，在故障处与主送所的线路会出现一次过电流现象，而在故障的下一段线路上则不会出现过电流现象，因此，在备用电源自动投入装置动作时，并不会影响到输送电能的持续性；二是永久性的电路故障，首先主送所的断路保护开关会断开，然后备用电源会进行一次自投动作，而主所也会进行一次自动重合闸的动作。进行动作之后，它们都会再次自动断开，保证这不会对线路造成损害。因为在备用电源自投和自动重合闸的动作执行过程中，由于备用电源自投动作的延时性，它们产生的电流时间不同，在故障点与重合闸处有2次过电流产生，而在另一端，只会发生一次。标准健全的过载保护装置在铁路供电系统中可以很好的保护设备，保证供电质量，所以，建立标准健全的设备体系，可以对供电设备进行有效的保护，同时确保整个供电系统安全、稳定的运行。