浅谈铁路牵引变电设备安全稳定性优化

白志军

【摘 要】近年来我国电气化铁路取得了较快的发展，在当前铁路电气化建设过程中，牵引变电设备作为非常关键的设备之一，其直接关系到铁路电气化的安全运行。因此在铁路运行过程中，需要针对牵引变电设备的运行情况及存在的问题进行具体分析，充分运用先进技术来提高铁路牵引变电设备运行的稳定性，并积极采用创新的思维方式，进一步改进和优化铁路牵引变电设备的控制方式，保证其安全、稳定的运行，积极推动我国铁路事业健康、持续的发展。

【关键词】铁路牵引；变电设备；安全稳定

随着社会经济快速的发展，近年来我国铁路建设速度不断加快，特别是电气化铁路建设取得了突飞猛进的发展。牵引变电设备作为铁路电气化建设中非常重要的组成部分，其对于高速铁路运行的安全性和稳定性具有极为重要的意义。在电气化铁路运营过程中，应用牵引变电设备为铁路电力机车提供电能。在铁路运行过程中，牵引变电设备发挥着重要的作用。因此要保证铁路安全稳定的运行，首先需要保证铁路牵引变电设备运行的安全性和稳定性。由于铁路牵引变电设备在运行过程中受到多种外在因素的影响，因此需要运用先进的技术手段，并采取具体的保护措施，优化牵引变电设备控制方式，为铁路正常、稳定、安全的运营打下坚实的基础。

一、高速铁路牵引供电概述

电气化铁路由供电系统和电力机车组成的，其中供电系统包括供电电源和牵引供电系统两部分。供电电源是指为牵引供电系统提供电力的高压变电站及相关的输电线路，牵引供电系统则包括牵引变电站和牵引网两部分。电力机车通过滑动接触方式从牵引网获得电能，通过车载变流器、牵引电机等设备驱动车辆运行。在高速铁路发展之前，我国的牵引供电电源的电压等级一般采用110KV，由于高速铁路的牵引负荷较普速铁路增长较大，为了降低大功率牵引负荷中的谐波、负序等对电网的影响，降低牵引变电所母线电压的波动及线损，高速铁路供电电源一般选用更高的电压等级，如220kV，在西北地区则采用了330kV。高速铁路具有列车运行速度快、行车间隔小、机车牵引功率大等特点，全并联的 AT 供电方式具有牵引供电功率大、供电区间长、供电可靠性高的特点能够较好的满足高速铁路的供电需求。全并联 AT 供电方式是常规 AT 供电方式的特殊形式，将上行与下行的接触网、正馈线及钢轨分别在牵引变电站、AT 变电所、分区所通过横联线并联起来，该供电方式能进一步降低了接触网的单位阻抗，减少了线路电压损耗，改善了供电质量。

二、铁路牵引变电设备的运行现状及问题分析

在现代科技不断进步和发展的形势下，为了确保铁路牵引变电设备的安全稳定运行，需要将先进的工艺和材料应用于铁路电气化系统之中，实现对旧工艺和旧材料的更新改造。在现有的铁路牵引变电设备的运行过程中，存在如下方面的问题：

1、螺栓式T型线夹。这种螺栓式T型线夹主要依赖于压舌的点，来实现导电接触和连接。然而，由于人工压接螺栓的方式难免存在力矩方面的偏差，这就会引发电回路压接不良的问题。同时，由于检修的过程中需要打开T型线夹，其中存在复杂的精密零部件，这就增加了检修作业的难度。另外，由于外在环境的不确定性以及牵引供电设备负荷加大的影响，这就使相对狭小的螺栓式T型线夹出现热积累的现象，存在损坏和烧毁线夹隐患。

2、旧式的网开关接地防雷系统。铁路牵引变电设备容易受到外界环境的干扰和影响，致使其容易出现馈线跳闸的问题，并牵连相邻近的变电设备。同时，旧式的网开关接地防雷系统还存在自身的缺陷性，可能会出现高压大电流反击烧伤牵引变电设备的问题。

3、较长的故障诊断时间。当铁路牵引变电设备出现故障的时候，如果需要较长的故障诊断时间，无疑会贻误维修时机。由于现有的变电所故障告警方式是采用文字告警的方式，并在主接线图的下方显示，容易出现显示信息繁杂而导致故障告警信息被忽略的现象，或者信息过多而导致维修人员筛选和诊断的时间较长的问题，这样，就极大地影响了对铁路牵引变电设备的维修效率。

三、铁路牵引变电子系统主要技术

1、牵引网供电方式。牵引供电系统供电方式应根据负荷大小、线路条件及外部电源等因素确定。从保证动车组供电电压水平和载流能力的要求来看，只要供电系统设计合理，带回流线的直接供电方式TRNF和自耦变压器供电方式AT均能满足高速铁路需要。AT供电方式与TRNF方式相比，具有以下优越性：供电电压高、牵引网单位阻抗小、电压损失小，供电容量大、电能损失小；供电臂长，变电所数量少，可以减少外部电源工程量，减少接触网电分相数量，有利于动车组高速运行；有利于高电能的传输和接触网悬挂系统轻型化设计，并满足进一步提高运输能力的需要。依据300-350 km/h高速铁路、16辆编组时牵引负荷特点，长大干线高速铁路牵引网应优先采用2×25 kV的AT供电方式；对于枢纽地区的联络线、动车组走行线及动车段（所）等可采用1×25 kV的TRNF供电方式。

2、牵引变压器结线形式。牵引变压器结线形式选择不仅要考虑其能够满足高速铁路牵引供电质量的要求，还应考虑提高变压器的容量利用率、节约能源、降低运营费用等因素。单相结线变压器的优点是：变压器容量利用率高，一次设备简单，有利于动车组再生制动时，产生电能的内部平衡消耗；接触网电分相数量较其他形式减少一半，有利于动车组的高速运行。其缺点是：产生的负序较大，对电力系统短路容量要求高。三相V-V接线变压器的特点是：结构简单、容量利用率高，产生的负序小，可以根据每个供电臂的实际负荷情况单独选取容量；三相-二相平衡接线变压器的特点是：过载能力强，产生的负序影响小。结合高速铁路需求和各种变压器接線方式的技术特点，牵引变压器接线形式应根据各地电网的具体情况和牵引变压器的容量综合确定，优先采用单相结线。远期牵引变电所安装容量较大的，可预留V-V接线条件；电力系统短路容量小或牵引变压器安装容量大时，应采用V-V接线形式。

3、牵引网的接地与回流。由于采用无砟轨道，钢轨对地的泄漏电阻增大、列车牵引电流和牵引网短路电流大，与人身和设备安全相关的接触电压和钢轨电位要比常规铁路升高许多，必须采用技术手段将其降低至安全标准范围内。沿线接触网和牵引变电各所的接地应纳入综合接地系统，为降低钢轨电位，应根据具体计算确定上、下行保护线（或回流线）是否采用每间隔一定距离设过轨并联。

四、铁路牵引变电设备的安全稳定性的措施

1、运用新工艺和新材料，提升铁路牵引变电设备的运行安全稳定性。针对原有的螺栓式T型线夹存在主导电回路压接不良、维修不便、热积累的现象和问题，可以采用新型的压接式线夹替代原有的螺栓式T型线夹，这是由其优势性能所决定的，具体表现为：这种新型的压接式线夹在不同的截面条件下，可以由相配套口径的压接钳设备，进行一次压接成型，从而极大地避免了原有的螺栓式T型线夹因人工紧固而产生的力矩不均衡的现象，有效地避免牵引变电设备的主导电回路发热损毁的现象。这种新型的压接式线夹不同于旧式的螺栓式T型线夹，旧式的螺栓式T型线夹有8个螺栓，而新型的压接式线夹只有两个螺栓，并且采用双备母并带防松的锁片，具有维修便利的优点。经过实践，这种新型的压接式线夹在实际运行中效果良好。

2、补强接地及防雷保护措施

为了提升铁路牵引变电设备的运行安全性和稳定性，要针对铁路牵引供电设备中接触网受环境影响因素明显的特点，对原有的网开关接地防雷系统进行如下优化措施，以更好地提升铁路牵引变电设备的运行效能。

（1）补强铁路牵引变电设备中的接触网分相处电动隔离开关的本体接地和机构箱接地，改变原网开关接地防雷系统中的接触网分相隔离开关本体和机构箱共用接地的现象，将铁路牵引变电设备的开关本体和机构箱接地进行分开设置，并使高压和低压接地分隔，这样就可以较好地避免铁路牵引变电设备的接触网故障状态时的高压大电流对低压变电设备的影响。

（2）通过添加防浪涌保护器的措施，提升铁路牵引变电设备的防雷能力。在添加防浪涌保护器的设计和举措过程中，添加方式是由变电所向接触网开关供电电源、接触网分相机构箱内的电源线路的前端布设和添加，通过这种增设防雷保护装置的方式，获得更佳的防雷效果。

（3）为了避免铁路牵引变电设备的放电现象，可以采用在接触网隔离开关机构箱的底部加装绝缘板的方式，实现对二次线的整理，并使其与箱体保持适当的距离。由此可见，我们要汲取原有的铁路牵引变电设备的接地系统中存在的问题，针对其接地状况及无防雷保护的状态，采用针对性的举措，以更好地增强和提升铁路牵引变电设备的安全性和稳定性，通过不同的整治措施，减少或者避免因接触网绝缘子闪络而引发的低压设备的烧坏现象。

3、缩短对铁路牵引变电设备的故障判定和诊断时间。对原有变电所出现告警信息繁杂而导致故障诊断和判定时间延长的问题，我们要创新思维，注重在第一时间内快速筛选和诊断铁路牵引变电设备的故障，在能满足系统的功能条件下，可以对原有的变电所的控制后台加以改进和优化，调用自带的软件，对原系统中文字告警的问题，采用虚拟光字牌，对于告警信息繁杂的问题，可以对铁路牵引变电设备中的信息进行分类显示、分颜色显示，如：红色表示正常运行状态；绿色表示告警信号等，这样可以在值班人员日常巡视的时候，及时快速地发現牵引变电设备的故障信息，如：控制回路断线等故障，有利于工作人员快速实现对故障信息的甄别和判断，从而及时实现对故障的处理。

4、优化电力、牵引变电设备的控制方式。在铁路牵引变电设备的运行之中，为了增强其安全性和稳定性，还可以通过对其控制方式的优化改进方式，更好地减少设备的故障状态。目前交直流系统主要采用的电源是10kV和27.5kV的电源，并以10kV的电源为主要供应电源，然而这种供应方式容易受到外界因素的影响，还存在极其频繁的单相接地问题，在缺乏低压断相保护的条件下，致使交直流设备受到烧伤和损坏，可以对牵引变电设备的控制方式加以改进和优化，在10kV电源的低压一侧，加装断相保护，这样可以在线路单相接地的时候，较好地闭锁低压电源的“倒切”现象。并且，还可以采用加装延时装置避免低压回路来回切换的问题，有效地规避线路故障后备投、重合闸等时限，减少低压设备频繁切换产生的冲击，提升铁路牵引变电设备的安全性和稳定性。

总之，我国铁路电气化的建设进程中，铁路牵引变电设备是关键的重要设备，对于铁路电气化运行有极其密切的影响和联系。为了进一步提升铁路牵引变电设备的运行安全性和稳定性，我们需要对铁路牵引变电设备的影响因素和存在的共性问题，进行深入而全面的分析，要注意总结经验、汲取教训，运用先进的科技技术和材料，提升铁路牵引变电设备的稳定性，还要用创新的思想，对铁路牵引变电设备的控制方式加以改进和优化，以更好地推动我国铁路事业的发展。

参考文献：

[1] 余心沪.变电设备运维、检修中的应用分析[J].科技创新与应用，2017（3）：184.

[2] 蒋先国，景德炎.变电设备检修试验中的问题与应对策略[J].农村电气化.2016（6）：61.

[3] 武凯，张姝丽.变电设备试验存在的问题及对策研究[J].科技传播，2017（14）：72.

[4] 赵武忠.试析变电设备运行与维护[J].电子技术与软件工程，2016（18）：18.

[5] 范贺明.变电设备检修试验中的问题与应对策略[J].农村电气化，2016（6）：61.

（作者单位：神华包神铁路有限责任公司内蒙古鄂尔多斯市）