高速铁路牵引供电故障对动车组 运行影响及应急处置研究

李道德，刘长利，张 韬

（1.中铁第一勘察设计院集团有限公司 轨道交通工程信息化国家重点实验室，陕西 西安 710043；2.中铁第一勘察设计院集团有限公司 电气化院，陕西 西安 710043；3.中国铁路郑州局集团有限公司 供电处，河南 郑州 450052）

0 引言

高速铁路调度系统是涉及行车组织、机车车辆（动车组）、通信信号、牵引供电、防灾报警、维护救援等多个方面的综合管理系统。非正常情况下的调度指挥属于高速铁路运营面对突发事件的应急处置，而牵引供电故障是高速铁路应急处置的重要诱发因素，其往往与自然灾害、不良天气等因素交互耦合，导致高速铁路应急处置难度大、耗时长。高速铁路牵引供电系统与地方电力系统相比，在用途、供电方式及可靠性要求等方面存在较大的差异。在用途方面，牵引供电系统是为动车组供电，供电负荷为移动负荷；在供电方式上，牵引变电所为供电臂提供唯一电源，供电臂采用全并联AT单边供电，具有独特的网络结构；在供电可靠性方面，牵引供电系统无差别地为每列动车组提供不间断供电，旅客在封闭线路和车箱内乘坐出行，动车组停电且空调失效超过20 min需打开车门并通知救援，具有特定性和时效性，可靠性要求较高。

高速铁路牵引供电系统可实现故障诊断、预警及自愈重构等功能[1-2]，目前我国学者主要开展牵引变电所的智能化研究[3-5]。牵引供电系统的自愈重构能力对供电持续性和动车组的安全运行非常重要，刘长利[6]提出以接触网供电分段为单元的自愈重构模式，找出自愈重构的薄弱环节为接触网开关，并提出快速自愈重构技术；杨少伟[7]借鉴配电网故障恢复技术，建立了适用于牵引供电系统的重组自愈专家系统模型；姚小军[8]将配网馈线自动化的理念引入牵引供电系统，开展了供电故障隔离与恢复自动化的研究。总体而言，目前铁路行业对高速铁路牵引供电故障的应急处置问题研究较少，在牵引供电故障对动车组运行影响及铁路智能调度等方面尚处于探索阶段，应以减少行车影响、先通后复、缩小停电范围、尽快恢复供电等为原则，开展高速铁路牵引供电故障时应急处置问题的深化研究。分析高速铁路牵引供电系统的网络结构和故障特点，划分出自愈控制和网络重构模式，量化分析不同模式对动车组运行的影响，建立行车调度与供电调度的联合应急处置体系，明确供电调度端的应急操作内容，并考虑纳入铁路智能调度指挥系统。

1 牵引供电故障的自愈重构模式

牵引供电故障的自愈重构模式可分为自愈控制模式和网络重构模式。瞬时性、可恢复性故障采用自愈控制模式，部分可恢复性、不可恢复故障则需要采用网络重构模式。根据高速铁路牵引供电系统特点及沿线供电设施分布情况，网络重构模式又可细分为供电臂重构和供电分段重构2种模式。

实际上，毛毡材料也可以与其他不同的材料组合。材料作为艺术家们传达概念的载体，与生俱来的背负了这一重任。也只有最相得益彰的两种材料的结合才能符合艺术家的高要求，准确的表达艺术家的感情及概念。

1.1 自愈控制模式

自愈控制模式分为故障预防和故障自愈。在故障预防方面，牵引供电系统通过对牵引变压器和高压设备进行智能化升级，并采用故障预测与健康管理PHM、接触网6C检测等手段，实现变电设备和接触网的故障预警、故障快速诊断、设备与系统健康评估、系统可靠性分析与风险评估等。

对于可恢复性故障，变电设备主要依靠主备开关进行设备切换来实现。牵引变电所通常为两回独立电源进线且采用热备用方式，牵引变压器、自耦变压器均采用固定冷备用方式，牵引变电所、分区所、AT所的断路器等变电设备发生单点故障时，利用备用进线自动投入装置（以下简称“备自投”），可实现快速切换至备用设备并恢复供电。牵引变电所、分区所及AT所备自投网络结构如图1所示。

1.2 网络重构模式

（1）自愈控制模式下的应急操作。高速铁路牵引变电所、分区所、AT所的断路器等变电设备发生单点故障时，通过所内综合自动化系统实现就地保护测控和备自投，快速切换至备用设备并恢复供电。接触网属于无备用运行，当接触网发生故障引起停电时，牵引变电所的断路器将进行自动重合闸一次，重合闸失败后，由铁路局集团公司供电调度进行试送电，如果为瞬时性故障可恢复正常供电，如果试送电失败，则无法实现故障自愈，转为供电臂重构模式。

（2）供电分段重构模式。随着我国高速铁路通车里程不断增加，高速铁路弓网事故、接触网故障时有发生，为了减少区间动车组停车，保障铁路运输的正常秩序，应缩小接触网停电的影响范围。目前供电分段是接触网的最小停电单元，因此，可采用供电分段重构模式降低故障影响。供电分段是在供电臂的基础上由电分段（绝缘锚段关节或分段绝缘器）细分出来的独立电路，利用电动隔离开关进行连接或隔离。在1个供电臂内的供电分段划分以下3项：①车站咽喉区处设置的绝缘锚段关节，隧道内或隧道口设置的绝缘锚段关节，AT所附近设置的绝缘锚段关节；②大型客站、铁路枢纽的站场内供电分束，增设的分段绝缘器或绝缘锚段关节；③车站接触网V型停电天窗，在咽喉区八字渡线处设置的绝缘锚段关节。高速铁路沿线除了设置有牵引变电所、分区所及AT所等，还有接触网的绝缘锚段关节、分段绝缘器及隔离开关，从而构成高速铁路牵引供电分段布局。高速铁路牵引供电分段的网络结构如图2所示。

2 自愈重构模式对动车组运行的影响分析

2.1 对追踪间距及惰行方式的影响

按照行车组织规则计算出高速铁路区间动车组追踪运行间距，测算供电臂或供电分段内动车组运行数量，从而量化分析不同供电故障对动车组运行的影响。按照动车组运行速度和追踪间隔时间等数据，计算动车组追踪间距，采用公式 ⑴ 表示。

式中：v为动车组运行速度，km/h；I追为动车组追踪间隔时间，min。

动车组运行速度分为正常速度和限速，将高峰期紧密运行视为正常运行状态，恶劣天气、高速铁路设施故障及动车组故障时视为限速运行状态。我国高速铁路分为200 km/h，250 km/h，300 km/h，350 km/h， 380 km/h等运行速度等级，目前正在研发400 km/h 和450 km/h等级高速铁路技术，以此定为正常运行速度；在《铁路技术管理规程》中规定，极端冰雪天气、反方向行车时限速160 km/h，在极端大风天气、异物侵限报警、动车组故障时限速120 km/h，在雨天防洪地段限速运行45 km/h，以此定为限速工况。动车组追踪间隔时间采用田长海等[9]、王丹彤[10]和李博等[11]的研究成果，动车组在区间追踪运行通常采用区间通过和车站经停2种方式进行分析，其最小追踪间隔时间存在一定差别。综合考虑，动车组运行条件及运行速度、追踪间隔时间如表1所示。

新常态下山东省制造业转型升级评价研究 … …………………………………………… 范秋芳，王 嫚（3．24）

表1 动车组运行条件及运行速度、追踪间隔时间Tab.1 Normal operation conditions, speeds and tracking interval time of EMUs

牵引供电系统的故障源较为复杂，故障排查和处置有一定难度。当供电调度端接收到牵引供电系统故障信息后，供电调度员应协调行车调度员及时采取动车组限速、降弓、扣停等应急措施，当变电所跳闸重合闸成功或试送电成功，判明为未侵入铁路建筑限界的变电设备原因、过负荷或供电线（缆）等原因时，动车组可不需限速、降弓；需要动车组限速或降弓时，限速范围扩大至故障点前后各2 km，当故障点不明确时，按整个供电臂限速。变电所跳闸后试送电失败，该供电臂内停有动车组时，在确认故障地点及性质后，供电调度员通过SCADA远动系统操作接触网隔离开关分合闸，隔离故障点，恢复故障点所在最小停电单元以外的区段供电。综上所述可得，高速铁路行车调度与供电调度联合应急处置体系如图4所示。

另外，在自愈控制模式下，变电设备的备自投约20 s停电引起供电臂内动车组失电，动车组运行可采取不降弓惰行方式。在网络重构模式下，动车组运行也可以采取惰行方式。铁路运营部门在宁杭高速铁路（南京南—杭州东）、杭甬高速铁路（杭州东—宁波）及郑西高速铁路（郑州东—西安北）开展了惰行试验，试验结果表明动车组惰行距离主要受初始速度、线路条件及风速等因素影响，通常情况下动车组惰行通过整个供电臂或半个供电臂是可行的[12-13]，考虑到动车组在车站经停和启动加速问题，目前一般是按半个供电臂（即图2中供电分段S或S′）进行实施，相比较而言，供电分段重构模式有利于实施动车组惰行方案。

2.2 对动车组运行影响评价

上述数据用于3种模式对动车组运行影响的评价，分析如下。

从供电分段方面进行动车组运行分析，以图2所示高速铁路沿线供电分段布局为例，由于AT所附近设有绝缘锚段关节，因而供电臂L上行至少需要划分2个长度分别为10 km左右最基本的供电分段，正常情况下可以分别为1列动车组供电；供电分段S内有座特长隧道细分成3个供电分段单元，供电分段S′内车站细分成3个供电分段单元，因而L上行供电臂内供电分段单元有6个，其中2个供电分段单元可分别为1列动车组供电，在限速情况下每个供电分段单元均可为1列动车组供电。

从供电臂方面进行动车组运行分析，由于牵引供电系统AT供电方式的供电臂长度一般为25 km左右，结合图3数据分析得出，正常运行情况下1个供电臂可为2列动车组供电，限速情况下最多可同时为6列动车组供电。

（1）自愈控制模式对动车组运行的影响较小。牵引变电所、分区所及AT所内设备故障时采用就地倒闸程序切换至备用设备，倒闸操作过程中停电引起动车组暂时失电，倒闸完成后供电臂恢复正常供电。

女警官笑了，聪明人的话。送何良诸走出办公室，沿楼道前行。警察找人谈话，一般是不送的，更不会送这么远． 女警官很客气。何良诸可不客气，没有说“留步”。本来，一个电话打到文化厅，就能办的事，却兴师动众地把他调来。你们的衙门口，太邪乎了。

所谓工分的稀释化，即把非农业生产的工分拿回农业之内进行分配，从而导致工分被稀释、分值下降的现象。这里的“农业”是指狭义上的农业。而造成工分稀释化的原因主要有：国家大量征收的公购粮、农田水利基本建设、文化教育事业、队干的补贴工等。下面将一一进行论述。

（2）供电臂重构模式对动车组运行的影响较大。以供电臂L上行发生故障为例，当供电臂L上行退出时可迫使2列动车组降弓停车，直至故障修复，体现为停电时间较长；当越区供电时可迫使供电臂L上行及相邻供电臂L下行或L′上行内4列动车组临时降弓停车，体现为停电影响范围较大。

（3）供电分段重构模式对动车组运行的影响较小。接触网故障一般影响1个最小停电单元，特殊情况如绝缘锚段关节、分段绝缘器、电分相处发生故障时可涉及相邻2个最小停电单元。当最小停电单元为供电分段时，接触网单点故障停电最多迫使1列动车组降弓停车，供电臂L上行内还有4 ～ 5个供电分段单元可为动车组供电，供电分段重构模式具有较高的供电灵活性。

3 牵引供电故障的应急处置和调度指挥

（2）供电臂重构模式下的应急操作。供电臂重构模式下的应急操作较为简单，由铁路局集团公司供电调度根据继电保护测控数据通过SCADA系统进行程控化操作。供电臂重构模式的降级供电方式及应急操作如表2所示。目前我国高速铁路牵引供电故障普遍采用供电臂重构模式，当运营高峰期动车组紧密运行时，故障供电臂及其相邻供电臂将有多列动车组运行，停电对动车组运行影响问题比较突出。

晶体管的增益随着频率的增加以6 dB/倍频程的速率下降[10]。本文的设计目标是在2～4 GHz的宽频带范围内保持高的增益，且噪声系数尽可能的低。该设计的电路框图如图1所示。

3.1 行车调度与供电调度联合应急处置体系

供电调度系统在局级实现与CTC/TDMS系统接口、通信传输和数据实时共享，使行车调度与供电调度实现信息互动，CTC调度集中系统与SCADA远动系统实现联动和系统自主控制，进而确保安全和效率。行车调度员和供电调度员需时刻掌握本区段的供电状态，当牵引供电系统出现接触网跳闸、电气设备故障或接触网挂异物等异常情况时，应迅速查明故障原因，切除故障点，指示供电抢修车出动等，共同完成应急处置工作。

高速铁路区间动车组追踪间距如图3所示。经分析，当动车组正常运行时，在高速铁路区间的追踪间距可达10 km以上；遇有车站情况下，2列动车组分别进站经停后最小追踪间隔时间加大，动车组追踪间距通常达到20 ～ 35 km。在高速铁路限速运行的特殊情况下，动车组追踪间距在8 ～ 10 km，在雨天防洪区段动车组最小追踪间距为3.75 km。

3.2 供电调度端的应急操作

（1）供电臂重构模式。当变电设备发生严重故障导致整所（牵引变电所、分区所、AT所）故障或供电臂退出运行，或者各所的馈电线、正馈线发生故障时，采用供电臂重构模式。由于继电保护测控系统以供电臂为单元进行测控，因而目前我国高速铁路牵引供电系统普遍采用供电臂重构模式，故障时可采取以下降级供电方案：①系统维持AT供电方式，进一步采取上下行分开供电、V停供电和越区供电等降级供电方式；②系统降级为直接供电方式，进一步采取全并联供电、上下行分开供电、V停供电和越区供电等降级供电方式。

高速铁路动车组运行速度高，行车密度大，而且乘客对出行准点率要求较高，在牵引供电系统出现非正常情况时，依靠铁路局集团公司调度系统和调度人员的相互配合尽快恢复运营，是高速铁路调度指挥工作的重难点。

表2 供电臂重构模式的降级供电方式及应急操作Tab.2 Degraded power supply mode and emergency operation under feeding-section reconfiguration mode

（3）供电分段重构模式下的应急操作。供电分段重构模式下的应急操作较为复杂，牵引变电所重合闸和试送电失败后需要人工介入，由铁路局集团公司供电调度查看继电保护测控系统上传的接触网故障标定数据，并进行远动控制端的故障判断和故障排查，如果故障判断不确定时则需要操控各处接触网开关进行分段试送电操作，找出故障点所在的接触网最小停电单元，随后隔离故障点、恢复故障点以外区段供电。由于接触网运行工况受自然环境影响较大，故障点排查难度较大，特殊情况下将派遣供电段技术人员赴铁路沿线进行现场排查。当接触网故障停电且供电臂内有多列动车组运行时，需要提高倒闸作业效率、故障标定能力及供电调度程控化操作水平，尽快隔离故障点和恢复供电。

3.3 纳入和完善智能调度指挥系统

牵引供电故障的应急处置需要行车调度员与供电调度员之间密切沟通和信息互动，随着高速铁路向智能化方向发展，亟需纳入和完善智能调度指挥系统，以提高应急反应速度、评估判断准确性和决策能力。目前我国铁路智能化主要集中在智能建造、智能装备等方面，但在智能运营的调度指挥方面，智能CTC调度集中系统仍处于V1.0阶段，需要持续进行迭代优化升级。目前智能CTC调度集中系统能够实现智能辅助调整列车运行计划、CTC系统与多系统数据融合、列车安全卡控多样化（与牵引供电、防灾、客票、TDMS等系统实现联动）等功能，其中CTC系统与SCADA远动系统联动可实现接触网停电的流程控制和供电臂状态共享[14-15]。根据所述的3种模式对动车组运行影响的量化分析结果，采用供电臂重构模式进行故障应急操作对动车组运行影响较大，因而建议推广采用供电分段重构模式，并纳入智能调度指挥系统。在完善智能调度指挥系统方面，可考虑开展以下3点工作。

取第二次活化好的四种指示菌菌悬液100 μl在固体琼脂平板上均匀涂布，用镊子将无菌牛津杯轻轻放入培养皿，在水平放置的平皿中均匀地放置3个牛津杯，设置无菌水处理作为空白对照组，编号为0，9个浓度梯度的抑菌悬液编号为1～9，分别预先在培养皿边缘做好编号标记，每个浓度梯度做四个重复处理。加入各个浓度梯度的抗菌肽悬液200 μl于相应编号的牛津杯中，注意不要将抗菌肽悬液加满牛津杯，防止抗菌肽悬液溢出牛津杯外。

（1）研究制订基于供电分段重构模式的牵引供电故障应急处置预案，包括非正常情况下的调度指挥预案和供电调度端远程操作预案，开发应急处置场景模拟仿真系统用于优化应急预案和调度培训，实现列车运行计划的智能动态调整。

（2）加强行车调度与供电调度的信息交互融合，实时采集高速铁路沿线各供电分段的供电状态数据，采用基于数据优先级的信息分层处理规则建立大数据平台，基于大数据平台进一步完善智能调度指挥系统。

“其实，就算真的有了外遇，只要夫妻间还有真爱，有什么不能原谅的呢？”思蓉接着说，“婚姻的基础当然是爱与忠诚，但有时候，在某些特定的时间与环境，在某些瞬间，爱与忠诚，也许可以分开。虽然我们并不鼓励这种忠诚与爱的分开，但事实是，这世界真的存在，并且很多，否则的话，就不会有那么多不美满的家庭。比如你万一出轨的丈夫，也许他只是经受了一次难以抗拒的诱惑，也许他只是个没有玩够的小男孩，骨子里，仍然向往着婚前的那种自由。其实婚姻是什么呢？婚姻就是给自由穿上了一件棉衣，虽然活动不便，但会非常暖和……所以妹妹，你可以试着与他沟通……夫妻间最难的是沟通，最容易的，也是沟通……”

（3）按照简化调度命令、强化调度指挥、优化设备控制和减少人工干预等原则，进一步优化调度指挥系统的决策步骤和工作流程，完善应急辅助决策手段和应急处置管理制度。

推荐理由:王安忆带着历史的长焦，以一贯细腻节制的笔触、熨帖人心的语言，审视书中人物、老宅与城市的命运关系。出生世家的陈书玉，在时代大潮的反复冲击下，与老宅共同经受了一次又一次的修缮和改造，终致人屋一体，互为写照。人物沉浮与老建筑的存亡紧密相连，时代的起落更迭促使陈书玉个人的成长与嬗变，演绎一段低回慢转的上海别传。

4 结束语

牵引供电系统故障时的应急处置，当变电设备发生单点故障时采用自愈控制模式，对动车组运行的影响较小；当变电设备发生严重故障或馈电线、正馈线故障时采用供电臂重构模式，对动车组运行的影响较大；当接触网发生故障时采用供电分段重构模式，对动车组运行的影响较小。与供电臂重构模式相比，供电分段重构模式具有较高的供电灵活性，有利于实施动车组惰行方案。建议完善智能调度指挥系统，建立针对牵引供电故障的行车调度与供电调度联合应急处置体系，明确供电调度端的应急操作内容，在供电分段重构模式的基础上将牵引供电故障应急处置纳入智能调度指挥系统。