铁路电力供电系统关键技术分析

刘全虎

（中铁十一局集团有限公司，湖北武汉，430000）

0 前言

近些年来，随着我国铁路建设事业的不断发展，铁路行业内部对于铁路电力系统运输规划工作进行了统筹推进与合理部署。其中，要求铁路行业工作人员应该深刻意识到铁路电力系统的重要性，并主动结合铁路电力系统的运输职能从多个方面保障铁路电力系统安全稳定且高效运营。一般来说，铁路供配电系统主要由外部电源变配电所以及高压电力贯通线路等构成，在运行过程中为进一步增强铁路电力系统管理水平，工作人员主动结合计算机以及先进通信技术，实现对铁路电力供电系统运行过程的控制管理，以减少铁路电力供电系统运行失误问题。

1 铁路电力供电系统组成及原则特点分析

1.1 系统组成

铁路电力供电系统在结构组成方面，主要由铁路沿线变配电所、贯通电力线路以及室外照明、动力配线、监控设备等组成。在运行过程中，上述系统需要始终保持协调运作的互动关系，以增强铁路电力供电系统运行质量安全。近些年来，随着我国智能化管控技术以及自动化生产技术水平的不断增强，铁路电力供电系统主动结合智能化以及自动化技术，实现对电力供电系统运行全过程的监督管控。如何利用机电设备监控系统以及消防自动报警系统等，规避以往人工管理存在的失误问题，进一步增强电力供电系统运行安全性与可靠性。

1.2 供电原则

对于高速铁路电力供电系统而言，在供电原则的确立上，需要从以下三个方面进行研究与分析：一方面，电力供电系统必须严格秉持客运专线安全以及可靠供电的理念要求，并主动从免维护、少维修以及实现无人值守等原则方面，对当前铁路电力供电系统进行健全与完善，以保障铁路电力供电系统始终处于安全可靠的运行状态。另一方面，电力供电系统应该结合各用电设备的实际需求，从可靠、安全用电等理念角度对各级供配电系统之间的匹配性进行研究与分析。除不可抗拒因素之外或者故意损坏之外，铁路电力供电系统在可靠性方面必须满足全天候不间断运行需求，其中，包括维修天窗时间。

除此之外，铁路电力供电系统在设备标准方面应该严格按照模数化以及标准化等理念要求，尽量减少维护以及维修成本。

1.3 供电特点

结合以往的运行经验来看，铁路电力供电系统在供电特点表现方面主要如下述：

(1)铁路电力供电系统电压等级相对较低，且变电所结构单一。对于我国多数高速铁路运行工作而言，在电压等级方面均表现为要求较低情况，结合实际情况来看。高速铁路在供电系统使用标准上，多以10kv或者35kv变电所为主。与此同时，这些变电所在结构方面表现较为单一，且在用电负荷上需求较少。

(2)铁路电力供电系统在接线形式上表现相对简单。与其他电力供电系统不同，铁路电力供电系统在接线形式上主要以单一辐射状网络为主。其中，铁路变电所需要按照铁路方向沿线进行合理布置。并按照科学合理的连接方式，确保其可以形成连续的供电模式。结合以往的经验来看，在该种模式下，接线方式可以分为自闭线与贯通线两种。一般来说，铁路中的连接线可以实现各个变电所之间的有效连接，为铁路安全运行提供可靠电源。

(3)铁路电力供电系统在可靠性与安全性要求方面表现较为严格。客观角度上来看，铁路电力系统承担着调度指挥铁路运输生产、旅客服务等供电任务，可以视为保障铁路运输质量安全以及高效运营的重要设施，因此在运行可靠性与安全性要求方面表现严格。虽然铁路供电系统在接线形式上表现相对简单，但是在整个过程中供电中断时间必须严格控制在标准范围之内，一般都不可以超过150s。如果超过这个限定时间，就很容易对高速铁路安全运行构成威胁。

2 铁路电力供电系统关键技术分析

2.1 配电自动化控制形式

2.1.1 分布控制

分布控制方式基本上可以视为配电自动化控制体系的重要组成内容，主要通过将传统铁路供电系统中的集成保护方式以及电子保护方式转变为配电自动化方式，确保数据测量以及通信监控等过程可以实现一体化发展目标。因配电自动化终端具有故障诊断以及隔离功能，不需要通过主站就可以实现对整个供电系统的调整优化，并且可以在一定程度上实现对铁路供电系统的重组。

一般来说，分布控制方式可以从电流技术性与电压时间性两个方式面进行应用实践。但是需要注意的是，因分布控制方法具有重合功能，不太适用于分段较多的铁路当中。而对于接线相对简单的铁路供电系统而言，建议工作人员可优先使用分布控制方法进行操控管理。

2.1.2 集中控制

所谓的集中控制方式主要是指系统可以将配电系统终端所获取到的故障信息反馈到主站当中。有主站对所反馈的故障信息进行统一处理，并经过精准计算以及分析之后，确立科学合理的恢复方案进行用实践，最终将该方案反馈到配电系统终端当中。结合实际应用经验来看，集中控制方式在可靠性与安全性方面要求较为严格，一般都要求工业系统具有较高的可靠性与安全性，以确保可以提供较高速度的信息指令，并完成相关命令。这样一来，基本上可以实现对故障的隔离与有效处理。

结合以往的硬经验来看，集中控制方式在功能体现方面主要为：一是配电自动化终端相关装置可实现对系统全过程运行的监测分析，并根据分析反馈结果，将所采集到的信息传至到主站控制中心当中；二是通过主站控制中心对上传信息进行统一处理，根据处理结果对当前故障点位置进行合理定位。并结合故障点问题表现提出针对性解决方案，确保系统整体运行质量安全；三是主站可以完成对整个供电系统的集中管控与监督管理，可谓供电系统运行质量安全提供保障。结合当前应用实践情况来看，我国多数客运专线均会利用集中控制方式进行操控管理。

2.2 电力贯通电缆线路的电容电流补偿分析

对于铁路供电系统运行工作而言，贯通线的电缆线路常常会存在对地电容问题。当对地电容问题表现过于明显时，可能会在运行过程中出现电缆线路相间以及电缆线路电容电流问题。举例而言，可能会出现变压器电压过载、电弧重燃以及电容无功过剩现象问题。当上述问题表现过于明显时，就很容易对铁路电力供电系统整体运行质量构成威胁。为及时处理这一问题，研究人员重点对长距离10kv电力贯通电缆线路进行了实践研究，如着重针对其电缆线路电容电流补偿问题进行了研究分析。

其中，为确保供电系统的运行稳定性，研究人员主动利用并联补偿电抗器进行应用实践。在补偿方式的选择上，主要可以从在变电所设置动态补偿设备以及在贯通线上设置分散并联补偿仪器等方式手段进行处理。需要注意的是，结合我国实际铁路电力运行情况来看，多以第二种方式为主。且在贯通线的确立方面，基本每隔10km左右就会设置电抗器，目的在于及时完成对电流电容的补偿处理。根据应用反馈情况来看，通过科学利用上述方式进行处理，基本上可以增强铁路供电系统的运行可靠性与安全性。

2.3 贯通线中性点接地方式的合理选择

结合我国电力贯通线运行情况来看，多数均以架空线路为主。究其原因，主要是因为架空线路在电缆线路方面相对较少，且电容电流较小，在安全性与可靠性方面表现较强。最重要的是，该线路方式可在10kv供电系统中，不采取中线点接地方式。但是需要注意的是，如果在高速铁路运行中出现线路单相接地情况，这种接线方式可能会产生较大的电压电流，容易对铁路电力系统安全运行构成威胁。因此，建议在高速铁路中应该利用中性点接地方式进行处理，以确保高速铁路供电整体可靠性得以深化加强。

2.4 电力贯通线电缆金属护层接地方式

对于电力贯通线电缆金属护层接地方式而言，在接地方式的选择上，主要可以从一端单点接地、中央单点直接接地与两端直接接地方式进行合理选择与应用。结合当前应用实践情况来看，我国大多数高速铁路在电力供电系统贯通线电缆金属护层接地方式的选择上均会以一端单点接地为主。究其原因，主要是因为高速铁路电力贯通线电缆长度一般均在4km以内，利用中央单点接地方式可能会增加其运行的风险性。而利用单点直接接地方式，可保障电缆技术护层安全，并减少运行隐患问题。最重要的是，这种接地方式所涉及到的成本费用较少，利于促进高速铁路运行经济效益。

2.5 电力远动控制系统分析

铁路远动控制系统在一定程度上可以为铁路电力供电系统高效运行提供良好的质量保障。究其原因，主要是因为电力远动系统集成计算机网络以及通信技术，立足于铁路电力系统运行实际情况，对铁路沿线范围所覆盖的10kv配电所以及贯通电力线路等进行全过程自动化监控与管理。与常规控制系统不同，该系统可以实现对高低电压以及电流等参数的监控管理，实现无人值守以及远程控制目标。最重要的是，如果供电系统运行过程中出现质量隐患问题，该系统可以利用线路故障检测功能以及远程控制功能，完成对故障问题的自动判断以及切除。除此之外，该控制系统中的调度主站可完成调度员人机交互功能，减少以往人工操作存在的失误问题。

3 铁路电力供电系统可靠性提升要点分析

因铁路电力供电系统运行过程所涉及到的要素问题较多，在前期规划设计中，相关人员应该立足于铁路电力供电系统可靠性运行标准，从多个方面针对铁路电力供电系统运行安全影响因素进行准确识别与科学预防。并在此基础上，主动结合铁路电力供电系统运行技术前沿发展动态，从以下几个方面提升铁路电力供电系统运行可靠性。

一方面，高速铁路电力供电系统中的变电所应该严格按照国家设计标准，配备好相应设施。与此同时，高速铁路电力供电系统应根据高速铁路运行实际需求，选择合适的供电设备进行安全应用，以避免出现运行隐患问题。在选择相关电力设备时，工作人员应该始终坚持将设备质量为选择标准。主动结合相关标准内容，对辅助设备进行合理配置与应用。需要注意的是，所选择的电力系统及相关设备必须具有较强的抗干扰能力，以避免受到自然因素以及运行因素的影响而出现运行失误问题。

另一方面，从事于高速铁路电力系统运行维护的工作人员，应该深刻意识到自身岗位职责的重要性。应定期做好高速铁路电力系统的运行维护工作，并按照相关规范标准内容，对高速铁路，电力系统运行全过程进行监督管理，以防止出现运行隐患问题。期间，相关工作人员在维护铁路电力供电系统时，应该结合铁路电力供电系统运行数据情况，对当前铁路电力供电系统运行状态进行动态把握。如果发现异常运行问题，必须加以及时处理。