强化牵引供电设备系统能力的思考

雷阳成

（中国铁路南宁局集团有限公司 工电检测所，工程师 广西 南宁 530029）

1 引言

截止2020年，全国铁路营业里程达到14.63万公里，居世界第二；高铁里程达到3.79万公里，居世界第一。与此同时，全国铁路一些主要运输经济指标持续保持世界领先，其中，旅客周转量、货运量、货物周转量、换算周转量多年稳居世界第一，客运量位居世界第二。《新时代交通强国铁路先行规划纲要》更是提出，到2035年，全国铁路网达到20万公里左右，其中高铁7万公里左右，20万人口以上城市实现铁路覆盖，其中50万人口以上城市高铁通达。在这个背景下，既立足现在，又放眼未来，如何用好这张庞大的现代化铁路网，更好地服务国民经济发展大局，对铁路运输生产组织和基础设施技术发展提出了更高的要求。对于牵引供电设备而言，如何支持现实运输生产组织和适应未来基础设施技术发展，成为了重点问题。

2 强化供电设备的意义

现阶段，全国铁路电气化率已经达到72.8%，铁路电力消耗占总能耗的比例已经从2012年的34.1%上升到了2019年的65.5%，电力牵引完成运输任务的比重占80%以上，牵引供电设备在铁路运输生产中的作用举足轻重。但这般重要作用绝非牵引供电单个设备可以做好的，而是要求牵引供电设备整体的作用发挥。因此，无论是现实角度的运输安全畅通，还是长远视野的供电技术发展，都应当关注设备整体、运用系统思维来看待问题，需要强化牵引供电设备系统能力。

2.1 保障运输安全畅通

高强度的运输生产组织和高质量的运输产品供给，基础是运输安全畅通。铁路运输生产中，为工作取流列车的功率总额、排列组合及安全行车提供支撑的，是由牵引供电设备个体系统组成的设备整体，考量的是牵引供电设备系统能力。当牵引供电设备系统能力与运输生产强度不匹配时，会出现自我保护动作引发的停电问题，也会出现短板设备超负荷工作引发的电气或机械问题，还会损害工务、电务等其它基础设施设备，从而干扰运输生产秩序，甚至影响列车运行安全。因此，作为行车设备，要提高牵引供电设备保障运输安全畅通的能力，必然要求强化牵引供电设备系统能力。

2.2 支持供电技术发展

近年来出现的一些设备故障，如回流电缆烧损、PW线烧断、吊弦折断、弹性吊索磨断、电气化钢桥轨枕起火等，本质上都是牵引供电设备个体的电气或机械性能不适应牵引供电设备系统能力输出而反映出的技术问题，根源在技术人员对牵引供电设备整体的系统观念不强，用强化牵引供电设备系统能力来发现和解决技术问题的思想认识不足。随着现代化铁路网的规模扩大、速度提高及运能增加，高速、重载等大负荷电流、高强度振动将带来的供电技术发展，必然会在牵引供电设备系统能力的提升上得到更多的反映和体现。因此，从整体决定部分的角度看待供电技术的发展问题，强化牵引供电系统能力成为了保障供电技术发展的认知引领和实现手段。

3 三个电流通道的建设

铁路运输生产的各个环节，供电技术发展的结果运用，都无法脱离牵引供电设备为列车传递电流这个根本任务。传递电流的必备条件是电流通道。无论是设备整体还是设备个体，无论是电气部件还是机械部件，牵引供电设备的本质用途都是为满足移动弓网小而接触面传递大电流的刚性技术条件，塑造特殊空间几何构造的电流通道。因此，强化牵引供电设备系统能力必然要将电流通道建设作为实践路径。

3.1 三个电流通道的划分

强化牵引供电设备系统能力的结果，最终将体现在运输组织和列车运行都能获得持续高品质电能的可靠程度上。不影响运输生产，以及既快速控制影响面又迅速消除影响点的应急处置原则，要求牵引供电设备系统能力具备正常工作的可持续性、故障响应的快速性以及化解干扰的可屏蔽性的特征。从正常工作、故障响应和化解干扰三个方面考虑，可以把牵引供电设备整体塑造的电流通道划分为三个，即工作通道、故障通道和外物通道。

3.2 三个电流通道的构建

移动弓网小接触面传递大电流的特殊技术要求，决定了牵引供电设备整体是特殊空间几何构造的电流通道，决定了电流通道具有电气和机械双重特性。三个电流通道的构建，除了关注用于导流和绝缘的电气部件，还包括为塑造特殊空间几何构造而用到的机械部件。

工作通道是牵引供电设备系统工作电流的通道，以变压器和牵引网构成的牵引供电主导电回路为主要路径，用于持续可靠向列车传递电能，代表的是牵引供电设备系统能力对工作取流列车的功率总额、排列组合及安全行车的可容纳度。

故障通道是牵引供电设备系统故障电流的通道，以部分牵引供电主导电回路、故障设备个体以及大地为主要路径，用于智能响应不确定性的设备故障，代表的是牵引供电设备系统能力对设备故障影响的可控制度。

外物通道是牵引供电设备系统外来电能电流的通道，以避雷线、避雷针等引雷设备为主要路径，用于规避外界电能伤害，代表的是牵引供电设备系统能力对化解外来电能破坏的可排它度。

3.3 三个电流通道的关系

三个电流通道中，只有工作通道与列车取流直接发生关系，所以，三个电流通道之间无法产生接替互补的作用，只能是并列关系。如果从是否与列车发生取流关系的角度看，工作通道建设为的是改善取流关系，但单一的工作通道终归无法在大概率意义上获得高可靠、可持续的保障，除了工作通道建设之外，还需要故障通道建设在取流关系出现裂痕的时候智能响应来避免进一步恶化，也需要外物通道建设应对外界破坏力量来充当取流关系的保护伞，三个电流通道虽然没有直接的相互关系，但也能做到相辅相成。因此，在牵引供电设备系统能力的统领下，三个电流通道的关系可以用十二个字来形容：三足鼎立、一轴两翼、本同末离。

4 有效治理电气和机械的短板

短板理论指出，木桶的盛水量受组成木板中的短板限制。由于弓网接触产生的电气和机械双重作用，电流通道中电气和机械性能相对薄弱的短板设备，会限制牵引供电设备系统能力。三个电流通道建设应当把有效治理短板设备作为突破口，通过“换短为长”“补短为长”的方式，实现设备个体电气和机械性能整体均衡，以此强化牵引供电设备系统能力。结合三个电流通道的关系，以三个电流通道建设强化牵引供电设备系统能力的基本思路是：以有效治理短板设备为突破，巩固提高电流通道空间几何构造的机械强度，正确引导规制电流通道导流组成部件的电气，确保工作电流、故障电流和外来电流各行其道，不堵塞，不流窜。

4.1 发展短板设备感知体系

牵引供电设备状态绝非一成不变，任何设备个体都有成为短板设备的风险。发展短板设备感知体系，是实践“预防为主”运行维修方针的重要内容，目的是在牵引供电设备系统能力输出的统领下，捕捉设备状态变化，感知电流通道的电气和机械薄弱点。但无论成因是先天不足，还是后天变质，短板设备几乎都是在使用过程中显现出来的，感知体系应当以现实的运输生产组织和设备运行条件为考量，不完全拘泥于设计、施工和产品所提供的原始条件。

在电气性能方面，以牵引变压器为龙头核定供电能力，对接机车牵引定数、车型、额定功率、运行密度等运输生产情况，依托智能牵引变电所完善的监测技术、沿线牵引供电设备的测温技术发展以及视频的共享调用等，沿工作通道的路径建立全覆盖温度检测监测体系，及时感知电流热效应凸出的设备个体；研究与牵引供电设备系统实际工况和特点相适应的继电保护理论，加快保护装置工程化应用，提高感知短板设备故障现象的覆盖面和灵敏度；建立气象、地理等自然因素与设备运行状态的大数据库，特别是雷电与跳闸之间的大数据联系，感知容易遭受雷击伤害的薄弱处所。

在机械性能方面，依托铁路供电安全检测监测系统（6C）的发展和完善，通过接触网状态评价理论及方法的应用，及时感知零部件在松、脱、卡、裂、磨、锈、断等方面问题；位于6C盲区的牵引供电设备，严格按要求进行人工巡视检查。

4.2 优化短板设备处置体系

短板设备处置体系，应当按照“状态维修”的原则，建立在短板设备感知体系不断发展的基础上，以抢在短板设备产生破坏性后果之前做到“换短为长”“补短为长”，做好出现破坏性后果的智能响应准备，并在强化牵引供电设备系统能力的技术指引下对短板设备实施运输生产适应性升级改造和更新换代。主要手段是，建立电流通道建设与线路等级、运输生产以及自然环境等因素相配套的牵引供电设备维修策略和技术标准，遵循专业化、机械化、集约化的维修方式，推进以效率为主线的生产组织优化，强化调度指挥体系的智能性，利用科技信息手段驱动流程再造，提高维修队伍的技术素养和纪律观念，推动科研、设计等前沿技术代表的理论革新，引导厂商对产品进行升级换代，把控设备源头质量等，确保不因短板设备而影响到牵引供电设备系统能力的保值增值。

在电气性能方面，按照“凡烧必堵”的思路，从电流热效应凸出的设备个体倒查，分清产生热效应是因为设备个体本身就是导流薄弱点，还是因为有其它电流流窜至设备个体形成了导流薄弱点，然后采用“疏堵结合”的方式，沿工作通道勾勒的路径，针对电流热效应凸出的设备个体，利用补强措施疏通自身导电能力形成的堵点，利用旁路措施来疏通其它电流窜入形成的堵点，利用绝缘措施来封堵电流从电流通道向外流窜的漏点；按照“当机立断”的思路，应对故障通道的不确定性，提高继电保护的敏感性，提高远动系统的可靠性，提高调度指挥的智能性，以便在紧急时刻毫不含糊地精准动作，控制各种故障的影响程度，为快速处理故障修复工作通道创造条件；按照“因势顺导”的思路，在雷电活动频繁的地段，利用避雷线、避雷针等引雷设备引导雷电外来电能从外物通道流通入地，不伤害到工作通道和工务、电务等其它基础设施设备。

在机械性能方面，以保持电流通道的特殊空间几何构造为目的，把弓网机械振动作用和设备个体自然老化作为关注点，结合温度、湿度、盐度等自然环境对设备材质的影响，着重解决松、脱、卡、裂、磨、锈、断等较单纯的机械问题，同时还要注意电气问题和机械问题的相互影响转化，既防止导流绝缘变化引发机械问题，又避免空间位置变化引发电气问题。

5 结语

牵引供电设备系统只是铁路系统的一个子系统。谈论强化牵引供电设备系统能力的问题，需要把握好整体和部分的关系，需要重视牵引供电设备的整体来处理上与下、大与小的关系。也就是，牵引供电设备系统不能成为铁路系统的短板，牵引供电设备个体不能成为设备整体的短板。因此，强化牵引供电设备系统能力的实践，应当以如何服务铁路运输生产组织为目标，以如何治理牵引供电短板设备为问题，才能既支持现实运输生产组织，又适应未来基础设施技术发展。