铁路电力供电系统关键技术

祁廷海

中铁十七局集团电气化工程有限公司 山西 太原 030000

引言

随着我国铁路建设事业的稳步发展，对铁路电力供电系统的运行效率和可靠性提出了更高的要求。目前，铁路行业内部基于铁路电力供电系统运输规划工作进行了整体性部署，要求铁路行业的相关工作人员意识到电力供电系统的重要性，能够根据电力系统的运输职能，采用相应的技术，优化电力供电系统的运行稳定性，保障电力供电系统安全、高效。

1 铁路电力供电系统组成及其特征

1.1 铁路电力供电系统组成

我国铁路电力供电系统的基本结构为铁路沿线变配电所、高压电力贯通线路、室外照明、监控设备、动力配线等。在此基础上，各铁路电力供电系统还引进了智能化技术与自动化技术，旨在对电力系统的运行情况进行全程监控，确保所有系统下属的所有结构能始终保持协同运作的互动关系。如在电力供电系统内，加设消防自动报警系统或机电设备监控系统等，均可有效提高电力供电系统的运行质量与运行安全系数。

1.2 铁路电力供电系统的主要特征

1.2.1 系统电压等级较低。通常铁路电力供电系统的变电所结构单一、电压等级较低。我国高速铁路的电力供电系统大多为10kV或35kV，变电所用电负荷需求较少。

1.2.2 接线形式较为简单。相较于其他的电力供电系统而言，铁路电力供电系统的接线形式较为简单，通常为单一辐射状网络。在接线时，仅需按铁路方向在其沿线合理布设，采取科学的接线方式便可形成连续性的供电模式[1]。铁路电力供电系统的接线方式包括自闭线和贯通线两种，通过连续线将各个变电所有序连接在一起后，便可以为铁路的运行提供较为可靠的电能供应。

1.2.3 安全性与可靠性要求较高。铁路的电力供电系统需要为铁路调度指挥、运输生产、旅客服务等多项服务提供电力保障。可以说，铁力电力供电系统是保障铁路运输质量运输、安全的重要基础。因此，虽然我国铁路电力供电系统的接线形式较为简单，但电力供应系统运行的安全性与可靠性必须要得到保障。如铁路电力供电系统需中断供电，务必要将中断时间控制在150s内，一旦超过150s，就有可能会影响到铁路的运行安全。

2 铁路电力供电系统关键技术详解

2.1 供电系统配电自动化控制设计

2.1.1 集中控制模式。铁路电力供电系统的集中控制模型可以实时反馈供电系统内的各项数据，若存在故障，可第一时间察觉，并由主基站统一消除故障。集中控制模型可以在精密的计算下，快速制定出合理、可行的故障处理方案并有序执行。可以看出，集中控制模式能够在一定程度上解决电力供电系统中的微小故障，同时也可快速传递信息，立即执行对应指令，实现故障分离与故障高效处理。自动化控制中的集中控制模式的功能特征如下：

第一，在集中控制模式下，配电自动化终端能够通过传感器或其他监控设备，对整个供电系统的运行情况做出全面监测与实时分析，并将自动化终端收集到的各项数据直接传输给主控中心，便于后续的集中控制[2]。

第二，在数据传输到主控中心后，由主基站对相应数据进行统一处理和故障定位，能根据结果快速得出故障分析，并给出相应的解决方案或应急处理预案。

第三，在集中控制模式下，主变电站可以对电力系统进行实时监控与集中控制，进一步保障了整个供电系统的运行质量及运行安全性。

2.1.2 分布控制模式。我国铁路电力供电系统中，分布式控制模式是配电自动化控制到主要形式之一，可以在原有的电力系统综合保护与电气保护基础上，加设配电自动化设施或自动化系统设计，实现整个电力供电系统的数据采集与通信监测。配电自动化终端具备故障隔离与故障诊断功能，在供电系统运行时，无须经过主站，便可在分布式控制模式下进行优化与微调，继而提高运行质量。在实践应用中，分布控制模式可以在一定程度上实现电力系统的重构。通常来说，由于分布控制模式的控制作用是互相重叠的，所以分布控制模式仅可用于线路相对简单的供电系统中，不适用于多区间的铁路线路。

2.2 电力贯通电缆线路的电容电流补偿技术

铁路电力供电系统运行时，穿线电缆的接地电容极有可能会出现问题。如果对地电容问题过于突出，则可能会导致电缆导体间的相互干扰性过高，引起电缆线路的电容电流问题。常见的故障或事故包括但不限于变压器电压过载、电容器过度运行以及重复电弧燃烧等。此时，采取电力贯通电缆线路的电容电流补偿技术便可以在一定程度上解决这一问题。为进一步提高电力供电系统的运行稳定性，应在变电站内安装动态补偿机制，或在直线线路上以分散并联的模式安装补偿机构[3]。目前，在我国铁路电力供电系统中，直线上分散并联补偿机构的应用相对广泛。值得注意的是，为了保证电容电流补偿技术的作用效果，确保可及时补偿对地电容，应根据实际情况控制补偿电抗器的安装间距，通常两台电抗器的安装间距为10km。

2.3 贯通线中性点接地技术

架空线路中的电缆数量较小，容量自然也相对较小，其安全性与可靠性可以得到更好的保障，因此，我国铁路输电线路多为架空线路。一般来说，10kV电力系统中的架空线路无须采用中线点接地。但在铁路线路出现单相接地问题时，这类接线方式会产生较大的瞬时电压，会给铁路电力供电系统的正常运营造成负面影响，而采用贯通线中性点接地技术，可规避上述问题带来的负面影响或供电事故，进一步提升铁路供电系统的运行可靠性。

2.4 电力贯通线电缆金属护层接地技术

电力贯通线电缆金属护层接地技术，可以根据具体的接地方式，划分为双端直接接地、单点接地、中心单点直接接地3种。目前我国铁路电力供电系统中主要应用的接地方法为一端单点接地。这是因为我国高速公路的输电线路大多不超过4km，集中单点接地在运行时的稳定性较差，很有可能会使整个线路面临本可避免的运行风险，且一端单点直接接地的方式，能降低供电系统的运营成本及建设成本，可大幅度提高铁路运输的经济效益。

2.5 电力远动控制技术

电力远动控制技术即铁路电力供电系统的远程控制技术，该技术引入了计算机技术与网络通信技术，能够根据当前铁路电力供电系统的运行情况，通过数据传输处理终端，对铁路电力供电系统的实时运行情况做出监测，并执行全自动管理。相较于传统的系统监控方法，远动控制技术可以对10kV配电所及其贯通线路中的高压、低压、电流等多种参数进行全自动化监管，可以实现无人值班及对具体管控目标的遥控管理。若电力供电系统运行过程中出现质量问题，则可根据线路故障检测及远端遥控功能，对故障点位、故障成因进行自动判定，并及时截断或分割故障[4]。与此同时，电力远动控制系统中还搭载了调度中心，可与调度人员间进行人机交互，能有效避免纯人力操作中难以规避的意外或错误。

2.6 全并联AT供电技术

全并联AT供电技术在我国铁路电力供电系统中表现出了极其强劲的优势，并获得了广泛应用。该技术在原有AT网络的基础上进行AT连线，在上、下两端都搭载了一台自耦变压器。在这种情况下，所有AT的正中馈线及AT所处的导线都与轨道呈并联状态，并位于变电站出口处，这意味着此时上、下两条馈线是相同的。而电力供电系统中电网和主馈线的电力具有对称性特征，因此，上、下两条线路间的电流分布是十分相似的，可有效提高牵引网的传输路线长度。相较于传统的单AT供电系统和复线AT供电系统而言，全并联AT供电系统的供电效率更佳，还能够降低线路中的牵引变电站数量，具有较强的经济优势与实用优势。

2.7 接触网检测技术

在高速铁路工程施工过程中，工作人员需要使用由定位器、定位管、支持器和各类连接零件组成的接触网定位装置固定接触线位置，保障动车组可在电弓滑板的运行轨迹范围内活动。同时，也可以避免车组运行期间因电弓与接触线脱离引发安全事故的可能性。接触网检测技术的应用，是为了保障铁路接触网的运行水平，并对接触网当前的运行环境和运行情况进行检测。

2.7.1 接触线拉出值检测技术。接触线拉出值检测技术的核心原理是电磁感应。若微电子靠近接触线一定范围内，便会在电磁感应的作用下生成感应电流，并输出电压信号，这类电压信号会直接上传到微型计算机的数据处理中心，在相应的数据处理与计算后，可以得到接触线的实际拉出值，并对目前接触网的运行性能做出系统评估。在使用接触线拉出值检测技术时，务必要遵循相应的技术规范与操作要求，提高检测的真实性与可靠性。

2.7.2 接触线高度检测技术。接触线高度检测技术需要使用角位移测量法。在应用时，工作人员需要在电弓下部框架处安装传感器，记录传感器得出的数值，并使用标定规算法计算出接触线的实际高度。但在实践应用中，高精度激光测距法极易受到太阳光干扰，可能会导致接触面高度测算结果不准确。

3 铁路电力供电系统运行质量提升要点

铁路的供配电系统的主要构成为外部电源变配电所和高压电力贯通线路等。通过加强铁路电力供电系统的整体管理水平，采用先进的计算机通信技术，对电力供电系统的运行状况加以调控，便可以降低电力供电系统的运行故障率，提升电力供电系统的运行质量。实际上，铁路电力供电系统的运行质量受到多类要素的影响，因此在供电系统的前期规划时，便需相关部门的工作人员立足于电力系统运行的可靠性、稳定性、安全性标准，从多个角度分析可能会影响供电系统运行安全、运行质量的要素，并正确识别安全风险与质量隐患，采用科学的预防策略加以处理，以提升电力供电系统的运行质量。具体来说，可以从以下两个方面入手。

一方面，铁路电力供电系统的变电所设计，应严格按照国家相关设计标准执行，确保变电所设施配置完善。同时，应考虑到高速铁路的运行需求，选择适宜的供电设备组建电力供电系统，将供电设备的质量安全系数作为第一要素，避免因供电设备不合规格导致的各类安全隐患。最后，根据国家相关标准、法规条例，合理配置各项辅助设备。值得注意的是，在设计电力供电系统时，需要确保所选的设备与整个系统的抗干扰能力过关，避免各种客观自然因素导致的运行失误。

另一方面，需加强相关人员的职业素养。所有铁路电力供电系统的运行维护人员都要深刻意识到自身的岗位与职责，明确工作的重要性，定期开展电力供电系统的运行维护管理工作，严格按照相关规范及标准，对电力供电系统的运行全过程进行细致、严格的监督管理，避免运行故障。在日常运维工作中，要实时查看电力供电系统运行的详细数据，并从整体上把握供电系统的运行动态，在察觉到质量隐患或安全风险时，应第一时间分析原因并制定处理方案，及时排查隐患。

4 结束语

随着社会经济水平的持续发展，人们对交通的需求日益提升，我国铁路建设因此迎来了崭新的发展机遇，同时也面临着时代发展的巨大挑战。对铁路电力供电系统的关键技术进行深度研究与整体性分析，能够进一步提高供电系统运行的稳定性，为铁路运行提供安全保障。在全新的时代背景下，应通过供电系统配电自动化控制设计、电力贯通电缆线路的电容电流补偿技术、贯通线中性点接地技术、电力贯通线电缆金属保护层接地技术、电力远动控制技术、全并联AT供电技术与接触网检测技术，全力提升电力供电系统的可靠性、稳定性，使其成为我国高速铁路发展的重要保障。