高速电气化铁路牵引供电安全管理研究

樊少杰

摘 要：牵引供电系统在高速电气化铁路中具有重要的作用，高速电气化铁路牵引供电系统的安全性和可靠性是高速电气化铁路运行无故障的重要的前提。本文旨在对高速电气化铁路牵引供电系统安全运行管理方法进行分析，从而提出了高速电气化铁路牵引供电系统安全管理的相关的措施，对保证牵引供电系统的稳定性和安全性具有一定的意义。

关键词：高速电气化铁路 牵引供电 安全管理

中图分类号：TU714文献标识码： A

一、牵引供电系统的组成

牵引供电系统主要包括牵引变电所和接触网。其电流的回路是:变电所一馈电线一接触网一电力机车一钢轨一回流联接一(牵引变电所)接地网组成的闭合回路，其主要功能是:将地方电力系统的电源(110 kV或220kV)引入牵引变电所，通过牵引变压器变压为适合电力机车运行的电压制式(25kV或2 X 25kV )，通过馈出线引至接触网，电力机车通过其上安装的受电弓从接触网获得连续电能。

图1电气化铁道供电系统示意图

二、牵引供电方式

1、直接供电方式(TR)

直接供电方式较为简单，是将牵引变电所输出的电能直接供给电力机车的一种供电方式。直供方式的优点:结构简单、投资省;缺点:由于牵引供电系统为单相负荷，该供电方式的牵引回流为钢轨，是不平衡的供电方式，对通信线路产生感应影响大;回路电阻大，供电距离短(十几公里)。

2、直供+回流(DN )供电方式(TRNF)

带回流线的直接供电方式取消BT供电方式中的吸流变压器，保留了回流线，利用接触网与回流线之间的互感作用，使钢轨中的回流尽可能地由回流线流回牵引变电所，因而部分抵消接触网对临近通信线路的干扰，其防干扰效果不如BT供电方式，通常在对通信线防干扰要求不高的区段采用。

3、自偶变压器供电方式(AT)

采用AT供电方式时，牵引变电所主变输出电压为55kV，经沿线布置的AT(自藕变压器，变比2:1)向接触网供电，一端接接触网，另一端接正馈线(简称AF线，亦架在田野侧，与接触悬挂等高)，其中点抽头则与钢轨相连。AF线的作用同BT供电方式中的NF线一样，起到防干扰功能。此外，在AF线下方还架有一条保护(PW)线，当接触网绝缘破坏时起到保护跳闸作用，同时亦兼有防干扰及防雷效果。显然，AT供电方式接触网结构也比较复杂，田野侧挂有两组附加导线，AF线电压与接触网电压相等，PW线也有一定电位(约几百伏)，增加故障几率。当接触网发生故障，尤其是断杆事故时，更是麻烦，抢修恢复困难，对运输干扰极大。其特点是防干扰效果与BT方式相当，牵引网阻抗小，输送容量大，供电臂长(可达40-50km )，适用于高速铁路。

4、吸流变压器供电方式(BT)

这种供电方式，在接触网上每隔一段距离装一台吸流变压器(变比为1:1)，其原边串入接触网，次边串入回流线(简称NF线，架在接触网支柱田野侧，与接触悬挂等高)，每两台吸流变压器之间有一根吸上线，将回流线与钢轨连接，其作用是将钢轨中的回流“吸上”去，经回流线返回牵引变电所，起到防干扰效果。由于大地回流及所谓的“半段效应”，BT供电方式的防护效果并不理想，加之“吸一一回”装置造成接触网结构复杂，机车受流条件恶化，近年来已很少采用。

5、同轴电力电缆供电方式

同轴电力电缆供电方式是在牵引网中沿铁路埋设同轴电力电缆，其内部导体作为馈电线与接触网并联，外部导体作为回流线与钢轨并联的供电方式。这种供电方式由于投资大，一般不采用。

三、高速电气化铁路负荷特性

1、负荷波动频繁

由于客流分布在不同地区、不同时段千差万别，铁路运输组织为适应客流需要，相应实施不同编组、不同追踪间隔的列车运输方案。所以，牵引变电所两供电臂内，列车的数量及每一列车的负荷状态随时都在变化，牵引变电所的负荷呈现出频繁波动的状态。牵引变电所的负荷随着两供电臂内列车的数量及每一列车的负荷状态随时波动，有时轻载，甚至空载，有时负载较重，在节假日及铁路故障后恢复行车等情况下，会出现列车紧密追踪情况，此时，牵引变电所会出现负荷高峰值。

2、牵引负荷大，可靠性要求高

客运专线列车速度高，高峰时段密度大。空气阻力随速度呈几何级数增长，列车牵引力主要克服空气阻力运行，牵引负荷很大。350km/h速度时，列车运行所需功率最高超过24000kW。且随着我国高速铁路技术的不断完善和运输的需要，运营速度还可能进一步提高，牵引供电负荷亦还将相应增大。

客运专线速度快，运输能力大，将成为旅客运输的主要交通工具。在国民经济和社会生活中，具有十分重要的作用。高速铁路要求必须安全、可靠、正点运输。

3、列车负载率高，受电时间长

列车在高速运行中，主要克服空气阻力前进，空气阻力随速度呈几何级数增长。列车维持高速运行时，需要持续从接触网取得电能。所以，高速列车负载率高，受电时间长。

4、短时集中负荷特征明显

客运专线具有显著的时段特征。在早、晚时段和节假日的高峰客流期，根据客流量需要，可能组织大编组、高密度运输，甚至在短时形成紧密追踪，牵引负荷集中特征明显。牵引供电系统应具有应对各种集中负荷供电的能力和条件。

5、越区供电能力要求高

由于旅客运输能力和准点的需要，牵引供电系统应具有应对各种各样条件下的供电能力。在出现某一牵引变电所解列退出供电的情况下，往往采用由两相邻牵引变电所越区进行供电。为了尽量减少越区供电对运输能力和准点的影响，应避免过多的限制列车数量或降低列车速度，这样会相应加大两相邻牵引变电所的供电负荷，特别是要求电力系统具有较大的短路容量，满足超长距离供电需要。

四、提高高速铁路牵引供电系统可靠性管理措施

保持高速铁路供电系统长周期的正常运行，要求对各类设施设备及时维护保养，以减少随机故障的影响。以下根据既有普速电气化铁路的管理经验结合高速铁路特点从运营维护管理角度探讨提高高速铁路牵引供电可靠性的措施。

1、检测

1）动态检测:根据接触网检测车所得各类参数(拉出值、导高、硬点、离线率、跨中偏移、侧面限界等)，使用专门的系统进行分析，根据分析的结果合理安排检修。其中参数超限处所要立即安排人员进行静态复测并做好应急处置的准备。

2）静态检测:考虑高速铁路中列车的高速运行状态下气压、气流对周围的影响，在列车运行时不得安排静态检测，若必须检侧的应安排在列车停运间进行，即实行“天窗”检测的模式。

每季度进行1次检测的项目有:接触线、线岔、补偿装置、分段绝缘器、关节式分相。每半年进行1次检测的项目有:非绝缘锚段关节、绝缘锚段关节、隔离开关、安全标志、附加导线。每年进行1次检测的项目有:避雷器、附加导线、支柱轨面标准线及侧面限界。每3年进行1次检测的项目有:承力索。

3）温度管理

对馈电线的上网点处、电缆接头处、接续处，隔离开关引线连接处，回流线电缆两侧等处所均贴测温片，并建立观察台帐。针对可以在护栏外检测的区段每月进行一次测量并做好记录，对于无法到达的处所要利用天窗时间检查测温片的变色情况，及时发现问题，安排好接触不良处所的检修。测温方式一般采用利用红外线测温仪测量。

4）对电缆的绝缘状况要每年安排1次绝缘电阻的测量工作。并做好专门的记录，对于绝缘电阻明显下降的电缆要及时进行更换。

2、检查

1)乘车巡视:安排技术业务水平较高的专人负责。主要观察接触网接触悬挂、附加悬挂以及支撑装置和定位装置有无异常;补偿装置的状态及a, b值有无异常和超标;附加悬挂及其肩架状态有无异常;安全网栅、各种标志是否齐全完整;树木是否侵限、设备上是否有鸟窝、轻飘垃圾;雨后重点观察接触网支柱有无倾斜，基础有无塌陷;有无因塌方、落石、山洪水害及其他周边环境等危及供电设备和行车安全的问题;天气寒冷时，重点观察隧道是否漏水及结冰情况，防止因除冰不及时造成跳闸等设备故障;各种引线、线索的驰度。冬季气温低时，观察各种引线、线索驰度是否足够，防止拉脱、拉断;夏季气温较高时，观察各种引线、线索是否太松、驰度大、侵入受电弓的动态包络线，确保不发生弓网故障和足够的空气绝缘距离。

2)步行巡视:

巡视人员可以借助望远镜认真巡视设备，确实掌握接触网设备状态，及时发现存在的问题，及时安排处理。对于长大桥梁要采取桥梁下方巡视的方式，及时掌握桥上设备的运行状态。

步行巡视的周期:每半月对管内隧道以外的接触网设备进行一次步行巡视。巡视周期中不包括特殊安排的巡视。

“天窗”内巡视:对于难于巡视检查到的桥梁上方接触网设备和隧道内的接触网设备要安排在天窗时间内进行巡视检查，并要保证每月至少巡视两次。

特殊的步行巡视:当得到供电调度、车务、工务、电务或其他部门关于管内接触网有异常情况或遇有大风、强降雨、大雪等恶劣天气时，立即组织有关人员进行步行巡视，该情况下的步行巡视就是特殊巡视。针对巡视发现的问题要及时采取相应的措施，采取的措施按《故障抢修预案》执行。

总结：

高速电气化铁路牵引供电系统的安全性和稳定性直接关系高速电气化铁路运行的安全性和稳定性。因此加强高速电气化铁路牵引供电系统的人员的管理、采用高新技术手段提高设备的质量，加强对系统的安全管理对提高系统运行的安全性和稳定性，减少故障的发生具有重要的作用和价值。

参考文献：

[1]周春晓,沈斐,卜庆华.电气化铁路牵引供电系统的分析.机车电传动,2007(2):29--34

[2]马慧茹.电气化铁路牵引供电系统可靠性分析.北京交通大学,2006.

[3]王蔚.高速电气化铁路牵引供电安全管理研究.西南交通大学,2010.