提高高速铁路牵引供电系统可靠性的探讨

李阳　苏小班　朱鹏

【摘 要】针对当前高速铁路牵引供电系统存在的主要问题，从设计、施工、运营管理等环节，探讨有效预防和减少高压电缆故障、雷击故障、电气绝缘故障及增强供电系统灵活性等方面的措施和建议，以提高高速铁路牵引供电系统的可靠性。

【关键词】高速铁路；牵引供电；可靠性；措施

高速铁路牵引供电系统主要由牵引变电所、馈电线、接触网、回流线等组成，是高速铁路的重要组成部分，一旦牵引供电系统发生故障，将给高速铁路运输造成严重影响。因此，有必要采取措施提高牵引供电系统的可靠性，确保高速铁路安全可靠运营。

1 牵引供电系统主要存在问题及分析

根据近年来已建成运营的京沪高铁、青荣城际客专运行状况的调查统计，牵引供电系统主要存在5类常见问题：高压电缆故障、雷击故障、电气绝缘故障、新线施工遗留缺陷和接触网受异物侵害问题。

1.1 高压电缆故障分析

高速铁路的牵引变电所、开闭所、AT所、分区所的27.5kV馈出线大部分采用高压电缆架设，进出高压室开关柜的线路也大都采用高压电缆敷设。但由于存在高压电缆材质不良，电缆敷设不规范，电缆金属护套接地方式选取不当，以及对电缆的监测和维护不到位等原因，导致高压电缆故障频繁发生，影响供电安全。

1.2 雷击故障分析

高速铁路正线区间部分采用桥梁架设方式，接触网通常处在距地面较高的位置，在线路经过平原或地域空旷地带，由于避雷措施设置不合理，防雷接地不良等原因，接触网极易遭受雷电侵袭，引发供电故障。

1.3 电气绝缘故障分析

电气化铁路牵引网结构相对复杂，导线数量较多。如京沪高铁线主要采用AT牵引供电方式，而青荣城际线则采用带回流的直接供电方式，供电方式不同至使导线的架设方式、绝缘距离要求也不尽相同。但由于工程设计和实施中对导线的绝缘间隙设置不合理，控制不到位，日常运营管理中对绝缘部件清扫不及时，对导线附近的建筑物、树木、鸟窝、覆冰等物体防护处置不当，容易造成电气绝缘不良而引发接触网接地故障。

1.4 新线施工遗留缺陷

带有远动功能的隔离开关编号与调度端监视屏上显示不一致、隔离开关开合不到位，地下敷设电缆头部位有旧伤，调度端遥信、遥测不准确，误报情况时有发生，接触网设备连接不牢靠，螺母松脱，设备引线与接地体绝缘距离不足等遗留缺陷，对供电设备正常运行带来潜在的安全隐患。

1.5 接触网受异物侵害问题

高速铁路大都建设在野外，自然环境恶略，尤其是夏秋季节，经常会出现大风天气造成接触网上挂异物情况，工区频繁出动上线处理，给设备管理单位带来严峻的考验。尤其是线路周边反光膜、塑料袋等漂浮物挂到接触网设备上不仅影响动车组受电弓正常取流的同时还会造成接触网跳闸，接触线烧伤，进而列车大面积晚点，影响安全运输。

2 提高牵引供电系统可靠性的措施

2.1 减少高压电缆故障的措施

2.1.1 确保高压电缆材料质量

高速铁路使用的高压电缆应选用交流、单芯、铜导体，保护层为非磁性金属铠装层的27.5kV单项交流交联聚乙烯绝缘电缆，不得采用35kV普通电力电缆代替。

2.1.2 规范电缆敷设

电缆敷设严格按照工艺标准实施，电缆在任何敷设方式及其全部路径条件的上下左右改变部位，都应满足电缆允许半径的要求，允许弯曲半径不得小于电缆外径的20倍，施工时注意不得损伤电缆。上下行供电线电缆应分沟敷设，电缆穿越道路、铁路时，应采用高强度PVC管穿管敷设，用作供电线的电缆必须敷设在电力电缆槽内时，应采取措施与电力电缆进行隔离。

2.1.3 设置电缆温度在线监测装置

为加强对高压电缆的在线监测，应对牵引供电系统所有的高压电缆和电缆头设置在线温度监测装置，当运行中高压电缆和电缆头温度异常变化时，监测装置能及时告警，并提醒值班人员进行处理。

2.2 预防雷击故障的措施

2.2.1 确保避雷器运行状态良好

避雷器应选用带有脱离器的氧化锌避雷器，并加强避雷器的进场质量验收，确保避雷器的规格、型号、质量符合设计及相关技术标准，避雷器的密封性能良好。

2.2.2 合理设置避雷器

在接触网上设置避雷器，使遭受雷击时迅速将雷电流泄入大地，从而保证接触网绝缘子及导线空气绝缘间隙不被击穿。同时在吸流变压器的原边、分相和站场端部的绝缘锚段关节处、长度在2000m及以上的隧道两端、从变电所或分区所引出的距离大于200m的供电线或AF线的上网点处安装避雷器、分區所、开闭所、AT所引入线处设置避雷装置，对接触网进行大气过电压保护。在重污染和强雷区应适当增加避雷器设置数量或增设架空避雷线。

2.3 防止电气绝缘故障的措施

2.3.1 严格控制导线之间及导线对地的绝缘间隙

如绝缘锚段关节两悬挂点承力所、接触线水平距离应大于450mm；25kV接触网带电设备距接地体的距离应不得小于0.3m。结缘锚段关节处在锚柱距转换柱之间距转换柱10m处设置电连接等，保证导流畅通。对容易造成树木侵线，与建筑物绝缘距离不足之处，同时增加日常添乘的次数昼夜监测和重点区段巡视次数。

2.3.2 重点处所设置视频监控

为有效预防和减少牵引供电故障的发生，应在隧道口、大型车站两端、分相、供电线上网点等接触网的重要处所设置视频监控装置，实现远程实时监控。

2.4 重点处理新线施工遗留缺陷

2.4.1 合理安排巡视，提高巡视质量

维修人员每周至少1次的定期巡视设备是必不可少的，同时在季节交替时期，加强对隔离开关开合情况及其引线绝缘距离、导线与接地体、树木的绝缘距离，接触网设备易发生松、脱、卡、磨、裂处等进行重点巡视。

2.4.2 加大远动设备的调试力度

每周定期对断路器、隔离开关等进行调试，观察调度端遥测、摇信情况是否与现场相一致。定期组织维修人员开展季节性应急演练、接触网故障模拟演练，检验监控设备的灵敏性和精确性。

2.4.3 合理安排检修时间、制定检修方案

要根据检修方案的要求，逐条进行维修作业，对设备缺陷进行整理并及时销号，同时关键处所加大检修力度。

2.5 减少异物对接触网的侵害

2.5.1 加大接触网异物清除力度

维修人员可以通过提高登乘频率，不间断巡视并清除铁路附近易被大风吹起的杂物。同时深人调查沿线环境，掌握铁路沿线大风天气下易造成异物挂网处所的具体位置，并将重点区段纳入每日巡视计划。维修人员还要经常性地进行演练，提高清除作业的效率。

2.5.2 减少鸟害对设备安全的影响

春冬交替时节，侯鸟筑巢频数增多，维修人员要提高巡视次数、坚持当天鸟巢当天清除原则、并在易筑巢地区加装风车驱鸟器、锚柱棘轮处、腕臂支撑与支柱联结处要进行人工封堵，同时在隔离开关处加装除鸟刺，最大限度降低鸟巢对接触网的安全运行影响。

3 结语

高速铁路牵引供电系统的可靠性涉及设计、施工、运营管理等多个环节。为提高牵引供电系统的可靠性，应从已经开通运营的高速铁路牵引供电系统发生的常见故障类型入手，深入分析原因，认真总结经验，为高速铁路运输提供安全可靠的供电保障。

【参考文献】

[1]中华人民共和国铁道部.高速铁路设计规范[Z].北京：中国铁道出版社，2010.

[2]中国铁路总公司.高速铁路牵引变电所安全工作规则[Z].北京：中国铁道出版社，2015.

[3]中华人民共和国铁道部.接触网安全工作规程和接触网运行检修规程[Z].北京：中国铁道出版社，2007.

[4]夏守谦.提高牵引供电电能质量的技术研究[J].现代工业经济和信息化，2014（7）.

[责任编辑：田吉捷]