高速铁路智能牵引供电系统的快速自愈重构技术研究

张云骞

摘 要： 随着经济和各行各业的快速发展，智能牵引供电系统由牵引供电设施、供电调度系统、开展了牵引变电所备自投和以供电臂为单元的自愈重构研究，故障时如何尽量缩小停电范围和快速恢复供电，需开展深化研究工作。接触网开关是SCADA远动系统测控数量较多的高压设备，是故障排查及切除、自愈重构的接触网关键设备，目前高铁接触网开关存在雷电故障及拒动、误动、开关位置误显示等远动控制问题，国内学者对接触网开关的研究主要集中在故障分析及解决措施等方面，缺少接触网开关服役状态方面的研究。

关键词： 高速铁路;牵引供电;自愈重构

【中图分类号】U223.6     【文献标识码】A     【文章编号】1674-3733（2020）04-0201-01

引言：智能牵引供电系统的自愈重构属于高铁供电应急工作，具有不同于智能电网技术的内涵及模式。通过分析目前牵引供电系统的自愈重构技术特点，提出以接触网供电分段为单元的自愈重构模式，以缩小停电范围和快速恢复供电为原则，以提高动车组运行保障能力为目标，进行快速自愈重构技术研究。

1 交流供电系统自愈特点

城市轨道交通交流供电系统由多个供电分区组成，各个供电分区采用单侧电源供电的多变电所环串结构，不同供电分区可通过联络开关和联络电缆实现相互之间的支援供电，该拓扑结构使得交流供电系统具有较强的韧性。现针对该运行方式下不同故障的自愈特点进行分析。当发生K1点环网故障后，跳开304、402开关，完成故障的切除和隔离，合上400开关便可实现系统的恢复供电;当发生K2点母线故障后，通过402、404、502开关的跳开实现故障的切除和隔离，由于变电所4的II母故障，合上站内的母联开关400，不仅不会使II母供电恢复，还可能将故障范围扩大，所以应合上500开关实现下级站的供电恢复。由于在支援供电方式下被支援的供电分区潮流方向发生变化，因此当同样发生K1点环网故障时，应通过合上变电所3母联开关完成系统自愈;当发生K2点母线故障时，通过开关404、402、304的动作将故障切除和隔离，合上变电所3内的母联开关，实现下级变电所II母的供电恢复。

2 智能牵引供电系统的自愈重构模式

2.1 引供电系统的自愈控制模式

目前我国高铁的牵引变电所、分区所及AT所的变电设备均具有自愈能力。主要变电设备均采用固定备用或互为备用的运行方式，可采取定期检修的模式预防故障，并且智能化水平较高，就地保护测控系统较完善，发生故障时可快速切换。因此，变电设备应采用自愈控制模式，当所内发生单点故障或小范围故障时，应快速诊断、隔离故障并恢复至正常供电状态，避免对动车组运行产生影响。当变电设备发生严重故障导致整所或整个供电臂退出运行时，无法实现自愈，需要采用故障重构模式。在牵引供电系统中，接触网是高铁沿线架空设置的供电设施，为动车组供电。接触网无备用运行，因此不具备自愈能力，接触网故障时采用故障重构模式。

2.2 供电系统接地方式的选择

供电系统接地方式的选择，亦是市域铁路供电系统的一大难题。一般系统接地分中性点直接接地、中性点经消弧线圈接地及中性点经低电阻接地3种方式。当系统单相接地故障电容的电流不大于10A时，应采用不接地系统;当系统单相接地故障电容电流不大于150A时，可采用中性点经低电阻接地方式或中性点经消弧线圈接地方式;当系统单相接地故障电容电流大于150A时，明确接地方式后，在设计过程中需计算的中性点经低电阻接地的接地变压器容量是不可忽略的一个重要参数。根据相关规范规定，市域铁路低电阻接地方式的接地电阻按单相接地电流不大于400A考虑，接地变压器容量按照IEEE-C62.92.3标准规定的变压器10s的允许过载系数为额定容量的10.5倍计算，由于通过接地变压器中性点的短路电流为400A，流过接地变压器各相绕组的短路电流为133A，则通过计算得到接地变压器的短时容量为4849.6kVA，额定容量为462kVA，故选用500kVA接地变压器。

2.3 线路网隔开防护设备的接地

线路上新增的防雷设备、设备箱/盒等，可就近接入铁路综合接地系统。在没有铁路综合接地系统的线路，设置独立接地装置，接地电阻不大于1Ω。防雷箱接地线采用线径不小于16mm2的多股铜线，其他设备箱盒接地线采用线径不小于6mm2的多股铜线。

2.4 以供电分段为单元的故障重构模式

目前高铁接触网故障停电和弓网事故较多，为了尽量减小动车组停车对旅客身心及社会舆情的影响，最大范围地为沿线滞留动车组供电，应缩小停电范围，尽快为接触网故障点所在最小停电单元以外的动车组恢复供电。接触网的最小停电单元是供电分段，即由绝缘锚段关节或分段绝缘器划分出接触网電气独立的供电区段，考虑采用以供电分段为单元进行故障重构。供电分段单元的划分原则如下。（1）纵向单元为车站两端咽喉区外、AT所附近及隧道内外绝缘锚段关节的供电分段。（2）横向单元为枢纽或大型客站的供电分束。（3）以车站两端咽喉区八字渡线内绝缘锚段关节为基础，划分接触网V停供电单元。当自动重合闸和试送电失败时供电调度端需要进行故障排查及分段试送电，找出故障点所在最小停电单元，隔离故障点，尽快恢复供电。当接触网故障停电且供电臂内有多列动车组运行时，能否尽快隔离故障点和恢复供电，取决于故障标定能力、调度端程控化水平及倒闸作业效率。

2.5 供电调度管理的技术升级

接触网开关升级为真空断路器后，在性能和可靠性方面与变电所户外27.5kV真空断路器一致，并且均为SCADA远动系统的测控子项，在增加了智能组件后，纳入智能设备统一管理。在智能化管理方面，主要对供电调度管理进行技术升级。当高铁接触网故障引起变电所跳闸或发生弓网事故时，之前供电调度端一般是倒闸切除故障供电臂单元，故障供电臂内动车组全部停电降弓，然后利用接触网开关进行故障排查或切除故障所在供电分段单元，为影响范围外动车组送电。随着广域保护测控系统、接触网6C检测系统和PHM健康管理的逐步完善，在接触网开关升级为真空断路器后，可按最小停电单元对接触网故障进行直控操作。

结语：为了深化研究高速铁路智能牵引供电的快速自愈重构技术，通过分析目前牵引供电系统的自愈重构技术特点，结合接触网电分段功能，提出以接触网供电分段为单元的自愈重构模式，找出自愈重构的薄弱环节为接触网开关，其在带负荷操作、倒闸时间及服役状态等方面难以适应智能牵引供电发展要求。

参考文献

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