铁路电力牵引供电技术体系及主要技术标准的探讨

吕林杰

（成都西南交通大学设计研究院有限公司重庆分公司，重庆 401120）

引言

智能时代越来越多的科学技术被应用于电力牵引供电体系设计与研发中，发达国家纷纷展开了关于数字化铁路的变革，以推动新型技术在铁路行业的应用。我国近年来也紧跟国际铁路发展步伐，致力于完善电力牵引供电技术体系，2016年颁布的《铁路电力牵引供电设计规范》（简称“2016版电牵设规”）更是为相关设计与研发工作的展开提供了技术支持和参考标准，使得技术体系更加完善。

1 铁路电力牵引供电技术体系构建

1.1 整体技术体系

铁路电力牵引供电整体技术体系如图1所示，具备多维融合、重构自愈、全息感知和智慧运维等功能，可为列车运行提供优质的牵引动力，满足列车运行的各项需求[1]。具体来讲，智能牵引供电设施具备现场指挥和信息处理功能。智能供电运行检修管理系统能够智能分析智能牵引供电设施及各个车间上传的数据信息，并向各个车间下发检修计划。铁路沿线车间能够执行各项检修计划及运行命令，其内设有与管理系统相连接的终端设备，用来接收、传输、运行和检验基本数据。

1.2 智能牵引供电设施

智能牵引供电设施具备采集、检测、测量数据信息的常规功能，此外，还具备如表1所示功能。

表1 智能牵引供电设施功能

最关键的智能牵引供电设施为牵引供电智能一次设备，具体构成如图2所示。牵引供电智能一次设备主体包括牵引变压器、智能终端、合并单元、在线监测和高压开关设备等功能，主要功能有保护、检测、监测和控制等。站端监测单元是设备的监控系统，主要功能有接入设备、处理数据、分析数据、综合展示和监测预警等[2]。

1.3 智能供电调度系统

智能供电调度系统具备远程监测和指导智能牵引供电设施运行、向智能牵引供电设施发送命令等功能。常规供电远动系统负责完成基本功能，例如，统计报表、监视及控制智能牵引供电设施和显示信息数据等。供电调度运行管理系统负责完成高级功能，如，智能供电调度、源端维护等。

1.4 高速双向通信网络系统

铁路电力牵引供电体系应用的高速双向通信网络系统需具备通信快速、功能健全、结构清晰以及便于维护等基本性能，并且需要应用铁路行业专用的通信网络，方能满足信息数据传输对于实时性和准确性的要求。高速双向通信网络系统由运行检修维护通道、故障测距通道、广域测控保护通道、远动通道和复示通道等结构构成。

1.5 智能供电运行检修管理系统

智能供电运行检修管理系统需要收集、整理和分析智能牵引供电设施运行的数据信息，自动生成运行检修管理口令，从生命周期的角度展开对智能牵引供电设施运行状态的科学评估。基本功能包括应急指挥、外部接口管理、基础数据管理和检测监测管理等。高级功能包括查询与展示综合数据（对智能牵引供电设施检修数据信息进行集中加工和处理，得到设施运行的综合数据，并且在各个部门、各个专业内展示综合数据，方便各个部门工作人员查找和应用）、预测和管理设备故障（基于智能牵引供电设施运行数据、环境数据等，对设施的运行安全性及潜在风险进行分析，从而及时发现潜在故障，实现对设施的健康管理）等。

2 铁路电力牵引供电体系主要技术标准

2.1 “电牵设规”定位于保基本保底线

2016版“电牵设规”的设定严格遵循“保基本”和“保底线”两项原则。例如，在25 kV带电体距跨线建筑物底部的空气绝缘静态间隙方面，正常值依然需保持大于500 mm，困难情况下可以调整为大于300 mm，这与2005版“电牵设规”相同。此条标准没有发生变化的主要原因是欧盟标准要求超过270 mm，以及尽量减低跨线建筑工程的改建频率，由于新建跨线桥的轨面一般为6.65 m，若进行改建，则需要投入大量的资金，以提高建设单位的建设规范程度。

2.2 “电牵设规”规定原则性与性能化

2016版“电牵设规”相比较2005版“电牵设规”，更加贴合铁路运行的原则和性能变化，更加贴近列车运行的实际要求。例如，在锚段长度方面，2016版“电牵设规”删除了2005版“电牵设规”中对于锚段长度测量的定量规定，铁路企业能够结合具体的工程需求和列车运行需求，针对不同的列车运行速度设计最佳的锚段长度，运行时速超过200 km/h的线路，其锚段长度需要控制在2×700 m之内，困难情况下可以调整为控制在2×750 m之内。

2.3 “电牵设规”给企标留下发挥空间

2016版“电牵设规”相比较2005版“电牵设规”，减少了关于铁路企业管理的规定，这为企业标准的制定预留了较大空间，大幅提高了企业管理与新技术标准执行之间的密切程度，以便各铁路企业能够专注于特色化技术管理及技术发展，有利于各铁路企业进一步发挥其在电力牵引供电技术体系构建方面的技术优势。

2.4 适当提高混凝土基础强度等级

近年来，我国正在强制执行低标号水泥退市决策，高强钢筋应用标准也在持续落实[3]。在此基础上，2016版“电牵设规”规定电力牵引供电体系需要适当提高混凝土基础强度等级，施工过程中应用的混凝土需要实现信息化和工厂化生产，混凝土施工则需要实现专业化和机械化施工。具体来讲，混凝土最低强度等级要求为C25，相比较原来的现浇C15、预制C20，统一得到了提高。

2.5 合理优化接触线强度安全系数

接触线设计张力是电力牵引供电体系设计的重要指标，2005版“电牵设规”规定接触线强度安全系数需要超过2.0，即接触线的磨损程度需要控制在20%之内。2016版“电牵设规”提高了对接触线强度安全系数的要求，这是充分结合接触线运行环境、制作工艺、生产质量、允许磨损程度以及补偿效率等数据之后，最终得到的数据和标准。在接触线强度安全系数得到优化之后，其应用性能大幅提高，进一步满足了电力牵引供电体系的运行需求，可充分发挥制作材料本身的特性，确保铁路安全运行，提高铁路企业经济效益，真正实现一举两得。

2.6 高压电缆设置护层电压限制器

2016版“电牵设规”规定电力牵引供电体系供电电缆设计需要以《电力工程电缆设计规范》为标准，需结合实际工程情况及需求，将供电电缆划分为不同的接地单元，每个接地单元都适合应用一端通过护层电压限制器接地、另一端直接进行接地的接地方式，这为高铁设规的修订提供了余地[4]。

3 结语

铁路企业可从智能牵引供电设施、智能供电调度系统、高速双向通信网络系统和智能供电运行检修管理系统等方面展开铁路电力牵引供电技术体系构建工作，并且需要严格遵守2016版“电牵设规”，充分发挥主要技术标准在电力牵引供电体系构建中的安全性、规范性、先进性、可操作性和经济性优势，积极响应国家关于铁路行业建设的号召，在提高工程技术的的同时，还能够令相关技术标准更加贴近国际标准。