关于高速铁路电力供电系统的研究

中铁上海设计院集团有限公司 王雅茹

高速铁路的电力供电系统包括外部的供电、配电和输电等，为加强对高速铁路电力供电系统的控制，积极运用计算机和先进的通信技术，通过对高速铁路电力供电系统的监控和管理，可有效降低高速铁路电力供电系统的故障。

1 高速铁路电力供电系统概述

高速铁路电力供电保障体系在铁路运行过程中起着不可忽略的作用，它需保证铁路系统稳定、连续的供电，防止由于供电中断而发生故障。根据铁路电力供电实际情况，须具有不可中断的特性，即须根据线路的运营情况不断地供电，并禁止在列车运营期间发生停电和其他不正常的情况，从而对电力供电系统的性能进行更好的优化。高速铁路电力供电系统需要的电压较低，由于高速铁路电力供电系统处于线路的末尾，所以不需高压参与供电，因此需用到的高压设施也不多，设置低压配电所就能达到高速铁路电力供电系统需求，目前10kV、35kV的配变变电站都较常用。

随着国内铁路行业的高速发展，虽然也有一些项目需用到高压配电所，但电压相对还是很低，这一点并不难。从铁路用电供电的布局与运行情况分析，其连接线较简单，没有太多的复杂形态，因此其可操作性也较突出，正常情况下线路不会有太大问题，变电站、配电所和线路中转站点的布局都较简单，只要满足高速铁路电力供电系统的要求就可。

尽管从高速铁路电力供电系统的电压和线路两个角度考虑并没有很大的困难，且布设的处理也较容易、效率也较高，但它通常面对的条件较苛刻，须保证供电的稳定、连续和安全，从而避免因操作不当而引起的不正常现象，确保整个铁路的正常运营，因此须严格控制所使用的材料、设施和相关技术，才能保证各组成部分更加合理、可靠，不会在某一环节发生偏移和混淆。

如，为了保证供电的稳定性，高速铁路电力供电系统须保证延迟时间不超过150ms，从而降低因延迟的原因造成列车运行出现不稳定情况。同时还需关注铁路电力供电系统在使用过程中所遇到的各种问题，通过合理的配置和组成元件的控制，采用先进的技术使其达到最好的状态，以适应目前日益增长的需求，减少高速铁路电力供电系统所引起的问题[1]。

高速铁路电力供电系统的安全直接关系到整个线路的正常运转。我国的铁路运输发展迅速，对高速铁路电力供电系统的安全要求也越来越高，高速铁路电力供电系统已对我国铁路发展具有直接的影响。历来都把铁路看作一种相对安全的交通工具，因而在发生交通事故时会严重打击人们的身体和心理，因此增强高速铁路电力供电系统的安全、真正实现防患于未然，保障铁路的安全非常重要[2]。

2 高速铁路电力供电系统

2.1 铁路贯通线

高速铁路电力供电系统是从当地变电所接两路10(35)kV供电电源，这样能确保区间小容量、多点和高可靠性负荷的供电，经铁路变配电所向铁路车站、区间负荷供电，铁路变配电所的间隔为40~60km，个别区段间隔长达80~90km。高速铁路区间每隔3km为一个负荷点，负荷类型包含一级负荷如通信、信号、防灾设备和二级负荷如区间摄像机等。由变电所供给的两条10kV或一条10kV、一条35kV的输电线路、即贯通线，一条是一级负载贯通线（又名自动闭锁输电）、一条综合负载贯通线（亦称电力贯通线路）[3]。

2.2 配电自动化控制形式

2.2.1 分布控制

分布控制模式是配电自动化控制体系一个重要环节，是把传统铁路供电系统的集成防护和电力的电子保护转换成配电自动化，从而保证电力系统的数据采集和通讯监测能达到统一发展目的。由于该终端具备故障检测和隔离的能力，使得不需经过主变电站来完成对电力供应的整体调整和改造，从而使电力供应体系得到铁路供电系统的重组[4]。在实际中，可从电流技术和电压时间两方面进行分布式控制。然而，由于分布控制算法存在重叠性，在多个区段的情况下并不适合。在线路比较简单的情况下，可采用分布式的方式来进行控制。

2.2.2 集中控制

集中控制模式就是通过对配电系统的数据进行实时分析，将数据传输给主站。通过主基站对这些数据进行统一的处理，通过精确的计算和分析建立科学合理的修复计划，并将其反馈于配电系统终端。从实践经验可知，集中控制法对可靠性和安全的要求更高，通常对工业系统的高可靠性和高安全性能进行研究，从而保证信息的高速传输并能执行相应的指令。如此就能将故障分离出来，并进行高效的处置。

综合实践经验，集中控制模式在功能上的具体表现如下：配电自动终端设备可对整个系统进行监控和分析，并将收集到的数据传输给集中控制室；利用主机控制系统对数据进行整合，并依据数据的分析对目前出现故障位置进行正确定位，并根据问题的具体情况给出相应处理措施，以保证整个系统的工作品质和安全性；实现了对电力供应的集中监控和管理，为电力供应的运行质量和安全性提供了保证。根据目前的实际运用，国内大部分的客运专线都采用了集中控制的方法对电力供电系统进行监管。

2.3 供电调度中心自动化

在高速铁路电力供电系统的配电自动化应用中，供电调度站是较为重要的一个部分，因此要高度重视供电调度中心的建设，不断优化改善供电调度中心的运行，从而显示更好的自动化特性，减少其运行时出现故障的情况，从而达到很好的供配电目的。在建设电力系统调度中心的过程中，须注意系统的各项功能，包括服务器、前置机、通讯柜、调度台等，并将其与自动化技术结合起来，从而达到更好的自动化调度控制效果。

从合理使用电力调度中心的自动化配置分析，MACS-SCADA是常用的一种控制系统，能为建立和运用自动控制平台奠定良好的基础，处理系统中存在的限制问题，需对其高度重视。根据电力系统的自动组态与运行管理，通常也要根据具体情况进行灵活的调节，不管是建立自动作业平台，或是配合相应的软硬件设备，都要有较强的针对性，这样才能更好地发挥电力系统供电调度中心的作用。要使今后的电力系统调度中心的自动化操作更加有效，就须从网络、经济效益、安全性等多个角度考虑，以防止发生差错，不断提升供电调度中心的优势[5]。

2.4 故障处理自动化

在高速铁路电力供电系统的运行中，在应用配电自动化的同时，也要注意如何及时有效地解决出现的故障问题，尽可能在最短的时间内对出现故障的原因进行准确分析，同时采用相对应的处理方法，将相应的问题降到最低限度，从而达到对相应故障进行有效的控制。在建立故障处理的自动机理时，常常要把与人工智能有关的技术结合起来，以便对相应的问题进行更加精确有效地分析，以防止错误的判定，这样可更好地提高自动故障的处理精度，保证实时的同时也能更好地进行精确的管理与控制。

3 提高高速铁路供电系统供电可靠性的措施

高速铁路将沿着轨道交通沿线建设一些车站点和通讯基地，从而可有效地改善和优化铁路运营的安全，铁路的正常运行以及设备的正常运行过程中都需得到电力的大力支持。因此，在高速铁路运行中对电力供电系统的稳定性提出了更高要求。

为保证高速铁路供电系统的可靠度应采取如下措施：保证电力供应可靠度。为保证高速铁路的安全运行，高速铁路的各个变电站须按照国家规定的供电规划和配备相应的电力设备；为保证高速铁路的供电质量，须选择高质量、高稳定性的供电设施，同时还要保证所需各类供电设施齐全。加强对电力设施和电力系统抵御自然灾害的抵抗力，确保电力设施和电力系统在遭遇自然灾害时能起到一定的抵御作用，从而保证高速铁路安全运营。

高铁线路沿线上设有电力变配电所、沿高速铁路两侧沿线设置两条10kV贯通线，同时在区间各用电点设置10kV箱型变电所，通过电力变配电所、贯通线、箱型变电所组成高速铁路电力供电系统。

综上，由于科技水平的不断提高高速铁路的发展速度也越来越快，特别是在高速铁路电力供电系统方面更加突出。对比传统的供电系统，高速铁路电力供电系统应用了多种新技术和新设备，可减少能源的消耗，对促进我国铁路事业迈向新的发展作出了无可取代的作用。在未来的发展过程中要重视高速铁路电力供电系统技术的革新，才能使我国的高速铁路的发展得到进一步的提高，从而提高高速铁路电力供电系统的运行可靠性。