高速铁路电力贯通线并网技术研究

高速铁路电力贯通线并网技术研究

郑晓樊

（中铁建电气化局集团南方工程有限公司湖北襄阳441104）

摘要：本文主要针对高速铁路电力贯通线并网技术展开分析，探讨了高速铁路电力贯通线如何采取更好的并网技术，明确了并网技术的一些要点和技术的策略，希望能够为今后高速铁路的施工和今后的运行，带来一些有益的参考。

关键词：高速铁路，电力贯通线，并网技术

在当前高速铁路电力贯通线的并网运行过程中，针对并网运行技术，还需要进一步的进行分析，高速铁路电力贯通线并网技术的分析，有赖于我们今天对于技术的现状，进行深入的把握，提出更好的技术方案。

1、电力贯通线概述

为了提高供电可靠性，我国高铁10kV电力贯通线供电干线目前普遍采用单芯全电缆线路，负荷点采用箱变供电，但在施工过程中，由于和站前工程交叉作业、施工方案不合理、人员施工技术水平较低的原因，电缆敷设、箱变安装过程中经常出现各类施工问题，供电可靠性严重降低，以郑西电力贯通线施工为例，分析这些问题产生的原因并提出解决方案。郑西线电力贯通线工程范围主要从DK227+120-Dk333+312，正线全长97.344公里，其中桥梁55.37km，隧道26.57km。主要工程包括：两路10KV全电缆贯通线路，一级负荷贯通线及综合负荷贯通线；一级负荷贯通线采用3X（YJV62-8.7/10kV1x702）非磁性铠装单芯电缆。综合负荷贯通线采用3X（YJV62-8.7/10kV1x952）非磁性铠装单芯电缆，单芯电缆共计727.6公里，隧道照明26.57公里，全线共设置箱变49座，补偿电抗器8座，开关站8座，主要为沿线的通信、信号、隧道照明，牵引变电所等提供电源，箱变等主要负荷开关及低压开关的遥控、遥测、遥信、遥脉均纳入SCADA系统。

2、新型的铁路并网技术

当前，伴随铁路建造的规模愈来愈大，很多火车站运用了光伏电池发电，特别是我国一些自然环境相对恶劣的铁路都使用了大量的光伏备用发电设备。但是，电力电子电路组成的装置存在的谐波污染是可再生能源进步的一个阻碍，所以缩小电力电子电路组成的装置、降低电流全部谐波含量均方根值与基波均方根值之比、提升功率相位差因数、改良电力网侧电流波形逐渐受到人们更多的关注。

太阳能资源无穷无尽，源源不断，而且太阳能分布地域广泛,只要有阳光照射的区域,就能够运用太阳能光伏发电系统,不受地域因素的制约。太阳能资源由于不受地域海拔的影响，能够就近供电，避免了长距离送电，减少送电过程中的直接间接经济投入，降低了输电线电阻对电能的损耗。太阳能光伏发电的能量转换过程非常简单，光能直接转化为电能，不存在其他的机械运动，没有机械磨损。依据热力学解析，太阳能光伏发电具备很高的理论发电效能，所以技术研发拥有巨大潜力。太阳能光伏发电自身并不消耗能源，不会排放温室气体等其他废气，所以对空气环境不会造成影响，且不产生噪音，不会遭到能源危机或者能源市场不稳而造成的影响，是绿色环保的可再生能源。发电的过程不需要用水冷却，可以建造在无水的沙漠戈壁上。其还可以简便的与建筑物结合，形成建筑光伏整体化的发电系统，减少了对土地的占用，节省了土地资源。此外太阳能光伏发电过程简略，操作维护方便，运行稳定。光伏发电系统只要有太阳能电池就可以进行发电，随着自动控制的应用广泛，基本上不需要人工值班，降低了维护成本与人力资源。其工作性能稳定，使用寿命也达到了三十年。所以在太阳能光伏发电系统中，只要设计合乎规范、不存在重大问题，太阳能电池的使用寿命就可以得到优良保障。并且太阳能光伏电池组件构造简单，容积相对较小，质量较轻，方便运输与加装。太阳能光伏发电系统的建造时间短，依据电能用户的用电设备在某一时刻向电力系统取用的电功率的总和容量可以对大小进行改变，运用灵活简单，非常容易组合与扩大容量。

因此，同其他新型发电技术相比,光伏发电是一种具备可持续发展理论特性的可再生能源发电技术。

传统逆变器的控制方式是运用正弦脉宽调制和空间矢量脉宽调制模式提升电器装备的功率相位差因数，降低对电力网的谐波污染，可此类控制方式需要运用专业的数字信号处理芯片，资金投入较高而且步骤繁杂。上世纪末有科学家提出了一种不需要完成两个互不相关的模拟信号相乘作用的电子器件的新型控制方法，就是单周期控制。该方式可以普遍使用，适合各种类型的电力变换设备，电路控制简便，省去了完成两个互不相关的模拟信号相乘作用的电子器件和部分具有一个模拟信号输入，一个控制信号输入和一个模拟信号输出的电路，资金投入相对较少，具备良好的控制效能，被大量运用于直流变换器、校对功率因数相位差、RC有源滤波、柔性交流输电技术等领域。

3、并网原理分析

铁路电力线路为铁路运输生产提供电力保障，其供电可靠性直接影响铁路运输的安全运行。电气化铁道供配电系统由自闭和贯通线构成，其特点是系统中性点非接地，线路与国家电网是利用变电所内的电力变压器实现隔离。铁路电力线路的功能是专线专用给铁路站场、通信信号装置、机车信号、变电所用电等一级负荷提供能源。自闭线和贯通线路相互备用，一旦电力线路或者电力变电所发生故障，则导致铁路行车信号机失灵，信号失效就会造成堵塞、撞车等事故。

在电力系统分析中，并网需要满足４个理想条件：

（1）两个电网系统的频率相同。

（2）两个电网系统的电压波形相同。

（3）两个电网系统的电压大小、相位差相同。

（4）发电机和电网的相序相同。

对于电力贯通系统，其负荷为信号和通信装置、照明设备、远动房等。这些用电设备消耗的有功功率不是很大，因此两个电力贯通系统并网时，频率的影响可以忽略。本文着重分析电力贯通系统电压的幅值和相位差对并网过程的影响。在两个电网系统频率和波形一致的情况下，如果两个电网电压的幅值或相位存在一定差异，则两者间的电压差会在整个闭环系统产生一个环流。当在两个电网极性相反的情况下投入合闸，该环流峰值甚至将达到额定电流的几十倍，导致线路严重烧毁，对输电系统造成极大损坏。并网的技术条件：

（1）配电所电压相位差在-13°~13°范围内，电力贯通线系统能满足正常工作的要求，且随着相位差增大，沿线各点负荷电压相位的迟滞也会增大。

（2）并网投入配电所的电压与原工作配电所电压幅值比增大或减小，母线电流均会增大。其幅值比在80%~120%范围内，电力贯通线系统能满足正常工作的要求。

（3）在实际运行中，配电所之间电压既存在相位差又存在幅值差，整个并网条件会变得相对复杂。

（4）电力贯通线并网过程是系统综合作用的过程，影响该暂态过程的因素有很多，由于配电所频率不一致，不但会在电力贯通线产生过电压，同时还会引起环流，因此频率对并网的要求有待进一步开展研究。

4、结束语

本文主要针对高速铁路电力贯通线并网技术进行探讨，总结了一些具体的方法和方案，对于今后如何更好地使用这种方案和技术，等，也提出了一些个人的建议，希望能够为今后的高速铁路电力贯通线并网技术，带来参考和借鉴。

参考文献：

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[2]冯庆东，毛为民.配电网自动化技术与工程实例分析[M].北京：中国电力出版社，2017.44

[3]龚静，彭红海，朱琛.配电网综合自动化技术[M].北京：机械工业出版社，2017.09