铁路牵引供电系统综合自动化控制探析

铁路牵引供电系统综合自动化控制探析

梁文博毛庆亮陈超

(中国铁路济南局集团有限公司调度所山东省济南市250000)

摘要：随着我国铁路建设的不断发展，高速铁路已经应用在越来越多地区，相关人员对铁路的牵引供电系统进行深入探究可以为我国自主研发自动化系统做好技术支持。铁路作为当前我国应用最广的交通方式，保证其安全、稳定运行是首要任务，所以保证铁路牵引供电系统的安全可靠使用具有重要意义。本文根据配电自动化的相关特点，结合铁路的实际运营情况，为建设铁路牵引供电自动化控制系统给出一定的建议，并根据铁路系统分布广、通信特殊的特点，为工程难点给出相应的解决办法。

关键词：铁路牵引；供电系统；自动化控制

引言：高速铁路以其速度快、密度高的特点在我国大部分地区得到了推广，而其电力牵引线路的稳定性会影响到整个铁路网的调度情况，如果电力线路发生故障必须迅速定位并处理，否则会对整体铁路造成较大影响。由此可见牵引供电系统在铁路运行中占据十分重要的地位，保持线路运行稳定十分关键。

1.我国铁路牵引供电系统现状

变电站可以向牵引站提供110~330kV的电压，而我国现今大力发展的高速铁路因机车速度快、功率大的特点，对电压和电能的质量要求非常高，所以一般选择短路容量大、供电更为稳定的220kV电压，同时以双路电源供电来保证电网三相的平衡度。

在牵引供电系统中，牵引变电站可以根据不同电力机车的用电需求来部署相应的变压器，将电网输送过来的高压电转化为单相稳定的27.5kV交流电，然后通过牵引网将交流电传送到接触网，保证机车的供电。在整个系统中，牵引变压器是最为关键的部分，因为它起着调压、调相的作用，保障着整个电力系统的稳定，它有单相、三相V/v、三相Ynd11、阻抗匹配平衡等接线方式，其中三相V/V因结构简单易于部署、容量利用率非常高的特点应用较为广泛，我国主要高速铁路干线都用的是这种变压器。

牵引网对机车进行供电主要有以下五种方式：直接供电、带回流线直接供电、自耦变压器供电、吸流变压器供电和同轴电缆供电，在我国应用最为广泛的是自耦变压器供电，因为它的供电距离较其它几种方式更远，同时兼容性较好，载流能力也十分出色，可以完美支持我国铁路网的运行压力。

2.铁路牵引供电系统的特点

2.1系统接线形式简单

从全局来看，铁路牵引供电系统的接线形式与铁路的布设是同步的，是沿着铁路架设的单一供电网络，除特殊地域外变电所会均匀分布在铁路沿线，保证铁路全程的牵引供电。我国铁路牵引供电系统的接线形式有贯通线、自闭线两种，一些路段会出现两种连线方式均存在的可能。

2.2变电所结构简单、电压等级低

由于整个铁路牵引供电系统的牵引站都直接供电给机车，所以在铁路的实际供电系统中变电所和配电所的电压等级较低，大多都不超过35kV，仅有部分铁路和机车使用110kV的变电所。同时由于牵引供电系统的用途较为单一，用电部件也可以互通，所以铁路供电系统的变电所、配电所结构相对简单。所以在设计综合自动化牵引供电系统时，可以将变电所、配电所采取同样的标准进行建设和规划。

2.3供电稳定性要求高

虽然铁路牵引供电系统接线形式较为简单、变电所的结构也大多相同，但是由于铁路的客运量较大，对于供电的稳定、可靠要求十分高。根据相关研究表明，以我国现在的铁路干线为例，一旦供电中断时间超过200ms就会导致该干线上所有供电区域报警，对于铁路网的运行和调配产生重大影响。所以将自动化技术引用到牵引供电系统保证供电的可靠性十分必要，否则一旦出现电力故障，人工对长距离的线路进行定位和排查十分困难。

3.配电自动化在铁路牵引供电系统的应用方式

3.1集中控制

集中控制就是指自动化配电终端将电路的运行状态以及各电气设备的使用情况及时与主站数据库进行交互，通过在主站部署相应的计算模块分析电路的运行情况，当电路发生故障可以及时进行报警，同时给出恢复方案，自动化配电终端会收到命令并立刻执行。集中控制方式实施的基础是拥有一个计算速度快、并发处理能力强的主站系统，只有这样才能部署各种应用模块，对复杂的铁路网进行故障排查和日常监控，所以在部署集中控制的配电自动化系统时要考虑到建立和实施的单位，选用吞吐量满足需求的主站设备，可以直接完成全铁路网牵引供电系统的配电自动化，这一控制方式在我国应用较为广泛。

3.2分布控制

分布控制方式与集中控制方式最大的区别是每个配电自动化终端都有故障的判断和排出能力，通过终端的组合构建起整个自动化配电网络，这一过程并不需要主站交互。主流的分布控制的判断方式有电流计数、电压控制两种，在实施中均由自动化终端完成线路开关的重合操作。

4.铁路牵引供电综合自动化的实现

4.1通信系统的实现

由于集中控制系统要求终端与主站信号的实时交互，所以保障通信系统的稳定运行十分重要，当前高速铁路的建设中，在牵引站、变电所布设光纤信道已经成为了技术标准，同时还需要保证信息传输的稳定性，针对目前多数牵引供电网络数据传输标准不一致、光纤接入方式不一致、终端软件应用的不一致做好整合工作，避免整个牵引供电系统信息交互不及时造成的通信故障，按照不同铁路干线的标准制定牵引供电通信数据字典，确定统一的交互标准和接口，保证系统的可维护性和可靠性。

4.2接触网自动化的实现

接触网自动化控制主要是利用现有的传感遥测技术和通信系统配合，对接触网的运营状态做到及时获取，保证牵引供电系统的可靠运行。

在接触网中，首先要合理部署传感器，使接触网在运行过程中不断可以回传状态参数，这样可以对于未知问题及时发现并预警，同时无线传感技术要对数据进行分析并给出隔离故障的方案并及时传递到终端，最后主站对接触网的整体运行情况进行参数的打包和存储，以便为故障进行归类和记录。

5.结束语

综上所述，随着我国高速铁路的不断建设，将牵引供电系统实现自动化控制可以有效减少铁路供电系统故障发生的次数。相关人员研发自动化程度高、功能完备的自动化控制供电系统有助于优化电网排错能力，对于保障铁路网稳定运行具有重要意义。

参考文献：

[1]高秀琴.高速铁路中关于供电系统的保护配置分析与研究[J].电子测试,2017(11):114+113.

[2]何正友,冯玎,林圣,孙小军.高速铁路牵引供电系统安全风险评估研究综述[J].西南交通大学学报,2016,51(03):418-429.

[3]崔小强.探析铁路供电配电自动化[J].中小企业管理与科技(中旬刊),2014(03):281.

[4]张丽艳,李群湛,易东,周福林,邱大强.同相供电系统潮流控制器容量的优化配置[J].电力系统自动化,2013,37(08):59-64.