淺談高速鐵路牽引供電系統(tǒng)智能化構想

張　煉（川南城際鐵路有限責任公司，四川 自貢 643000）

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淺談高速鐵路牽引供電系統(tǒng)智能化構想

張煉（川南城際鐵路有限責任公司，四川 自貢 643000）

本文結合鐵路牽引供電系統(tǒng)中牽引變電所和接觸網運行維護主要存在的問題，簡要闡述了對牽引供電系統(tǒng)智能化的優(yōu)勢及構想，主要包括牽引變電所、接觸網智能化應具備的特性，簡要系統(tǒng)結構，從技術上可能實現的方案，以及相應的功能要求等。

牽引供電系統(tǒng)；智能化；牽引變電所；接觸網

1　前言

近年來，我國大力發(fā)展高速鐵路建設，目前已成為世界上高鐵發(fā)展最快、運營里程最長、運營時速最高、在建規(guī)模最大、擁有技術最全的國家。截止2015年底，全國高鐵運營里程超1.9萬km，動車組1883組、17648輛。高速列車動力為牽引電力，由牽引變電所將外部三相電源轉換成單相工頻電，再通過接觸網向高速列車供電，牽引變電所和接觸網為牽引供電系統(tǒng)的主要組成部分。高速列車高速度、大規(guī)模、大功率、高密度的運行需要高效、安全可靠的牽引供電系統(tǒng)支持，而以中國目前的鐵路電氣設備結構及管理方式來說，須花費大量的成本來運行維護，牽引供電系統(tǒng)智能化程度相對電力系統(tǒng)的發(fā)展仍比較緩慢。隨著智能電網的推廣，其技術上的優(yōu)點越來越明顯，因此，智能化是牽引供電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。

2　當前現狀

牽引供電系統(tǒng)主要組成部分為牽引變電所和接觸網，在建設、運行及維護過程中均存在不少問題。一方面，傳統(tǒng)牽引所采用二次電纜實現測量與控制，以通信方式實現在線監(jiān)測等所內輔助控制系統(tǒng)與綜合自動化系統(tǒng)互聯(lián)，二次電纜過長可能導致測控、保護系統(tǒng)的精度及可靠性降低，過多則導致后期維護工作量巨大；所內一次設備須定期檢修，每日人工巡視；所內各自動化系統(tǒng)功能集成度較低。另一方面，接觸網工作環(huán)境惡劣，沒有備用，日常的運營維護需要大量具有足夠專業(yè)技能和經驗的接觸網工，接觸網的運行狀態(tài)只能通過定期和不定期的人工巡視檢查、車巡檢查、檢測車檢測等方式實現，還不能實現接觸網運行狀態(tài)和技術參數的連續(xù)性記錄與監(jiān)測，不能實時發(fā)現和消除接觸網運行狀態(tài)存在的問題，不能提前預知和判定接觸網可能出現的問題，分析方法和分析平臺相對缺位，需要很多有豐富經驗的工程技術人員進行判定。當接觸網發(fā)生故障時，需要很多人分頭沿線尋找故障地點，耗費大量的人力物力，效率也不是很高，往往會因為查找故障地點而浪費不少寶貴的搶修時間，給鐵路運輸造成巨大的損失。同時，對故障的產生和發(fā)展過程都沒有第一手資料，很多是靠人的判斷和推測。但隨著列車運行速度的提高，弓網匹配的嚴格程度提高了很多，接觸網、受電弓、弓網系統(tǒng)任可一個不利因素都可能造成嚴重后果。

3　牽引供電系統(tǒng)智能化設想

3.1智能牽引變電所

智能牽引變電所需以供電的安全性、可靠性、經濟性為前提，結合當前技術發(fā)展情況，深入各個環(huán)節(jié)研究牽引變電所的智能化方案。安全是關鍵，牽引變電所的智能化必須確保高速鐵路安全、高效地運行，同時兼顧技術先進性，投資建設、運行維護的經濟型，與相關系統(tǒng)的協(xié)同性，自身系統(tǒng)改造升級的兼容性等。牽引所變電智能化的實現主要體現在以下幾方面：

（1）設備智能化

受當前技術以及生產工藝限制，目前大多數智能高壓電氣設備在技術上尚不成熟。對于牽引變電所一次設備，可通過智能電子設備或組件與一次高壓設備結合來實現一次設備智能化。如牽引變壓器的智能化，采用智能電子設備及組件，實現變壓器測量、保護和監(jiān)測功能，智能設備集中安裝于智能組件柜中，臨近變壓器放置。

（2）采用變電站集中保護

利用IEC61850標準的優(yōu)勢，采用集中保護的方式，以一臺服務器設備來完成現有變電所饋線保護、變壓器保護等多臺保護裝置的工作，對所內所有信息進行收集、分析、處理，從整體上協(xié)調保護之間的關系，解決多種保護因時限配合不協(xié)調造成不能及時切除故障或者其他保護誤動等問題，有效保證繼電保護的可靠性、選擇性、靈敏性和速動性，并且可有效提高牽引所保護性能，增強保護可靠性，有利于集中化管理。從建設運行的角度來說，集中保護可在硬件上節(jié)省投資，且可通過軟件開發(fā)或升級就能實現功能擴展。

（3）系統(tǒng)層智能化

牽引所控制室內采用智能網關、監(jiān)控后臺等其他智能化輔助設備，通過光纖與變電站現場監(jiān)控、測量等智能電子設備相連，實現電氣設備實時運行狀態(tài)檢測、監(jiān)視與控制、備自投、防火墻、智能告警、通信等功能。

3.2智能接觸網

智能接觸網是指將先進的現代信息技術、傳感測量技術、通信技術、計算機技術及控制技術與接觸網高度集成，并且和工作人員生產調度有機結合而形成的新型接觸網，以實現接觸網運營信息的全息化，接觸網運營狀態(tài)完全可知，保證鐵路運輸的可靠性和經濟性，以充分適應高速鐵路的發(fā)展及滿足高速運營管理的需求。其架構設想如圖1。

圖1　接觸網智能化架構示意圖

其中，接觸網基礎體系是指接觸網系統(tǒng)的實體，包括傳感、通信設備等；技術支撐體系是指當前先進的信息、通信、控制等應用技術，是接觸網實現智能化的重要基礎；應用體系是指進行高效率地維護和管理，保障接觸網的安全可靠運營；標準規(guī)范體系指的是在技術、管理等方面的標準和規(guī)范，還有試驗認證評估體系，這是實現接觸網智能化的制度保障。

技術上，智能接觸網的構成主要包括數據的采集與傳輸、數據集成、邏輯判斷、快速反應處理及接觸網設備及材料管理等。相較于智能電網而言，由于接觸網的特殊性、無備用性、對運行環(huán)境的敏感性，其并不能像智能電網那樣對于電路故障具有自我修復的特征。因此，智能接觸網應具備以下功能：

（1）通過與傳感器結合，實現接觸網連續(xù)不斷地進行在線自我監(jiān)測，以預測接觸網各設備可能出現的問題，及時發(fā)現已存在和正在發(fā)展的問題，并迅速作出報告，以確保接觸網設備的安全可靠性提高巡檢效率；

（2）采用無線傳感器技術，在發(fā)現設備出現問題或可能出現問題時，能及時地記錄數據并傳回監(jiān)控中心，并自動分類存儲數據。能夠故障作出快速反應，給出搶修方案，包括事故地點、事故地點設備裝配圖、所需的材料、搶修工具和相關工作人員等，節(jié)省搶修時間；

（3）對所采集到的信息進行分類統(tǒng)計分析，能夠判斷出存在的問題，以及是否真正存在或即將發(fā)生問題，排除偶然事件可能會導致的誤診，確保信息的準確度。

接觸網智能化將減少在日常運營維護中所需投入的人力物力，降低接觸網故障給鐵路運輸帶來的損失，提高接觸網運行的安全性、可靠性、經濟性和運營管理效率。

4　結語

高速鐵路牽引供電系統(tǒng)智能化不是一個終點，而是一個過程。這既是一個使牽引供電系統(tǒng)具備智能化的過程，也是一個復雜龐大的系統(tǒng)工程，需要一系列新技術、新設備的支撐，必須要在新技術與新設備的制造方面取得突破，才能最終能夠實現智能化的目的。

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［4］范智翔，陳 烽，周 偉，王 偉.智能變電站自動化系統(tǒng)關鍵技術應用研究［J］.中國高新技術企業(yè)，2012（Z2）：18～19.

［5］李乃湖，倪以信，孫舒捷，姚美齊.智能電網及其關鍵技術綜述.南方電網技術，2011.

張 煉（1987-），男，助理工程師，大學本科，主要從事鐵路電氣化等相關工作。

U223.6

A

2095-2066（2016）17-0197-02

2016-5-25