李春喜

（中交機(jī)電工程局有限公司，北京 100088）

隨著國家經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，人們的交通出行、貨物往來愈加頻繁，國家對(duì)鐵路建設(shè)也愈發(fā)重視，近年來加大了對(duì)鐵路運(yùn)輸發(fā)展的投入。相較于其他運(yùn)輸方式，如公路運(yùn)輸、航空或者航海，鐵路運(yùn)輸更為經(jīng)濟(jì)，且擁有很好的可靠性，更加節(jié)約能源。鐵路電力自動(dòng)化技術(shù)作為其中的一項(xiàng)核心技術(shù)，它在維持鐵路的高速運(yùn)行及設(shè)備的能源供給方面具有不可替代的作用，也為我國的鐵路建設(shè)提供了新的發(fā)展思路。

1 我國鐵路運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展?fàn)顩r

從蒸汽機(jī)時(shí)代、內(nèi)燃機(jī)時(shí)代和電力機(jī)車時(shí)代一路走來，我國的鐵路發(fā)展也是飽經(jīng)滄桑，到如今取得了舉世矚目的成績。目前內(nèi)燃機(jī)車牽引列車很明顯已經(jīng)跟不上時(shí)代的發(fā)展了，電力牽引逐步取代了內(nèi)燃機(jī)車牽引，成為鐵路動(dòng)力來源的主流。

鐵路電力系統(tǒng)包括了電力機(jī)車、電力系統(tǒng)、通訊設(shè)備及控制系統(tǒng)等，相比較其他運(yùn)輸方式在各個(gè)指標(biāo)上具有突出的優(yōu)勢，如運(yùn)輸能力和運(yùn)輸損耗。

2 南廣快速鐵路電力自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用分析

2.1 南廣快速鐵路簡介

南廣快速鐵路是從南寧到廣州的客、貨運(yùn)鐵路。共設(shè)23個(gè)車站，全長500多km，于2014年8月正式通車。該鐵路的運(yùn)輸能力達(dá)到客車110對(duì)/日，貨運(yùn)2000萬t/年。南廣快速鐵路的建成很好的改善了廣西、廣東兩地交通運(yùn)輸能力嚴(yán)重不足的現(xiàn)狀。

2.2 電力牽引系統(tǒng)的構(gòu)成

南廣快速鐵路電力牽引系統(tǒng)主要由以下3個(gè)部分構(gòu)成，即鐵路沿途的27.5kV接觸網(wǎng)、變(配）電所、電力牽引機(jī)車3個(gè)部分構(gòu)成。電力牽引系統(tǒng)的運(yùn)行原理是：電廠輸送的電能經(jīng)過升壓后由高壓輸送線路輸送至鐵路沿途的牽引變電所，然后將遠(yuǎn)程輸送來的高壓三相電在變電所降壓，轉(zhuǎn)換為27.5kV單相電，通過鐵路接觸網(wǎng)傳送給電力機(jī)車作為列車的牽引動(dòng)力。

2.3 電力牽引系統(tǒng)各部分的主要特點(diǎn)

變（配）電所：它的主要作用是對(duì)外部電源的電壓及電流進(jìn)行變換、集中以及分配。通常需要在變電所中對(duì)電源進(jìn)行降壓、潮流控制及輸電線路、設(shè)備的保護(hù)，從而確保電能的質(zhì)量和使用設(shè)備的安全。鐵路沿途的變電所除了配有電力變壓器、控制、測量、監(jiān)控及通訊的設(shè)備以外，還有專門的供電回路：它是由牽引變電所供電到反饋電線，再由反饋線路將電輸送到接觸網(wǎng)，通過接觸網(wǎng)將電輸送給電力機(jī)車，與鋼軌、地或者回流線構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)的供電回路。

接觸網(wǎng)：接觸網(wǎng)是指鐵路上空所鋪設(shè)的一條特定形式或者按需定制的輸電線路，它主要有以下的4個(gè)組成部分：

（1）接觸懸掛。接觸懸掛是通過支持裝置架設(shè)在支柱上的特定懸掛裝置，由接觸線、吊弦、補(bǔ)償器、承力索構(gòu)成，在工作過程中，要求接觸懸掛的穩(wěn)定性要足夠好，彈性均勻。

（2）支持裝置。支持裝置發(fā)揮的主要功能是支持接觸網(wǎng)中的接觸懸掛，將接觸懸掛上的機(jī)械負(fù)荷傳送給支柱。支持裝置的主要構(gòu)件為腕臂、水平拉桿、絕緣子串和懸掛零件。

（3）定位裝置。定位裝置的主要功能是固定接觸網(wǎng)橫向位置的，讓接觸線水平定位在受電弓滑板的運(yùn)行軌跡范圍內(nèi)，由定位管、定位器、電連接裝置組成。

（4）支柱與基礎(chǔ)。它是用來承受接觸懸掛、支持和定位裝置的全部負(fù)荷，并將其固定在要求的位置、高度上。支柱一般分為鋼筋混泥土結(jié)構(gòu)及鋼結(jié)構(gòu)支柱兩種，基礎(chǔ)則是埋在地下部分，主要起到固定支柱的作用。

電力機(jī)車的工作原理就是通過機(jī)車頂部升起的受電弓接觸滑觸線來得到所需要的電能。每一臺(tái)電力機(jī)的車前后都有一個(gè)受電弓，通過司機(jī)對(duì)其升降進(jìn)行控制，在受電弓工作的時(shí)候，其與接觸線的摩擦壓力使電能引入機(jī)車，從而達(dá)到牽引車輛的目的。

2.4 電力自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用

由于南廣快速鐵路接觸網(wǎng)采用的是低壓單相供電制，系統(tǒng)存在相位不穩(wěn)定、容易發(fā)生電磁干擾等現(xiàn)象，因此，在供電系統(tǒng)的應(yīng)用上需要對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控。首先，通常采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對(duì)變電所、接觸網(wǎng)回路、電力機(jī)車進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。例如：系統(tǒng)可以借助變電所內(nèi)的監(jiān)控設(shè)備，檢測該變電所的輸入、輸出回路的功率因素、線電壓、電流等信息，通過通信系統(tǒng)上傳至監(jiān)控中心，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測，當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，監(jiān)控管理軟件自動(dòng)分析故障原因，可以快速找到問題，再運(yùn)用控制網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，調(diào)整參數(shù)或控制回路通斷，減少故障處置時(shí)間及成本。所以，在鐵路電力系統(tǒng)中運(yùn)用自動(dòng)化手段很重要。

3 鐵路電力供電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

3.1 健全的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)

通過對(duì)南廣快速鐵路電力系統(tǒng)進(jìn)行分析，可以體現(xiàn)出數(shù)據(jù)分析方面在我國鐵路電力自動(dòng)化系統(tǒng)中具有的突出地位。比如，通過SCADA自動(dòng)化系統(tǒng)（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)）可以達(dá)到自動(dòng)接收、判斷和處理遠(yuǎn)端實(shí)時(shí)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的目的，然后再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，包括自動(dòng)檢測、電流數(shù)據(jù)、開關(guān)狀態(tài)等，再根據(jù)反饋的數(shù)據(jù)，由系統(tǒng)的調(diào)度主站進(jìn)行分析、處理。由此可見，無論是對(duì)變電所中監(jiān)控設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行定期提取分析，還是在故障時(shí)根據(jù)數(shù)據(jù)分析得出的相應(yīng)結(jié)論來為故障處理提供依據(jù)，都體現(xiàn)了數(shù)據(jù)分析的重要作用。

3.2 利用互聯(lián)網(wǎng)帶來的便利充分完善自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

利用網(wǎng)絡(luò)的便利性，鐵路管理者可以對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行從高壓供電、變電站、接觸網(wǎng)、電力機(jī)車的整個(gè)電路回路進(jìn)行有效監(jiān)控管理。例如，運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)電網(wǎng)中的高壓設(shè)備進(jìn)行線電壓、相電壓的監(jiān)控與控制，可以在以下3個(gè)方面來進(jìn)行：一是對(duì)高壓開關(guān)的過載實(shí)行遠(yuǎn)程控制；二是增加了故障及異常情況報(bào)警裝置，確保故障信息能第一時(shí)間發(fā)出，并提供準(zhǔn)確的故障信息；三是在回路中運(yùn)用了高壓與低壓互感器，通過它可以獲取供電電流的各項(xiàng)準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，同時(shí)，在出現(xiàn)故障時(shí)也能夠快速、準(zhǔn)確的判斷具體故障設(shè)備的位置。

3.3 建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)健全的設(shè)備體系

由于鐵路電力系統(tǒng)涉及高壓與低壓的相互轉(zhuǎn)換，設(shè)備間的額定功率更是千差萬別，而鐵路電力線路采取的是相鄰式的供電模式，即一個(gè)站接一個(gè)站的傳遞方式。對(duì)于龐大的供電系統(tǒng)，過壓、過流、欠壓、過載等情況是相對(duì)來說難以避免。針對(duì)此類情況，鐵路電力系統(tǒng)可以使用保護(hù)裝置、自動(dòng)投入裝置和自動(dòng)重合閘裝置作為有效的預(yù)防措施，當(dāng)出現(xiàn)不同類型的電路故障時(shí)，切換到不同的動(dòng)作模式；我們還可以通過添加過載保護(hù)、快速斷開的方式，來實(shí)現(xiàn)對(duì)電路進(jìn)行保護(hù)的目的，例如，在鐵路沿途變電所內(nèi)，如果當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)過流現(xiàn)象時(shí)，保護(hù)裝置會(huì)快速動(dòng)作以保護(hù)電路；如果是短時(shí)間的過流現(xiàn)象，主送所會(huì)做出斷電保護(hù)的動(dòng)作，這種情況下，在故障處與主送所的線路會(huì)出現(xiàn)一次過電流現(xiàn)象，而在故障的下一段線路上則不會(huì)出現(xiàn)過電流現(xiàn)象，因此，在備用電源自動(dòng)投入裝置動(dòng)作時(shí)，并不會(huì)影響到輸送電能的持續(xù)性；二是永久性的電路故障，首先主送所的斷路保護(hù)開關(guān)會(huì)斷開，然后備用電源會(huì)進(jìn)行一次自投動(dòng)作，而主所也會(huì)進(jìn)行一次自動(dòng)重合閘的動(dòng)作。進(jìn)行動(dòng)作之后，它們都會(huì)再次自動(dòng)斷開，保證這不會(huì)對(duì)線路造成損害。因?yàn)樵趥溆秒娫醋酝逗妥詣?dòng)重合閘的動(dòng)作執(zhí)行過程中，由于備用電源自投動(dòng)作的延時(shí)性，它們產(chǎn)生的電流時(shí)間不同，在故障點(diǎn)與重合閘處有2次過電流產(chǎn)生，而在另一端，只會(huì)發(fā)生一次。標(biāo)準(zhǔn)健全的過載保護(hù)裝置在鐵路供電系統(tǒng)中可以很好的保護(hù)設(shè)備，保證供電質(zhì)量，所以，建立標(biāo)準(zhǔn)健全的設(shè)備體系，可以對(duì)供電設(shè)備進(jìn)行有效的保護(hù)，同時(shí)確保整個(gè)供電系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。

4 結(jié)語

南廣快速鐵路的電力供電系統(tǒng)是我國鐵路電力自動(dòng)化的一個(gè)非常成功的設(shè)計(jì)案例。通過應(yīng)用電力自動(dòng)化系統(tǒng)，南廣鐵路提高了鐵路供電系統(tǒng)的運(yùn)行效率，減少了鐵路運(yùn)行的成本，也極大的提高了供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和供電質(zhì)量。

鐵路交通是我國實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步的重要環(huán)節(jié)，自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用對(duì)鐵路建設(shè)至關(guān)重要，它需要我們進(jìn)行更深入的研究，從而使電力供電系統(tǒng)性能更加完善、更加可靠，為鐵路實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。