電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)的可靠性研究

何福勇

【摘 ?要】如今現(xiàn)代的電氣化鐵路其性能已經(jīng)不再是需求的重點(diǎn)，換句話說就是性能本身是可以滿足人們的日常需求的，現(xiàn)在的電氣化鐵路需要攻克的是在滿足當(dāng)下理論性能的前提下，如何保證更高的穩(wěn)定性。

【關(guān)鍵詞】電氣化鐵路;牽引供電系統(tǒng);可靠性

引言

鐵路牽引供電系統(tǒng)使高速鐵路列車的正常運(yùn)行具有更高的穩(wěn)定性和高質(zhì)量的電能。由于其需要較大的牽引功率和更高的電壓水平，因此本文通過分析牽引供電系統(tǒng)，對牽引供電系統(tǒng)的供電能力和可靠性要有更高的要求，使電能優(yōu)質(zhì)并且更加可靠地傳輸給高速行駛的列車。

1、牽引供電系統(tǒng)分類

按照供電電流種類的不同，可以將牽引供電系統(tǒng)分為工頻單相交流制、低頻單相交流制和直流制3種類型。目前工頻單相交流制在我國應(yīng)用比較廣泛。列車供電系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

交流電氣化鐵路供電系統(tǒng)主要由電力機(jī)車、牽引變電所和接觸網(wǎng)組成。由于負(fù)載是感性負(fù)載，會(huì)導(dǎo)致牽引供電網(wǎng)的功率因數(shù)降低、發(fā)電設(shè)備效率變差、發(fā)電成本提高、電網(wǎng)電能損耗增加等問題。

2、提高電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)可靠性的措施

2.1分、合閘操作

繼電保護(hù)裝置的輸出實(shí)質(zhì)上就是為了操作斷路器的分、合位置。分、合閘操作，可分為對電保持型斷路器的控制和對磁保持型斷路器的控制兩種。由于電保持型斷路器和磁保持型斷路器的操作機(jī)構(gòu)原理不同，其控制方法也是不相同的。

電保持型斷路器控制合分閘的功能及時(shí)隙如圖2所示。

電保持型斷路器在合閘時(shí)繼電器的動(dòng)合接點(diǎn)K1閉合，將旁路電阻R短接，斷路器合閘線圈Q受全壓通過較大電流，操作機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)斷路器的動(dòng)觸頭動(dòng)作合閘。在合閘后繼電器的動(dòng)合接點(diǎn)K1打開，旁路電阻R與斷路器合閘線圈Q串聯(lián)，合閘線圈Q通過的電流減小為保持電流，由于磁隙接近于零，磁阻很小，即很小的電流也能使斷路器保持在合閘位置。

斷路器的合閘動(dòng)作順序如圖2所示，外合閘控制回路輸出1秒寬度的脈沖，使繼電器K1得電動(dòng)作，旁路電阻R被短接，0.5秒后發(fā)出合閘電平并保持，斷路器合閘線圈得電后合閘，再過0.5秒后繼電器K1分?jǐn)啵琄2一直保持閉合，斷路器合閘線圈Q流過較小的保持電流。

其分閘順序?yàn)椋菏估^電器K2失電，斷路器即分閘。

磁保持型斷路器控制分、合閘的功能及時(shí)隙如圖3所示。

磁保持型斷路器的合閘線圈為短時(shí)通電型。

磁保持型斷路器的合閘順序如圖2所示，外合閘控制回路輸出1秒寬度的脈沖，接通合閘繼電器K1，合閘線圈Q正向得電（左進(jìn)右出），斷路器合閘。合閘后合閘繼電器K1返回，合閘線圈Q失電，斷路器通過永磁機(jī)構(gòu)保持在合閘狀態(tài)。

磁保持型斷路器的分閘順序?yàn)椋和夥珠l控制回路輸出1秒寬度的脈沖，接通分閘繼電器K2，使合閘線圈Q反向得電（右進(jìn)左出），流過反磁極電流，給永磁機(jī)構(gòu)消磁，斷路器的動(dòng)觸頭在分閘彈簧的作用下分?jǐn)?，分閘后，合閘線圈Q失電。

2.2線路測試與自動(dòng)重合閘

城市軌道交通直流供電系統(tǒng)合閘時(shí)必須確保系統(tǒng)無故障，線路檢測是檢測系統(tǒng)是否有故障的唯一辦法。線路檢測的原理如圖4所示：饋線斷路器接收到合閘命令后，不會(huì)立即動(dòng)作，而是先啟動(dòng)旁路接觸器KM 1，在檢測線路中串入限流電阻R1，直流電壓通過限流電阻R1加到接觸網(wǎng)上，通過檢測電壓與通過電阻R1的電流的比得出線路電阻值，從而判斷線路是否存在短路。在實(shí)際檢測過程中，可以連續(xù)檢測n次，每次測量持續(xù)時(shí)間為T秒，與下一次側(cè)量間隔m秒。如果第一次測量判定線路絕緣良好則不進(jìn)行后續(xù)測量，啟動(dòng)斷路器合閘回路使斷路器合閘。如果第一次測量不通過，則m秒后進(jìn)行下一次測量，如仍未通過則認(rèn)為線路存在永久性短路故障，斷路器被閉鎖，微機(jī)保護(hù)裝置發(fā)出故障信號。參數(shù)n，m，T可由用戶修改。

線路檢測每次通過的條件是測得的線路剩余電阻值R大于系統(tǒng)設(shè)置值Rmin。假設(shè)正極母線上提供1500V的直流電壓，限流電阻R1設(shè)為52Ω，系統(tǒng)整定最小剩余電阻1Ω，當(dāng)斷路器接收到合閘信號時(shí)，線路檢測的接觸器KM 1首先閉合，限流電阻R1先接入電路中，此時(shí)若測得：

I≦ =28.3A

U≧28.3A×1Ω=28.3V

共持續(xù)3s，在測試時(shí)間內(nèi)，每次采樣值同時(shí)滿足I≦28.3A和U ≧28.3V兩個(gè)條件，即得出線路絕緣電阻R>Rmin，則線路檢測通過，斷路器QF1執(zhí)行合閘命令。

對于直流牽引供電系統(tǒng)的保護(hù)和控制系統(tǒng)來說，自動(dòng)重合閘與線路測試是密不可分的。線路故障后通過繼電保護(hù)裝置使斷路器跳閘，啟動(dòng)重合閘再次合閘時(shí)將面臨著向故障點(diǎn)再次送電的風(fēng)險(xiǎn)，要避免這種風(fēng)險(xiǎn)就必須先對線路進(jìn)行絕緣測試，線路絕緣測試通過以后，才可以合閘送電，如果反復(fù)測試，但故障仍然不能滿足最低絕緣電阻的要求，則判定線路存在永久故障，這時(shí)就必須將斷路器閉鎖，發(fā)出報(bào)警信號，以防擴(kuò)大事故。

結(jié)語

在我國高速鐵路牽引的研究中，需求是功率大，負(fù)荷電流大，交-直-交動(dòng)車組功率因數(shù)高、諧波含量低的特點(diǎn)，同時(shí)在運(yùn)行中能耗要低，可以保證機(jī)車的運(yùn)行平穩(wěn)，通過本文的分析與研究，供電的結(jié)構(gòu)和供電系統(tǒng)的組成得到了分析，可以更好的為高鐵機(jī)車服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 吳旭峰.探討電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)事故恢復(fù)技術(shù)[J].商品與質(zhì)量·建筑與發(fā)展，2014，（2）：55.

[2] 張喜龍.地鐵牽引供電系統(tǒng)可靠性分析[J].江西建材，2017，（13）：205-205.

（作者單位：中鐵電氣化局集團(tuán)西安電氣化工程有限公司）