強化牽引供電設(shè)備系統(tǒng)能力的思考

雷陽成

（中國鐵路南寧局集團有限公司 工電檢測所，工程師 廣西 南寧 530029）

1 引言

截止2020年，全國鐵路營業(yè)里程達到14.63萬公里，居世界第二；高鐵里程達到3.79萬公里，居世界第一。與此同時，全國鐵路一些主要運輸經(jīng)濟指標(biāo)持續(xù)保持世界領(lǐng)先，其中，旅客周轉(zhuǎn)量、貨運量、貨物周轉(zhuǎn)量、換算周轉(zhuǎn)量多年穩(wěn)居世界第一，客運量位居世界第二。《新時代交通強國鐵路先行規(guī)劃綱要》更是提出，到2035年，全國鐵路網(wǎng)達到20萬公里左右，其中高鐵7萬公里左右，20萬人口以上城市實現(xiàn)鐵路覆蓋，其中50萬人口以上城市高鐵通達。在這個背景下，既立足現(xiàn)在，又放眼未來，如何用好這張龐大的現(xiàn)代化鐵路網(wǎng)，更好地服務(wù)國民經(jīng)濟發(fā)展大局，對鐵路運輸生產(chǎn)組織和基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)發(fā)展提出了更高的要求。對于牽引供電設(shè)備而言，如何支持現(xiàn)實運輸生產(chǎn)組織和適應(yīng)未來基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)發(fā)展，成為了重點問題。

2 強化供電設(shè)備的意義

現(xiàn)階段，全國鐵路電氣化率已經(jīng)達到72.8%，鐵路電力消耗占總能耗的比例已經(jīng)從2012年的34.1%上升到了2019年的65.5%，電力牽引完成運輸任務(wù)的比重占80%以上，牽引供電設(shè)備在鐵路運輸生產(chǎn)中的作用舉足輕重。但這般重要作用絕非牽引供電單個設(shè)備可以做好的，而是要求牽引供電設(shè)備整體的作用發(fā)揮。因此，無論是現(xiàn)實角度的運輸安全暢通，還是長遠視野的供電技術(shù)發(fā)展，都應(yīng)當(dāng)關(guān)注設(shè)備整體、運用系統(tǒng)思維來看待問題，需要強化牽引供電設(shè)備系統(tǒng)能力。

2.1 保障運輸安全暢通

高強度的運輸生產(chǎn)組織和高質(zhì)量的運輸產(chǎn)品供給，基礎(chǔ)是運輸安全暢通。鐵路運輸生產(chǎn)中，為工作取流列車的功率總額、排列組合及安全行車提供支撐的，是由牽引供電設(shè)備個體系統(tǒng)組成的設(shè)備整體，考量的是牽引供電設(shè)備系統(tǒng)能力。當(dāng)牽引供電設(shè)備系統(tǒng)能力與運輸生產(chǎn)強度不匹配時，會出現(xiàn)自我保護動作引發(fā)的停電問題，也會出現(xiàn)短板設(shè)備超負荷工作引發(fā)的電氣或機械問題，還會損害工務(wù)、電務(wù)等其它基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備，從而干擾運輸生產(chǎn)秩序，甚至影響列車運行安全。因此，作為行車設(shè)備，要提高牽引供電設(shè)備保障運輸安全暢通的能力，必然要求強化牽引供電設(shè)備系統(tǒng)能力。

2.2 支持供電技術(shù)發(fā)展

近年來出現(xiàn)的一些設(shè)備故障，如回流電纜燒損、PW線燒斷、吊弦折斷、彈性吊索磨斷、電氣化鋼橋軌枕起火等，本質(zhì)上都是牽引供電設(shè)備個體的電氣或機械性能不適應(yīng)牽引供電設(shè)備系統(tǒng)能力輸出而反映出的技術(shù)問題，根源在技術(shù)人員對牽引供電設(shè)備整體的系統(tǒng)觀念不強，用強化牽引供電設(shè)備系統(tǒng)能力來發(fā)現(xiàn)和解決技術(shù)問題的思想認識不足。隨著現(xiàn)代化鐵路網(wǎng)的規(guī)模擴大、速度提高及運能增加，高速、重載等大負荷電流、高強度振動將帶來的供電技術(shù)發(fā)展，必然會在牽引供電設(shè)備系統(tǒng)能力的提升上得到更多的反映和體現(xiàn)。因此，從整體決定部分的角度看待供電技術(shù)的發(fā)展問題，強化牽引供電系統(tǒng)能力成為了保障供電技術(shù)發(fā)展的認知引領(lǐng)和實現(xiàn)手段。

3 三個電流通道的建設(shè)

鐵路運輸生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，供電技術(shù)發(fā)展的結(jié)果運用，都無法脫離牽引供電設(shè)備為列車傳遞電流這個根本任務(wù)。傳遞電流的必備條件是電流通道。無論是設(shè)備整體還是設(shè)備個體，無論是電氣部件還是機械部件，牽引供電設(shè)備的本質(zhì)用途都是為滿足移動弓網(wǎng)小而接觸面?zhèn)鬟f大電流的剛性技術(shù)條件，塑造特殊空間幾何構(gòu)造的電流通道。因此，強化牽引供電設(shè)備系統(tǒng)能力必然要將電流通道建設(shè)作為實踐路徑。

3.1 三個電流通道的劃分

強化牽引供電設(shè)備系統(tǒng)能力的結(jié)果，最終將體現(xiàn)在運輸組織和列車運行都能獲得持續(xù)高品質(zhì)電能的可靠程度上。不影響運輸生產(chǎn)，以及既快速控制影響面又迅速消除影響點的應(yīng)急處置原則，要求牽引供電設(shè)備系統(tǒng)能力具備正常工作的可持續(xù)性、故障響應(yīng)的快速性以及化解干擾的可屏蔽性的特征。從正常工作、故障響應(yīng)和化解干擾三個方面考慮，可以把牽引供電設(shè)備整體塑造的電流通道劃分為三個，即工作通道、故障通道和外物通道。

3.2 三個電流通道的構(gòu)建

移動弓網(wǎng)小接觸面?zhèn)鬟f大電流的特殊技術(shù)要求，決定了牽引供電設(shè)備整體是特殊空間幾何構(gòu)造的電流通道，決定了電流通道具有電氣和機械雙重特性。三個電流通道的構(gòu)建，除了關(guān)注用于導(dǎo)流和絕緣的電氣部件，還包括為塑造特殊空間幾何構(gòu)造而用到的機械部件。

工作通道是牽引供電設(shè)備系統(tǒng)工作電流的通道，以變壓器和牽引網(wǎng)構(gòu)成的牽引供電主導(dǎo)電回路為主要路徑，用于持續(xù)可靠向列車傳遞電能，代表的是牽引供電設(shè)備系統(tǒng)能力對工作取流列車的功率總額、排列組合及安全行車的可容納度。

故障通道是牽引供電設(shè)備系統(tǒng)故障電流的通道，以部分牽引供電主導(dǎo)電回路、故障設(shè)備個體以及大地為主要路徑，用于智能響應(yīng)不確定性的設(shè)備故障，代表的是牽引供電設(shè)備系統(tǒng)能力對設(shè)備故障影響的可控制度。

外物通道是牽引供電設(shè)備系統(tǒng)外來電能電流的通道，以避雷線、避雷針等引雷設(shè)備為主要路徑，用于規(guī)避外界電能傷害，代表的是牽引供電設(shè)備系統(tǒng)能力對化解外來電能破壞的可排它度。

3.3 三個電流通道的關(guān)系

三個電流通道中，只有工作通道與列車取流直接發(fā)生關(guān)系，所以，三個電流通道之間無法產(chǎn)生接替互補的作用，只能是并列關(guān)系。如果從是否與列車發(fā)生取流關(guān)系的角度看，工作通道建設(shè)為的是改善取流關(guān)系，但單一的工作通道終歸無法在大概率意義上獲得高可靠、可持續(xù)的保障，除了工作通道建設(shè)之外，還需要故障通道建設(shè)在取流關(guān)系出現(xiàn)裂痕的時候智能響應(yīng)來避免進一步惡化，也需要外物通道建設(shè)應(yīng)對外界破壞力量來充當(dāng)取流關(guān)系的保護傘，三個電流通道雖然沒有直接的相互關(guān)系，但也能做到相輔相成。因此，在牽引供電設(shè)備系統(tǒng)能力的統(tǒng)領(lǐng)下，三個電流通道的關(guān)系可以用十二個字來形容：三足鼎立、一軸兩翼、本同末離。

4 有效治理電氣和機械的短板

短板理論指出，木桶的盛水量受組成木板中的短板限制。由于弓網(wǎng)接觸產(chǎn)生的電氣和機械雙重作用，電流通道中電氣和機械性能相對薄弱的短板設(shè)備，會限制牽引供電設(shè)備系統(tǒng)能力。三個電流通道建設(shè)應(yīng)當(dāng)把有效治理短板設(shè)備作為突破口，通過“換短為長”“補短為長”的方式，實現(xiàn)設(shè)備個體電氣和機械性能整體均衡，以此強化牽引供電設(shè)備系統(tǒng)能力。結(jié)合三個電流通道的關(guān)系，以三個電流通道建設(shè)強化牽引供電設(shè)備系統(tǒng)能力的基本思路是：以有效治理短板設(shè)備為突破，鞏固提高電流通道空間幾何構(gòu)造的機械強度，正確引導(dǎo)規(guī)制電流通道導(dǎo)流組成部件的電氣，確保工作電流、故障電流和外來電流各行其道，不堵塞，不流竄。

4.1 發(fā)展短板設(shè)備感知體系

牽引供電設(shè)備狀態(tài)絕非一成不變，任何設(shè)備個體都有成為短板設(shè)備的風(fēng)險。發(fā)展短板設(shè)備感知體系，是實踐“預(yù)防為主”運行維修方針的重要內(nèi)容，目的是在牽引供電設(shè)備系統(tǒng)能力輸出的統(tǒng)領(lǐng)下，捕捉設(shè)備狀態(tài)變化，感知電流通道的電氣和機械薄弱點。但無論成因是先天不足，還是后天變質(zhì)，短板設(shè)備幾乎都是在使用過程中顯現(xiàn)出來的，感知體系應(yīng)當(dāng)以現(xiàn)實的運輸生產(chǎn)組織和設(shè)備運行條件為考量，不完全拘泥于設(shè)計、施工和產(chǎn)品所提供的原始條件。

在電氣性能方面，以牽引變壓器為龍頭核定供電能力，對接機車牽引定數(shù)、車型、額定功率、運行密度等運輸生產(chǎn)情況，依托智能牽引變電所完善的監(jiān)測技術(shù)、沿線牽引供電設(shè)備的測溫技術(shù)發(fā)展以及視頻的共享調(diào)用等，沿工作通道的路徑建立全覆蓋溫度檢測監(jiān)測體系，及時感知電流熱效應(yīng)凸出的設(shè)備個體；研究與牽引供電設(shè)備系統(tǒng)實際工況和特點相適應(yīng)的繼電保護理論，加快保護裝置工程化應(yīng)用，提高感知短板設(shè)備故障現(xiàn)象的覆蓋面和靈敏度；建立氣象、地理等自然因素與設(shè)備運行狀態(tài)的大數(shù)據(jù)庫，特別是雷電與跳閘之間的大數(shù)據(jù)聯(lián)系，感知容易遭受雷擊傷害的薄弱處所。

在機械性能方面，依托鐵路供電安全檢測監(jiān)測系統(tǒng)（6C）的發(fā)展和完善，通過接觸網(wǎng)狀態(tài)評價理論及方法的應(yīng)用，及時感知零部件在松、脫、卡、裂、磨、銹、斷等方面問題；位于6C盲區(qū)的牽引供電設(shè)備，嚴格按要求進行人工巡視檢查。

4.2 優(yōu)化短板設(shè)備處置體系

短板設(shè)備處置體系，應(yīng)當(dāng)按照“狀態(tài)維修”的原則，建立在短板設(shè)備感知體系不斷發(fā)展的基礎(chǔ)上，以搶在短板設(shè)備產(chǎn)生破壞性后果之前做到“換短為長”“補短為長”，做好出現(xiàn)破壞性后果的智能響應(yīng)準(zhǔn)備，并在強化牽引供電設(shè)備系統(tǒng)能力的技術(shù)指引下對短板設(shè)備實施運輸生產(chǎn)適應(yīng)性升級改造和更新?lián)Q代。主要手段是，建立電流通道建設(shè)與線路等級、運輸生產(chǎn)以及自然環(huán)境等因素相配套的牽引供電設(shè)備維修策略和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，遵循專業(yè)化、機械化、集約化的維修方式，推進以效率為主線的生產(chǎn)組織優(yōu)化，強化調(diào)度指揮體系的智能性，利用科技信息手段驅(qū)動流程再造，提高維修隊伍的技術(shù)素養(yǎng)和紀(jì)律觀念，推動科研、設(shè)計等前沿技術(shù)代表的理論革新，引導(dǎo)廠商對產(chǎn)品進行升級換代，把控設(shè)備源頭質(zhì)量等，確保不因短板設(shè)備而影響到牽引供電設(shè)備系統(tǒng)能力的保值增值。

在電氣性能方面，按照“凡燒必堵”的思路，從電流熱效應(yīng)凸出的設(shè)備個體倒查，分清產(chǎn)生熱效應(yīng)是因為設(shè)備個體本身就是導(dǎo)流薄弱點，還是因為有其它電流流竄至設(shè)備個體形成了導(dǎo)流薄弱點，然后采用“疏堵結(jié)合”的方式，沿工作通道勾勒的路徑，針對電流熱效應(yīng)凸出的設(shè)備個體，利用補強措施疏通自身導(dǎo)電能力形成的堵點，利用旁路措施來疏通其它電流竄入形成的堵點，利用絕緣措施來封堵電流從電流通道向外流竄的漏點；按照“當(dāng)機立斷”的思路，應(yīng)對故障通道的不確定性，提高繼電保護的敏感性，提高遠動系統(tǒng)的可靠性，提高調(diào)度指揮的智能性，以便在緊急時刻毫不含糊地精準(zhǔn)動作，控制各種故障的影響程度，為快速處理故障修復(fù)工作通道創(chuàng)造條件；按照“因勢順導(dǎo)”的思路，在雷電活動頻繁的地段，利用避雷線、避雷針等引雷設(shè)備引導(dǎo)雷電外來電能從外物通道流通入地，不傷害到工作通道和工務(wù)、電務(wù)等其它基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備。

在機械性能方面，以保持電流通道的特殊空間幾何構(gòu)造為目的，把弓網(wǎng)機械振動作用和設(shè)備個體自然老化作為關(guān)注點，結(jié)合溫度、濕度、鹽度等自然環(huán)境對設(shè)備材質(zhì)的影響，著重解決松、脫、卡、裂、磨、銹、斷等較單純的機械問題，同時還要注意電氣問題和機械問題的相互影響轉(zhuǎn)化，既防止導(dǎo)流絕緣變化引發(fā)機械問題，又避免空間位置變化引發(fā)電氣問題。

5 結(jié)語

牽引供電設(shè)備系統(tǒng)只是鐵路系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)。談?wù)搹娀癄恳╇娫O(shè)備系統(tǒng)能力的問題，需要把握好整體和部分的關(guān)系，需要重視牽引供電設(shè)備的整體來處理上與下、大與小的關(guān)系。也就是，牽引供電設(shè)備系統(tǒng)不能成為鐵路系統(tǒng)的短板，牽引供電設(shè)備個體不能成為設(shè)備整體的短板。因此，強化牽引供電設(shè)備系統(tǒng)能力的實踐，應(yīng)當(dāng)以如何服務(wù)鐵路運輸生產(chǎn)組織為目標(biāo)，以如何治理牽引供電短板設(shè)備為問題，才能既支持現(xiàn)實運輸生產(chǎn)組織，又適應(yīng)未來基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)發(fā)展。