關(guān)于高速鐵路電力供電系統(tǒng)的研究

中鐵上海設(shè)計院集團有限公司 王雅茹

高速鐵路的電力供電系統(tǒng)包括外部的供電、配電和輸電等，為加強對高速鐵路電力供電系統(tǒng)的控制，積極運用計算機和先進的通信技術(shù)，通過對高速鐵路電力供電系統(tǒng)的監(jiān)控和管理，可有效降低高速鐵路電力供電系統(tǒng)的故障。

1 高速鐵路電力供電系統(tǒng)概述

高速鐵路電力供電保障體系在鐵路運行過程中起著不可忽略的作用，它需保證鐵路系統(tǒng)穩(wěn)定、連續(xù)的供電，防止由于供電中斷而發(fā)生故障。根據(jù)鐵路電力供電實際情況，須具有不可中斷的特性，即須根據(jù)線路的運營情況不斷地供電，并禁止在列車運營期間發(fā)生停電和其他不正常的情況，從而對電力供電系統(tǒng)的性能進行更好的優(yōu)化。高速鐵路電力供電系統(tǒng)需要的電壓較低，由于高速鐵路電力供電系統(tǒng)處于線路的末尾，所以不需高壓參與供電，因此需用到的高壓設(shè)施也不多，設(shè)置低壓配電所就能達到高速鐵路電力供電系統(tǒng)需求，目前10kV、35kV的配變變電站都較常用。

隨著國內(nèi)鐵路行業(yè)的高速發(fā)展，雖然也有一些項目需用到高壓配電所，但電壓相對還是很低，這一點并不難。從鐵路用電供電的布局與運行情況分析，其連接線較簡單，沒有太多的復(fù)雜形態(tài)，因此其可操作性也較突出，正常情況下線路不會有太大問題，變電站、配電所和線路中轉(zhuǎn)站點的布局都較簡單，只要滿足高速鐵路電力供電系統(tǒng)的要求就可。

盡管從高速鐵路電力供電系統(tǒng)的電壓和線路兩個角度考慮并沒有很大的困難，且布設(shè)的處理也較容易、效率也較高，但它通常面對的條件較苛刻，須保證供電的穩(wěn)定、連續(xù)和安全，從而避免因操作不當(dāng)而引起的不正?，F(xiàn)象，確保整個鐵路的正常運營，因此須嚴格控制所使用的材料、設(shè)施和相關(guān)技術(shù)，才能保證各組成部分更加合理、可靠，不會在某一環(huán)節(jié)發(fā)生偏移和混淆。

如，為了保證供電的穩(wěn)定性，高速鐵路電力供電系統(tǒng)須保證延遲時間不超過150ms，從而降低因延遲的原因造成列車運行出現(xiàn)不穩(wěn)定情況。同時還需關(guān)注鐵路電力供電系統(tǒng)在使用過程中所遇到的各種問題，通過合理的配置和組成元件的控制，采用先進的技術(shù)使其達到最好的狀態(tài)，以適應(yīng)目前日益增長的需求，減少高速鐵路電力供電系統(tǒng)所引起的問題[1]。

高速鐵路電力供電系統(tǒng)的安全直接關(guān)系到整個線路的正常運轉(zhuǎn)。我國的鐵路運輸發(fā)展迅速，對高速鐵路電力供電系統(tǒng)的安全要求也越來越高，高速鐵路電力供電系統(tǒng)已對我國鐵路發(fā)展具有直接的影響。歷來都把鐵路看作一種相對安全的交通工具，因而在發(fā)生交通事故時會嚴重打擊人們的身體和心理，因此增強高速鐵路電力供電系統(tǒng)的安全、真正實現(xiàn)防患于未然，保障鐵路的安全非常重要[2]。

2 高速鐵路電力供電系統(tǒng)

2.1 鐵路貫通線

高速鐵路電力供電系統(tǒng)是從當(dāng)?shù)刈冸娝觾陕?0(35)kV供電電源，這樣能確保區(qū)間小容量、多點和高可靠性負荷的供電，經(jīng)鐵路變配電所向鐵路車站、區(qū)間負荷供電，鐵路變配電所的間隔為40~60km，個別區(qū)段間隔長達80~90km。高速鐵路區(qū)間每隔3km為一個負荷點，負荷類型包含一級負荷如通信、信號、防災(zāi)設(shè)備和二級負荷如區(qū)間攝像機等。由變電所供給的兩條10kV或一條10kV、一條35kV的輸電線路、即貫通線，一條是一級負載貫通線（又名自動閉鎖輸電）、一條綜合負載貫通線（亦稱電力貫通線路）[3]。

2.2 配電自動化控制形式

2.2.1 分布控制

分布控制模式是配電自動化控制體系一個重要環(huán)節(jié)，是把傳統(tǒng)鐵路供電系統(tǒng)的集成防護和電力的電子保護轉(zhuǎn)換成配電自動化，從而保證電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和通訊監(jiān)測能達到統(tǒng)一發(fā)展目的。由于該終端具備故障檢測和隔離的能力，使得不需經(jīng)過主變電站來完成對電力供應(yīng)的整體調(diào)整和改造，從而使電力供應(yīng)體系得到鐵路供電系統(tǒng)的重組[4]。在實際中，可從電流技術(shù)和電壓時間兩方面進行分布式控制。然而，由于分布控制算法存在重疊性，在多個區(qū)段的情況下并不適合。在線路比較簡單的情況下，可采用分布式的方式來進行控制。

2.2.2 集中控制

集中控制模式就是通過對配電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行實時分析，將數(shù)據(jù)傳輸給主站。通過主基站對這些數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的處理，通過精確的計算和分析建立科學(xué)合理的修復(fù)計劃，并將其反饋于配電系統(tǒng)終端。從實踐經(jīng)驗可知，集中控制法對可靠性和安全的要求更高，通常對工業(yè)系統(tǒng)的高可靠性和高安全性能進行研究，從而保證信息的高速傳輸并能執(zhí)行相應(yīng)的指令。如此就能將故障分離出來，并進行高效的處置。

綜合實踐經(jīng)驗，集中控制模式在功能上的具體表現(xiàn)如下：配電自動終端設(shè)備可對整個系統(tǒng)進行監(jiān)控和分析，并將收集到的數(shù)據(jù)傳輸給集中控制室；利用主機控制系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行整合，并依據(jù)數(shù)據(jù)的分析對目前出現(xiàn)故障位置進行正確定位，并根據(jù)問題的具體情況給出相應(yīng)處理措施，以保證整個系統(tǒng)的工作品質(zhì)和安全性；實現(xiàn)了對電力供應(yīng)的集中監(jiān)控和管理，為電力供應(yīng)的運行質(zhì)量和安全性提供了保證。根據(jù)目前的實際運用，國內(nèi)大部分的客運專線都采用了集中控制的方法對電力供電系統(tǒng)進行監(jiān)管。

2.3 供電調(diào)度中心自動化

在高速鐵路電力供電系統(tǒng)的配電自動化應(yīng)用中，供電調(diào)度站是較為重要的一個部分，因此要高度重視供電調(diào)度中心的建設(shè)，不斷優(yōu)化改善供電調(diào)度中心的運行，從而顯示更好的自動化特性，減少其運行時出現(xiàn)故障的情況，從而達到很好的供配電目的。在建設(shè)電力系統(tǒng)調(diào)度中心的過程中，須注意系統(tǒng)的各項功能，包括服務(wù)器、前置機、通訊柜、調(diào)度臺等，并將其與自動化技術(shù)結(jié)合起來，從而達到更好的自動化調(diào)度控制效果。

從合理使用電力調(diào)度中心的自動化配置分析，MACS-SCADA是常用的一種控制系統(tǒng)，能為建立和運用自動控制平臺奠定良好的基礎(chǔ)，處理系統(tǒng)中存在的限制問題，需對其高度重視。根據(jù)電力系統(tǒng)的自動組態(tài)與運行管理，通常也要根據(jù)具體情況進行靈活的調(diào)節(jié)，不管是建立自動作業(yè)平臺，或是配合相應(yīng)的軟硬件設(shè)備，都要有較強的針對性，這樣才能更好地發(fā)揮電力系統(tǒng)供電調(diào)度中心的作用。要使今后的電力系統(tǒng)調(diào)度中心的自動化操作更加有效，就須從網(wǎng)絡(luò)、經(jīng)濟效益、安全性等多個角度考慮，以防止發(fā)生差錯，不斷提升供電調(diào)度中心的優(yōu)勢[5]。

2.4 故障處理自動化

在高速鐵路電力供電系統(tǒng)的運行中，在應(yīng)用配電自動化的同時，也要注意如何及時有效地解決出現(xiàn)的故障問題，盡可能在最短的時間內(nèi)對出現(xiàn)故障的原因進行準確分析，同時采用相對應(yīng)的處理方法，將相應(yīng)的問題降到最低限度，從而達到對相應(yīng)故障進行有效的控制。在建立故障處理的自動機理時，常常要把與人工智能有關(guān)的技術(shù)結(jié)合起來，以便對相應(yīng)的問題進行更加精確有效地分析，以防止錯誤的判定，這樣可更好地提高自動故障的處理精度，保證實時的同時也能更好地進行精確的管理與控制。

3 提高高速鐵路供電系統(tǒng)供電可靠性的措施

高速鐵路將沿著軌道交通沿線建設(shè)一些車站點和通訊基地，從而可有效地改善和優(yōu)化鐵路運營的安全，鐵路的正常運行以及設(shè)備的正常運行過程中都需得到電力的大力支持。因此，在高速鐵路運行中對電力供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出了更高要求。

為保證高速鐵路供電系統(tǒng)的可靠度應(yīng)采取如下措施：保證電力供應(yīng)可靠度。為保證高速鐵路的安全運行，高速鐵路的各個變電站須按照國家規(guī)定的供電規(guī)劃和配備相應(yīng)的電力設(shè)備；為保證高速鐵路的供電質(zhì)量，須選擇高質(zhì)量、高穩(wěn)定性的供電設(shè)施，同時還要保證所需各類供電設(shè)施齊全。加強對電力設(shè)施和電力系統(tǒng)抵御自然災(zāi)害的抵抗力，確保電力設(shè)施和電力系統(tǒng)在遭遇自然災(zāi)害時能起到一定的抵御作用，從而保證高速鐵路安全運營。

高鐵線路沿線上設(shè)有電力變配電所、沿高速鐵路兩側(cè)沿線設(shè)置兩條10kV貫通線，同時在區(qū)間各用電點設(shè)置10kV箱型變電所，通過電力變配電所、貫通線、箱型變電所組成高速鐵路電力供電系統(tǒng)。

綜上，由于科技水平的不斷提高高速鐵路的發(fā)展速度也越來越快，特別是在高速鐵路電力供電系統(tǒng)方面更加突出。對比傳統(tǒng)的供電系統(tǒng)，高速鐵路電力供電系統(tǒng)應(yīng)用了多種新技術(shù)和新設(shè)備，可減少能源的消耗，對促進我國鐵路事業(yè)邁向新的發(fā)展作出了無可取代的作用。在未來的發(fā)展過程中要重視高速鐵路電力供電系統(tǒng)技術(shù)的革新，才能使我國的高速鐵路的發(fā)展得到進一步的提高，從而提高高速鐵路電力供電系統(tǒng)的運行可靠性。