鐵路電力自動化系統在鐵路建設中的應用分析

李春喜

（中交機電工程局有限公司，北京 100088）

隨著國家經濟的蓬勃發展，人們的交通出行、貨物往來愈加頻繁，國家對鐵路建設也愈發重視，近年來加大了對鐵路運輸發展的投入。相較于其他運輸方式，如公路運輸、航空或者航海，鐵路運輸更為經濟，且擁有很好的可靠性，更加節約能源。鐵路電力自動化技術作為其中的一項核心技術，它在維持鐵路的高速運行及設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提供了新的發展思路。

1 我國鐵路運輸的發展狀況

從蒸汽機時代、內燃機時代和電力機車時代一路走來，我國的鐵路發展也是飽經滄桑，到如今取得了舉世矚目的成績。目前內燃機車牽引列車很明顯已經跟不上時代的發展了，電力牽引逐步取代了內燃機車牽引，成為鐵路動力來源的主流。

鐵路電力系統包括了電力機車、電力系統、通訊設備及控制系統等，相比較其他運輸方式在各個指標上具有突出的優勢，如運輸能力和運輸損耗。

2 南廣快速鐵路電力自動化系統的應用分析

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、貨運鐵路。共設23個車站，全長500多km，于2014年8月正式通車。該鐵路的運輸能力達到客車110對/日，貨運2000萬t/年。南廣快速鐵路的建成很好的改善了廣西、廣東兩地交通運輸能力嚴重不足的現狀。

2.2 電力牽引系統的構成

南廣快速鐵路電力牽引系統主要由以下3個部分構成，即鐵路沿途的27.5kV接觸網、變(配）電所、電力牽引機車3個部分構成。電力牽引系統的運行原理是：電廠輸送的電能經過升壓后由高壓輸送線路輸送至鐵路沿途的牽引變電所，然后將遠程輸送來的高壓三相電在變電所降壓，轉換為27.5kV單相電，通過鐵路接觸網傳送給電力機車作為列車的牽引動力。

2.3 電力牽引系統各部分的主要特點

變（配）電所：它的主要作用是對外部電源的電壓及電流進行變換、集中以及分配。通常需要在變電所中對電源進行降壓、潮流控制及輸電線路、設備的保護，從而確保電能的質量和使用設備的安全。鐵路沿途的變電所除了配有電力變壓器、控制、測量、監控及通訊的設備以外，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，通過接觸網將電輸送給電力機車，與鋼軌、地或者回流線構成一個閉環的供電回路。

接觸網：接觸網是指鐵路上空所鋪設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個組成部分：

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

（2）支持裝置。支持裝置發揮的主要功能是支持接觸網中的接觸懸掛，將接觸懸掛上的機械負荷傳送給支柱。支持裝置的主要構件為腕臂、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橫向位置的，讓接觸線水平定位在受電弓滑板的運行軌跡范圍內，由定位管、定位器、電連接裝置組成。

（4）支柱與基礎。它是用來承受接觸懸掛、支持和定位裝置的全部負荷，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構及鋼結構支柱兩種，基礎則是埋在地下部分，主要起到固定支柱的作用。

電力機車的工作原理就是通過機車頂部升起的受電弓接觸滑觸線來得到所需要的電能。每一臺電力機的車前后都有一個受電弓，通過司機對其升降進行控制，在受電弓工作的時候，其與接觸線的摩擦壓力使電能引入機車，從而達到牽引車輛的目的。

2.4 電力自動化系統的應用

由于南廣快速鐵路接觸網采用的是低壓單相供電制，系統存在相位不穩定、容易發生電磁干擾等現象，因此，在供電系統的應用上需要對其進行嚴格的監控。首先，通常采用計算機網絡技術，對變電所、接觸網回路、電力機車進行實時監控，同時對系統進行遠程控制。例如：系統可以借助變電所內的監控設備，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，通過通信系統上傳至監控中心，從而實現遠程監測，當出現異常情況時，監控管理軟件自動分析故障原因，可以快速找到問題，再運用控制網絡進行遠程控制，調整參數或控制回路通斷，減少故障處置時間及成本。所以，在鐵路電力系統中運用自動化手段很重要。

3 鐵路電力供電系統實現自動化的關鍵環節

3.1 健全的數據分析系統

通過對南廣快速鐵路電力系統進行分析，可以體現出數據分析方面在我國鐵路電力自動化系統中具有的突出地位。比如，通過SCADA自動化系統（數據采集與監視控制系統）可以達到自動接收、判斷和處理遠端實時傳輸的數據的目的，然后再對數據進行分析處理，包括自動檢測、電流數據、開關狀態等，再根據反饋的數據，由系統的調度主站進行分析、處理。由此可見，無論是對變電所中監控設備的數據進行定期提取分析，還是在故障時根據數據分析得出的相應結論來為故障處理提供依據，都體現了數據分析的重要作用。

3.2 利用互聯網帶來的便利充分完善自動化網絡系統

利用網絡的便利性，鐵路管理者可以對電力系統進行從高壓供電、變電站、接觸網、電力機車的整個電路回路進行有效監控管理。例如，運用網絡技術對電網中的高壓設備進行線電壓、相電壓的監控與控制，可以在以下3個方面來進行：一是對高壓開關的過載實行遠程控制；二是增加了故障及異常情況報警裝置，確保故障信息能第一時間發出，并提供準確的故障信息；三是在回路中運用了高壓與低壓互感器，通過它可以獲取供電電流的各項準確數據，同時，在出現故障時也能夠快速、準確的判斷具體故障設備的位置。

3.3 建設標準健全的設備體系

由于鐵路電力系統涉及高壓與低壓的相互轉換，設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，即一個站接一個站的傳遞方式。對于龐大的供電系統，過壓、過流、欠壓、過載等情況是相對來說難以避免。針對此類情況，鐵路電力系統可以使用保護裝置、自動投入裝置和自動重合閘裝置作為有效的預防措施，當出現不同類型的電路故障時，切換到不同的動作模式；我們還可以通過添加過載保護、快速斷開的方式，來實現對電路進行保護的目的，例如，在鐵路沿途變電所內，如果當設備出現過流現象時，保護裝置會快速動作以保護電路；如果是短時間的過流現象，主送所會做出斷電保護的動作，這種情況下，在故障處與主送所的線路會出現一次過電流現象，而在故障的下一段線路上則不會出現過電流現象，因此，在備用電源自動投入裝置動作時，并不會影響到輸送電能的持續性；二是永久性的電路故障，首先主送所的斷路保護開關會斷開，然后備用電源會進行一次自投動作，而主所也會進行一次自動重合閘的動作。進行動作之后，它們都會再次自動斷開，保證這不會對線路造成損害。因為在備用電源自投和自動重合閘的動作執行過程中，由于備用電源自投動作的延時性，它們產生的電流時間不同，在故障點與重合閘處有2次過電流產生，而在另一端，只會發生一次。標準健全的過載保護裝置在鐵路供電系統中可以很好的保護設備，保證供電質量，所以，建立標準健全的設備體系，可以對供電設備進行有效的保護，同時確保整個供電系統安全、穩定的運行。

4 結語

南廣快速鐵路的電力供電系統是我國鐵路電力自動化的一個非常成功的設計案例。通過應用電力自動化系統，南廣鐵路提高了鐵路供電系統的運行效率，減少了鐵路運行的成本，也極大的提高了供電系統的穩定性和供電質量。

鐵路交通是我國實現經濟發展和社會進步的重要環節，自動化技術的應用對鐵路建設至關重要，它需要我們進行更深入的研究，從而使電力供電系統性能更加完善、更加可靠，為鐵路實現跨越式發展奠定良好的基礎。