電氣化鐵路牽引供電系統的可靠性研究

何福勇

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

【關鍵詞】電氣化鐵路;牽引供電系統;可靠性

引言

鐵路牽引供電系統使高速鐵路列車的正常運行具有更高的穩定性和高質量的電能。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，對牽引供電系統的供電能力和可靠性要有更高的要求，使電能優質并且更加可靠地傳輸給高速行駛的列車。

1、牽引供電系統分類

按照供電電流種類的不同，可以將牽引供電系統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用比較廣泛。列車供電系統示意圖如圖1所示。

交流電氣化鐵路供電系統主要由電力機車、牽引變電所和接觸網組成。由于負載是感性負載，會導致牽引供電網的功率因數降低、發電設備效率變差、發電成本提高、電網電能損耗增加等問題。

2、提高電氣化鐵路牽引供電系統可靠性的措施

2.1分、合閘操作

繼電保護裝置的輸出實質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構原理不同，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隙如圖2所示。

電保持型斷路器在合閘時繼電器的動合接點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，操作機構驅動斷路器的動觸頭動作合閘。在合閘后繼電器的動合接點K1打開，旁路電阻R與斷路器合閘線圈Q串聯，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得電動作，旁路電阻R被短接，0.5秒后發出合閘電平并保持，斷路器合閘線圈得電后合閘，再過0.5秒后繼電器K1分斷，K2一直保持閉合，斷路器合閘線圈Q流過較小的保持電流。

其分閘順序為：使繼電器K2失電，斷路器即分閘。

磁保持型斷路器控制分、合閘的功能及時隙如圖3所示。

磁保持型斷路器的合閘線圈為短時通電型。

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，斷路器通過永磁機構保持在合閘狀態。

磁保持型斷路器的分閘順序為：外分閘控制回路輸出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（右進左出），流過反磁極電流，給永磁機構消磁，斷路器的動觸頭在分閘彈簧的作用下分斷，分閘后，合閘線圈Q失電。

2.2線路測試與自動重合閘

城市軌道交通直流供電系統合閘時必須確保系統無故障，線路檢測是檢測系統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，不會立即動作，而是先啟動旁路接觸器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。在實際檢測過程中，可以連續檢測n次，每次測量持續時間為T秒，與下一次側量間隔m秒。如果第一次測量判定線路絕緣良好則不進行后續測量，啟動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秒后進行下一次測量，如仍未通過則認為線路存在永久性短路故障，斷路器被閉鎖，微機保護裝置發出故障信號。參數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大于系統設置值Rmin。假設正極母線上提供1500V的直流電壓，限流電阻R1設為52Ω，系統整定最小剩余電阻1Ω，當斷路器接收到合閘信號時，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，此時若測得：

I≦ =28.3A

U≧28.3A×1Ω=28.3V

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

對于直流牽引供電系統的保護和控制系統來說，自動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裝置使斷路器跳閘，啟動重合閘再次合閘時將面臨著向故障點再次送電的風險，要避免這種風險就必須先對線路進行絕緣測試，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，這時就必須將斷路器閉鎖，發出報警信號，以防擴大事故。

結語

在我國高速鐵路牽引的研究中，需求是功率大，負荷電流大，交-直-交動車組功率因數高、諧波含量低的特點，同時在運行中能耗要低，可以保證機車的運行平穩，通過本文的分析與研究，供電的結構和供電系統的組成得到了分析，可以更好的為高鐵機車服務。

參考文獻：

[1] 吳旭峰.探討電氣化鐵路牽引供電系統事故恢復技術[J].商品與質量·建筑與發展，2014，（2）：55.

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

（作者單位：中鐵電氣化局集團西安電氣化工程有限公司）