黄勇魁

中铁建电气化局集团南方工程有限公司 湖北 武汉 430000

在大型铁路系统中，电气化铁道供电系统发挥着重要作用，其有效保障了铁路安全。我国电气化铁路里程随着社会发展不断增加，供电技术和方式的变化以及技术的创新使得电气化铁路更迭速度加快，铁路在我国交通运输系统中是最为主要的运输方式，其承担了重要的社会责任，为我国交通运输行业发展和社会整体发展作出了贡献。因此，对于铁路系统而言，供电系统的运行十分重要，其直接影响着电气化铁路运行发展，本文主要研究电气化铁道供电系统技术。

1 电气化铁道供电系统概述

电气化铁道是由电力牵引而运行的，其在运行过程中需要在铁道线上安装电力机车供电牵引系统，其与其他铁路系统的优势不同，既具有人与自然和谐相处特征，也具有可持续发展特征。铁道电气化供电系统是在国家电网中的高压交流电环境下运行的，先将高压交流电传输到铁路牵引变电站中，同时利用变电站进行首次电流降压，之后将降压后的电流输送到接触网上，接触网获得电流后通过机车内部系统对高压交流电进行二次降压，将其从整流电变为直流电，再使用直流电动机进行供电，最后通过直流电动机促进铁路机车车轮轴实现旋转，进而推动车厢行进[1]。电气化铁道供电系统主要采用交流控制系统，其通过变电所将三相交流电设置成25KV单相交流电，可以缩短供电距离，降低施工成本，提高铁道运行稳定性和运行效率。该系统包括调度、检测、自动化控制三个主要功能模块，这些功能模块可以充分发挥国家电网使用和铁路运输能力需求。

2 电气化铁道供电系统技术应用及创新

电气化铁道通过供电系统提高电气化的应用效果，一方面可以为列车提供充足的行进牵引动力，并简化铁路系统结构，另一方面也能够使铁道运输管增加安全、稳定和可靠，有效缓解铁道运输压力。在此基础上，有关部门利用各种新技术优化供电系统，使其能够在实际运行中更好的发挥作用和优势，为我国铁路运输健康持续发展提供保障，并满足人们日常出行。

2.1 监控技术

电气化铁道供电系统中的安全监控系统应用时，其可以及时作出风速、地震等环境信息预警，利用环境预警模块确保预警有效，同时也可以监控处理系统本身问题，使系统处于稳定运行状态中。该系统在构建应用时，为了能够具有实际使用功效，需要在构建时期积极建设供电综合调度子系统结构配置，并在子系统下建设三个自动化系统和具体监测模块，利用子系统确保监控系统把握自身情况，不断完善系统自身运行，提高运行效果。而在建设子系统时，需要建设能够实现自动监控的自动化系统，使子系统具有自动化监测功能，及时预警系统故障。而在建设供电监控系统时，需要通过网桥设备加强子系统与综合系统连接。而在建设综合系统时，需要在内部设置2个车站监控模块，以便实时了解车站运行情况，确保车站稳定安全运行，并保证铁道供电正常[2]。

现阶段，电力监控中心配置电力监控系统时选择OPEN300系统配置法，这种情况下的监控系统可以实现数据实时处理、电力报表处理以及前置通信等目的，具体设计见图1。该系统包含了实时、历史、描述、图形报表这四个数据库，各个模块间通过数据库彼此连接实现通信。而交通系统十分庞大，密度高，运量大，为了能够使监控系统稳定可靠运行，就需要有关部门准确配置系统各个参数，防止由于参数错误引发安全事故[3]。电力监控自动化系统在铁道运行中的应用可以保证交通稳定安全进行，其凭借着遥测、遥控、遥信和遥调等功能提供了可靠性的平台保障，其中遥测可以通过电子技术精确测量电压、温度和功率等参数模拟量，遥控可以通过远程控制全面监控供电状态运行情况，及时发现并处理设备问题，遥信可以通过远程监控对系统设备运行进行实时监控。另外，电力监控系统中，通过应用大数据技术构建了数据中心，将大数据和监控系统结合起来形成了统一的数据监控网络，大数据技术可以用于收集相关数据，例如设备年限、检修时长、损耗点、外部环境变化等等数据，自动录入往年监测数据并对其分析，全面监控数据变化，寻找规律，并与其他相关部门共享信息数据，综合反馈情况，为铁路运行提供保障[4]。总之，电力监控系统利用是数据收集、设备监控、参数配置等等功能为系统运行提供了保障，进而提高了铁道运行效率和质量。

图1 监控系统

2.2 接触网技术

1.BIM技术。隧道群中，接触网供电主要使用高压电缆，其在进入到隧道时需要利用电缆爬架固定在隧道壁上，进行电缆敷设，直到上网点上网。而在敷设过程中，会出现供电电缆和下锚补偿设施存在干扰的现象，尤其是下锚需要扩挖断面时电缆和下锚补偿设施的位置会更加复杂，利用BIM技术能够解决这些矛盾点，同时也能够对电缆进行合理排布，确保敷设美观。有些地段路径比较复杂，敷设电缆时需要BIM技术协助，把控好整个施工质量，避免出现返工、材料浪费等现象[5]。另外，在基础网管理中，施工进度管理是主要工作，传统管理主要采用P6软件和甘特图，但是这是一种静态管理，并不适应工程各个动态调整和逻辑关系，当前采用BIM技术能够有效衔接各个施工工序，并通过立体平面图将已完成施工直观表达出来，统计好工作量和具体信息。

2.零件防松技术。柔性防松技术是通过弹簧柔性弹力保证螺母和螺栓使用弹簧式防松环紧锁起来，产生一种轴向抱紧力，进而对冲击和振动导致的松脱力产生一定的抵制冲击，避免螺纹松动。弹簧和螺母是一种组合结构，其中有些部分采用了螺母内螺纹和螺杆外螺纹连接方式，有些部分采用了弹簧和螺杆外螺纹结合方式，有效扩大了螺纹受力面积，增强弹簧所具有的弹性抱紧力，若是螺母有松动现象，则径向和轴向会有极大阻力从而有效避免振动过程中出现螺母松动现象。这种柔性防松技术的抗震性和防松性都比较明显，可以减少螺母维护概率。

3.自动化技术。接触网弓网稳定运行对电气化铁道高速安全运行十分重要，为了能够使接触网稳定，需要先使整个弓网保持稳定，也就是在电力机车受到基础网取流和电弓影响情况下确保接触网能够保持高平稳性运行。接触网导高出现的主要因素包括弹性吊索安装张力、腕臂结构、吊弦长度和安装工艺等，其中有些部件是工厂预制完成的[6]。现阶段，我国技术发展迅速，人工智能水平大幅度提升，自动化吊弦穿线机和自动化腕臂预配平台应用在所生产体系中，这种自动化预配平台的应用有效提高了生产效率和数据精确性，保证了弓网系统的稳定性。

4.新型绝缘材料。接触网技术的发挥和应用需要在设置供电时有关部门将电气化铁道供电系统作为切入点科学配置系统参数。而在电气化铁道供电系统实际应用时，接触网外部环境和电气条件存在复杂多变性，为了能够使接触网在这种情况下稳定安全运行，有关部门需要根据绝缘控制标准采用新型绝缘材料对接触网进行相应地改造，并控制好闪络间距，使其处于920mm，减少接触网误闪事件发生率，确保人员和财产安全[7]。另外，有关部门还需要对接触网环境特点进行综合分析，进而选择先进的合成绝缘材料，使绝缘网绝缘性能能够提高，例如高性能树脂基复合材料，这种材料呈编织状结构，自身承载力可以不断提高，而且主要以高性能树脂为主要结构，整体性能更好，具有超高强度、超轻重量，应用在绝缘网上具有明显的经济和社会效益，可以实现供电系统的绿色环保建设目的。高性能树脂基复合材料这种材料可以在接触网网臂、支架、电缆支架等等部分使用，其所制成的构件具有良好的电绝缘性能，可以提高接触网系统绝缘性，实现高压绝缘，减少建设成本[8]。另外，还需要利用动态化测量技术对绝缘网绝缘性能进行精准测量，以便后期方便调整控制绝缘性能。

2.3 供变电技术

电气化铁路发展过程中，供电系统的要求不断提高，各种新技术不断涌现，笔者主要介绍以下几种：

1.功率单元扰动量全前馈控制技术。相关部门采用该技术用来防止扰动量影响供电系统，根据负载电流控制使供电系统的动态响应效率提高。另外，为了方式电网电压谐波过强导致电流骤变，有关部门需要将积分控制器使用效果充分发挥出来，对电网电压变幅进行科学控制，进而使供电系统响应性能可以得到有效提升，与此同时还需要根据机车负载控制要求使电流波形质量提升，进而科学控制扰动量[9]。

2.多台无牵引变压器同相供电装置并联控制技术。为了能够连通好各个供电系统，相关部门需要尽量将电分相环节取消掉，并按照电力变化特征解决逆变器环流问题，使多台无牵引变压器与供电装置并联，进而使供电系统稳定可靠运行。另外，若是环流超过限度则会导致整个并联系统运行受到影响，导致安全事故。在同相供电系统中，利用逆变器并根据并联控制要求优化同相供电系统性能，通过并联多台供电装置可以实现就近供电，通过科学调整并控制线路距离可以减少逆变器并联。牵引供电一般电压比较高，这导致线路电能损耗量增加。

3.BT模式、SF6自耦变电器和AT供电模式。电气化铁路不断发展，供电系统安全性要求提高，为协调好各种系统使其能够更好发展，供电人员需要根据其他按部门要求进行综合调查开发不同的电算方法，使其可以在不同类型网络计算过程中找到对应信息，进而解决实操中的各种问题。实际工作中在电力系统单相负荷等因素影响下出现三相级不平衡问题，影响了牵引供电系统传输电能。新时期，BT模式是应用比较广泛的一种供电模式，但是其在使用时会有一些问题，若是电力机车通过电弓那么电路供电会有短路现象，进而影响电气化铁路运行安全，导致火灾等事故，而且需要花费大量维修费用，不利于铁路经济性和安全性实现。因此从长远来看并不适合应用在电气化铁路供电系统中[10]。另外新时期，SF6自耦变电器供电模式应用范围不断扩大，其在隧道供电中应用效果显著，还有AT供电模式应用也比较广泛，其可以保证铁路运行安全，提高电气化铁路运行安全以及远动控制率，为铁路建设实现新发展起到推动作用。AT供电模式使用高压交联聚乙烯绝缘同轴电力电缆，尽管价格高无法大量使用，但是可以在馈线中使用，效果较好，也可以在长隧道、长桥梁上的电气化线路中应用。

2.4 安全性分析

电气化铁道供电系统实操容易被各种因素影响而出现安全问题，例如内部设备机械运行不协调、外部环境变化等。因此，供电系统需要具体问题具体分析，并为了将整个监控系统整体性充分发挥出来需要在供电安全监测基础上确保经济合理，可以从以下两方面进行：一方面，电气化铁道安全监控需要综合分析风速、地震等各种自然预警信息，根据列车站点以及控制中心配置，在站点内位置检测点并将其集中在具体子系统中，以子系统为列车站点安全监控组成部分，采用单元方式与整个安全监控系统结合起来为后续数据提供安全监控支持。另一方面，在系统中纳入对子系统中产生影响的信息，并对这些信息监测处理，根据等级差异构成子系统处理体系，确保供电安全[11]。电气化铁道供电安全监控过程中，围绕调度系统弄设备在网桥设备上进行综合系统控制。电气化铁道供电系统中的监测信息在传输到调度子系统控制中进行分析整理，并对其进行等级控制，关联综合安全监控。尤其是综合调度子系统接收了监测信息后可以通过电邮方式进行系统信息彼此共享。同时，还需要仔细检查供电系统，并设置各种监控措施，规范供电安全监控系统，同步进行实时监控和备份监控，进而落实好供电安全监控工作。另外，完善安全监控系统基础上需要对供电系统具体环节进行仔细检查，优化并规范系统基础结构、整体框架、重复性布置装置等，对供电系统运行进行备份监控和实时监控。

3 电气化铁道供电系统技术发展前景

电气化铁道建设以安全高效为基础，因此在设计时也需要以此为基础确保技术创新和应用具有安全性和高效性。生态文明建设背景下，电气化铁道建设需要遵循环保节约原则在供电系统中应用，促使电气化铁道运行能够同时保证安全高效和节能环保。当前，随着经济发展，不同类型通信干线逐步发展，实际运行时需要综合分析铁道干线，考虑其中影响并进行合理规划，科学建设铁道线路以及供电系统，为了能够使电气化铁道供电系统能够实现长远发展，相关部门需要重视专业人才培养和引进，提高引进门槛，并加强人员教育培训和拓展训练，建设高素质团队，并提高整体科研能力，加强新技术开发创新，推动铁道供电系统实现智能化、自动化。

4 结束语

综上所述，本文针对电气化铁道供电系统技术进行分析，深入剖析了供电系统的技术创新和应用，并根据实际情况进行了具体分析。现阶段，我国铁路交通建设重点在于供电系统的广泛应用和创新，使其能够在当前的发展环境中实现逐步创新，并建设安全稳定运行的铁路。而铁路部门需要加大人才引进，建设专门的研究团队，提高其创造能力以及专业素质，为电气化铁道发展供电系统提供保障。