浅谈高速铁路牵引供电系统智能化构想

2016-08-12川南城际铁路有限责任公司四川自贡643000

低碳世界 2016年17期

关键词：变电所接触网高速铁路

张　炼（川南城际铁路有限责任公司，四川自贡 643000）

浅谈高速铁路牵引供电系统智能化构想

张炼（川南城际铁路有限责任公司，四川自贡 643000）

本文结合铁路牵引供电系统中牵引变电所和接触网运行维护主要存在的问题，简要阐述了对牵引供电系统智能化的优势及构想，主要包括牵引变电所、接触网智能化应具备的特性，简要系统结构，从技术上可能实现的方案，以及相应的功能要求等。

牵引供电系统；智能化；牵引变电所；接触网

1　前言

近年来，我国大力发展高速铁路建设，目前已成为世界上高铁发展最快、运营里程最长、运营时速最高、在建规模最大、拥有技术最全的国家。截止2015年底，全国高铁运营里程超1.9万km，动车组1883组、17648辆。高速列车动力为牵引电力，由牵引变电所将外部三相电源转换成单相工频电，再通过接触网向高速列车供电，牵引变电所和接触网为牵引供电系统的主要组成部分。高速列车高速度、大规模、大功率、高密度的运行需要高效、安全可靠的牵引供电系统支持，而以中国目前的铁路电气设备结构及管理方式来说，须花费大量的成本来运行维护，牵引供电系统智能化程度相对电力系统的发展仍比较缓慢。随着智能电网的推广，其技术上的优点越来越明显，因此，智能化是牵引供电系统的发展趋势。

2　当前现状

牵引供电系统主要组成部分为牵引变电所和接触网，在建设、运行及维护过程中均存在不少问题。一方面，传统牵引所采用二次电缆实现测量与控制，以通信方式实现在线监测等所内辅助控制系统与综合自动化系统互联，二次电缆过长可能导致测控、保护系统的精度及可靠性降低，过多则导致后期维护工作量巨大；所内一次设备须定期检修，每日人工巡视；所内各自动化系统功能集成度较低。另一方面，接触网工作环境恶劣，没有备用，日常的运营维护需要大量具有足够专业技能和经验的接触网工，接触网的运行状态只能通过定期和不定期的人工巡视检查、车巡检查、检测车检测等方式实现，还不能实现接触网运行状态和技术参数的连续性记录与监测，不能实时发现和消除接触网运行状态存在的问题，不能提前预知和判定接触网可能出现的问题，分析方法和分析平台相对缺位，需要很多有丰富经验的工程技术人员进行判定。当接触网发生故障时，需要很多人分头沿线寻找故障地点，耗费大量的人力物力，效率也不是很高，往往会因为查找故障地点而浪费不少宝贵的抢修时间，给铁路运输造成巨大的损失。同时，对故障的产生和发展过程都没有第一手资料，很多是靠人的判断和推测。但随着列车运行速度的提高，弓网匹配的严格程度提高了很多，接触网、受电弓、弓网系统任可一个不利因素都可能造成严重后果。

3　牵引供电系统智能化设想

3.1智能牵引变电所

智能牵引变电所需以供电的安全性、可靠性、经济性为前提，结合当前技术发展情况，深入各个环节研究牵引变电所的智能化方案。安全是关键，牵引变电所的智能化必须确保高速铁路安全、高效地运行，同时兼顾技术先进性，投资建设、运行维护的经济型，与相关系统的协同性，自身系统改造升级的兼容性等。牵引所变电智能化的实现主要体现在以下几方面：

（1）设备智能化

受当前技术以及生产工艺限制，目前大多数智能高压电气设备在技术上尚不成熟。对于牵引变电所一次设备，可通过智能电子设备或组件与一次高压设备结合来实现一次设备智能化。如牵引变压器的智能化，采用智能电子设备及组件，实现变压器测量、保护和监测功能，智能设备集中安装于智能组件柜中，临近变压器放置。

（2）采用变电站集中保护

利用IEC61850标准的优势，采用集中保护的方式，以一台服务器设备来完成现有变电所馈线保护、变压器保护等多台保护装置的工作，对所内所有信息进行收集、分析、处理，从整体上协调保护之间的关系，解决多种保护因时限配合不协调造成不能及时切除故障或者其他保护误动等问题，有效保证继电保护的可靠性、选择性、灵敏性和速动性，并且可有效提高牵引所保护性能，增强保护可靠性，有利于集中化管理。从建设运行的角度来说，集中保护可在硬件上节省投资，且可通过软件开发或升级就能实现功能扩展。

（3）系统层智能化

牵引所控制室内采用智能网关、监控后台等其他智能化辅助设备，通过光纤与变电站现场监控、测量等智能电子设备相连，实现电气设备实时运行状态检测、监视与控制、备自投、防火墙、智能告警、通信等功能。

3.2智能接触网

智能接触网是指将先进的现代信息技术、传感测量技术、通信技术、计算机技术及控制技术与接触网高度集成，并且和工作人员生产调度有机结合而形成的新型接触网，以实现接触网运营信息的全息化，接触网运营状态完全可知，保证铁路运输的可靠性和经济性，以充分适应高速铁路的发展及满足高速运营管理的需求。其架构设想如图1。

图1　接触网智能化架构示意图

其中，接触网基础体系是指接触网系统的实体，包括传感、通信设备等；技术支撑体系是指当前先进的信息、通信、控制等应用技术，是接触网实现智能化的重要基础；应用体系是指进行高效率地维护和管理，保障接触网的安全可靠运营；标准规范体系指的是在技术、管理等方面的标准和规范，还有试验认证评估体系，这是实现接触网智能化的制度保障。

技术上，智能接触网的构成主要包括数据的采集与传输、数据集成、逻辑判断、快速反应处理及接触网设备及材料管理等。相较于智能电网而言，由于接触网的特殊性、无备用性、对运行环境的敏感性，其并不能像智能电网那样对于电路故障具有自我修复的特征。因此，智能接触网应具备以下功能：

（1）通过与传感器结合，实现接触网连续不断地进行在线自我监测，以预测接触网各设备可能出现的问题，及时发现已存在和正在发展的问题，并迅速作出报告，以确保接触网设备的安全可靠性提高巡检效率；

（2）采用无线传感器技术，在发现设备出现问题或可能出现问题时，能及时地记录数据并传回监控中心，并自动分类存储数据。能够故障作出快速反应，给出抢修方案，包括事故地点、事故地点设备装配图、所需的材料、抢修工具和相关工作人员等，节省抢修时间；

（3）对所采集到的信息进行分类统计分析，能够判断出存在的问题，以及是否真正存在或即将发生问题，排除偶然事件可能会导致的误诊，确保信息的准确度。

接触网智能化将减少在日常运营维护中所需投入的人力物力，降低接触网故障给铁路运输带来的损失，提高接触网运行的安全性、可靠性、经济性和运营管理效率。