铁路电力供电系统关键技术研究

铁路电力供电系统关键技术研究

王子威

中铁九局集团电务工程有限公司  辽宁  沈阳  110080

摘要：近年来，随着我国铁路建设的快速发展，铁路企业内部也在积极地推动和合理地安排铁路电力系统的运输计划。在此基础上，提出了铁路供电部门要充分认识铁路供电的重要意义，积极发展自身的运输功能，多角度确保铁路供电安全、稳定、高效运行。一般来说，铁路供配电系统包括外部供电、配电和高压输电，为了提高铁路供电系统的管理水平，工作人员积极利用计算机和先进的通信技术对铁路供电系统运行过程进行监控，从而减少铁路供电系统的操作误差。

关键词：铁路；电力系统；供电技术

1.铁路电力供电系统组成

从结构上看，铁路电力供电系统包括线路上的变配电所、贯通的电力线路、室外照明、电力配线、监控设备等。为了提高铁路供电系统的运行质量和安全性，必须保证以上各子系统之间的协同工作。

近年来，随着智能管理的发展和生产技术自动化程度的提高，铁路供电企业积极将智能与自动化技术相结合，实现了对电力供电系统的全程监控管控。如何运用机电设备监测、火灾自动报警等技术，有效地避免了过去手工操作中出现的错误，提高了电力供电系统的安全和可靠性。

图1供电组成

2.铁路电力供电系统关键技术

2.1电力贯通电缆线路的电容电流补偿技术

在电力系统的运行中，穿线电缆往往会出现接地电容的问题。如果对地电容问题表现得太过突出，这可能导致电缆导体之间的相互干扰和电缆线路的电容电流问题。例如，可能出现变压器电压过载、重复电弧燃烧和电容器过度运行等问题。如果这些问题太突出，将会对整个铁路供电系统的运行质量造成严重的影响。为了及时解决这个问题，研究者将重点放在了10kV远端输电线路的实际应用上，特别是对电缆线路中电容器的补偿进行了深入的研究和分析。其中，为了保证电力系统的稳定运行，研究人员积极使用补偿电抗器并将其应用于实践。在补偿方面，可通过在变电站内安装动态补偿机构和在直线上分散并联补偿机构来解决。应该指出，从目前国内铁路的实际运行状况来看，主要采用的是后一种方法。

2.2高压电缆设置护层电压限制器

(1)《架空输电线路设计规范》第3.3.2条“对于10kv及以下的低压配电网，应采用带保护装置的绝缘子和金属封闭开关柜等设施”。(2)《电气化铁路技术管理规程》中规定了“在低压进线处应采取相应措施防止相间短路事故发生。当相邻两回路之间有一回路存在接地故障时，可将该回路作为保护区进行隔离”；《城市轨道交通供电系统规划设计标准》中规定了在地下室或半地下室内应采用双极型屏蔽层、单极型屏蔽层及全封闭式组合式屏蔽结构。鉴于此，建议在既有电力牵引供电工程项目中，除了考虑到现有设备条件下电缆外护层电压限制器能否正常工作以外，还应对其是否具备足够的安全防护能力提出要求，如对变压器及其二次侧的电缆实施单独的保护措施，并且要保证每个变压器都安装有相应的保护装置以及相应的操作规程。

2.3“电牵设规”的内容必须符合国家相关标准规定

根据国家电网公司发布的《电牵变电所技术规范》规定，变电所内所有设备均需要满足以下条件，包括额定工作电压不低于35kV、额定工作电流不超过100mA、额定负荷能力大于10%；每个变压器配备有两套独立的高压隔离开关柜，其中一套用于控制主变母线上的断路器，另一套用来控制辅助变主变；各类电缆敷设方式采用双绞或单绞法进行；变电所的设计容量一般按照500kVA考虑，当实际变电所容量超出上述限值时可以适当增加。此外，为了保证变电所的正常稳定运行，“电牵设规”还要严格遵守下列规定：(1)在变电所选址时应充分考虑到周围环境及气象条件等因素，尽量选择远离居民区以及人口密集地区；(2)变电所应选在地形较平坦且无高大建筑物和构筑物的地方建设，并与相邻的其他变电所保持一定安全距离（如200m以内等）；(3)变电所内应设置避雷器，其安装高度不得小于4m;(4)变电所内部的电源系统应采取有效的防雷措施，并将雷电流导致室外；“电牵设规”中对于“电牵设规”的具体内容、适用范围以及相关要求都做了明确规定，同时也给出了一些参考标准。

3.铁路电力供电系统优化思考

3.1“由里向外”供电优化建议

3.1.1现状

目前，铁路枢纽牵引供电系统一般选用“由里向外”供电方式，在综合考虑枢纽内部大型车场正线总量多、动车所或机务段应单独配置电路等特征，在负荷中心（枢纽大型车站）建设了1处牵引变电所，可同时为多条线路进行供电，并满足机务段和动车检修站等特别设备的用电需求。

3.1.2存在问题

铁路枢纽构成“由里向外”供电模式一定会造成中心牵引变电所去负担呈辐射状的、范围更广的供电责任。牵引变电所配置牵引变压器和高压引进线路都选用100%固定备用，具有较高的稳定性和可靠性，但27.5kV开关柜全部以单母线来设置，会出现停电波及区域广、跨区支援能力差以及影响设施检修等现象。

3.1.3优化建议

当枢纽设计成“由里向外”供电布局时，可考虑在正常运行状态下把牵引变电所内1组牵引变压器分开运作，在紧急状态下互相备用，并去除备用牵引变压器组的完善措施。2个牵引变压器可分开，以单独的电源线连接在地方变电站上，并选用换相接线方法来减小其对电力体系的负面作用，旨在确保外部电源的稳定性。

3.2“由外向里”供电优化建议

3.2.1现状

当枢纽“由里向外”供电布局大致建成，且引进了新修线路时，为了避免变电所的供电区域增大，可能会改用“由外向里”的供电布局，即在枢纽外部重新修建牵引变电所，再为接轨车站供电，在新建的变电所即可达到跨区供电与末端并联。

3.2.2存在问题

最新的线路选用“由外向里”的供电方式后，分区所附近区域会配置相应的牵引变电所，两座变电所的供电臂之间的距离较短，且不用末端并联来提升供电功能，造成分区所只能发挥50%的能力，降低利用效率。同时因为枢纽总方案设计不稳定，如果后续有新的线路从中间站接轨，在“由外向里”供电方式的基础下，难以符合车站各个正线的供电要求。

3.2.3优化建议

当枢纽线路选用“由外向里”的供电方式时，可以将某一电分相安设在枢纽接轨站外部，中间站部位配置1处两进两出开闭所。开闭所用电主要来源于中间站上、下行接触网，将两道馈线牵引出来供电给引出枢纽侧区间接触网，电分相处配置联络开关，便于后续有需要时可跨区供电。

结束语

综上所述，随着社会的发展，人们对快捷的需求与日俱增。这一形势为我国铁路建设带来了新的机遇，包括受电弓、外部馈线和车网等关键技术，以充分利用和及时完善牵引供电的核心技术，建立有效的管理体制和机制进行规范，设备管理的规范化和自动化将大大提高铁路设备运行的质量和安全水平，这就是铁路发展的重要保障。

参考文献

[1]苏小棚,郑侃,廖钧.城际铁路电力供电方案研究[J].中小企业管理与科技(下旬刊),2021(12):182-184.

[2]谷千伟.东非铁路电力供电系统关键技术分析[J].电气化铁道,2021,32(05):76-79.