1、高速鐵路電力供電系統(tǒng)的研究惡辿下尊E高速鐵路電力供電系統(tǒng)的研究摘要：高速鐵路作為快捷舒適、超大運量、低碳環(huán)保的運輸方式已經(jīng)成為世界鐵路發(fā)展的重要趨勢，是解決客運供需矛盾的重要手段之一。隨著京廣高鐵的投入運營，我國的高鐵建設(shè)獲得了跨越式的發(fā)展，為經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展注入了強大的運輸動力。而電力供電系統(tǒng)是高鐵的核心組成部分，其為列車提供信號和通信供電，重要性不言而喻。本文首先對高鐵電力供電系統(tǒng)進(jìn)行了概述，然后分析了其系統(tǒng)組成和供電原則，重點介紹了電力遠(yuǎn)動控制系統(tǒng)的相關(guān)要點，最后對應(yīng)急電源的選擇進(jìn)行了說明。關(guān)鍵詞：高速鐵路;電力;供電系統(tǒng);遠(yuǎn)動控制;故障一、高速鐵路電力供電系統(tǒng)概述高速鐵路電力供電系統(tǒng)為除

2、列車牽引供電以外的所有鐵路設(shè)施供電，包括鐵路沿線信號電源、通信電源等一級負(fù)荷和動力照明等二、三級負(fù)荷的供電任務(wù)。鐵路供配電系統(tǒng)是從地方變電站接引兩路10kV(35kV)電源，通過鐵路變配電所向鐵路車站、區(qū)間負(fù)荷供電，鐵路變配電所的間距4060km,個別區(qū)段長達(dá)8090km。高速鐵路區(qū)間每隔3km左右有一處負(fù)荷點，負(fù)荷類型為通信、信號、防災(zāi)設(shè)備等一級負(fù)荷及區(qū)間攝像機(jī)等二級負(fù)荷。從變配電所饋出2條l0kV電力線路，沿鐵路敷設(shè)向其供電，該電力線路被稱為貫通線，一條稱一級負(fù)荷貫通線，另一條稱綜合負(fù)荷貫通線，貫通線兩端的鐵路變配電所通過貫通饋線高壓開關(guān)柜內(nèi)電壓互感器與斷路器聯(lián)鎖均能為其供電。二、高速鐵路

3、電力供電系統(tǒng)的組成及供電原則（一）系統(tǒng)組成高速鐵路電力系統(tǒng)由鐵路沿線變配電所、10KV貫通電力線路、低壓配電系統(tǒng)及箱式變、室外照明、動力配線、機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、消防自動報警系統(tǒng)、防雷接地等配套電力設(shè)施組成。（二）供電原則1、電力供電系統(tǒng)必須滿足客運專線安全、可靠供電的要求，并滿足免維護(hù)、少維修、10kV及以上變配電所無人值守的原則要求。2、為保證各用電設(shè)備的可靠安全用電，電力供電系統(tǒng)應(yīng)保證各級供配電系統(tǒng)的相互匹配，除發(fā)生大面積自然災(zāi)害（如地震、戰(zhàn)爭、電網(wǎng)崩潰等）或故意損壞外，其可靠性滿足每天24h的運輸需要（含維修天窗時間）。3、電力供電系統(tǒng)的主要設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)為模數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)化、免維護(hù)、少維修。4、

4、電力供電系統(tǒng)與鐵路行車和運輸安全密切相關(guān)，所有客運專線各個等級負(fù)荷的電源均自電力供電系統(tǒng)接引。5、與行車相關(guān)的一級負(fù)荷或重要負(fù)荷至少從供電網(wǎng)絡(luò)接取2路獨立電源。三、電力遠(yuǎn)動控制系統(tǒng)（一）系統(tǒng)介紹高速鐵路10kV電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)是利用計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)，結(jié)合鐵路電力系統(tǒng)的實際，對鐵路沿線10kV配電所、車站10/0.4變電所及貫通電力線路實現(xiàn)綜合自動化監(jiān)控的系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)Ω?、低電壓、電流、有功功率、無功功率及功率因數(shù)等參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)測，實現(xiàn)電力網(wǎng)絡(luò)運行狀況的動態(tài)顯示和遠(yuǎn)程控制，對線路故障性質(zhì)可以進(jìn)行自動判斷、切除等功能。電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見下圖。（二）調(diào)度主站硬件系統(tǒng)電力遠(yuǎn)動調(diào)度主站完成調(diào)度員

5、人機(jī)交互功能，它為調(diào)度員執(zhí)行運行操作提供了所有入口：顯示各種監(jiān)控畫面、變配電所接線圖、系統(tǒng)配置斟、實時數(shù)據(jù)和信息、生產(chǎn)報表管理、告警信息、各種曲線，并具有歷史數(shù)據(jù)查詢功能;變配電所監(jiān)控和管理、通信信號電源監(jiān)控、貫通線分段開關(guān)監(jiān)控等，也是通過工作站的人機(jī)交互完成。電力調(diào)度主站采用客戶/服務(wù)器訪問方式，能有效地使用網(wǎng)絡(luò)和各單元的CPU資源，防止功能分布不當(dāng)而引起通信的瓶頸效應(yīng)。系統(tǒng)采用平銜式雙以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，正常情況下雙網(wǎng)同時工作，自動動態(tài)平衡雙網(wǎng)負(fù)荷。當(dāng)某一網(wǎng)絡(luò)故障時，非故障網(wǎng)絡(luò)能自動接管系統(tǒng)中所有網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，確保系統(tǒng)正常運行，并實現(xiàn)單網(wǎng)故障情況下系統(tǒng)數(shù)據(jù)不丟失。（三）通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)是電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)的

6、基礎(chǔ)，也是電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，高速鐵路和常速鐵路通信網(wǎng)使用光同步數(shù)字傳輸網(wǎng)（SDH）,電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)通道采用基于SDH的數(shù)字通道，根據(jù)接入SDH傳輸網(wǎng)的不同方式，電力遠(yuǎn)動的通道應(yīng)用有四種模式。1、基于低速異步數(shù)字接口的通信SDH網(wǎng)的接入設(shè)備能夠提供低速同步/異步信號的插板稱為數(shù)字接口板(DIB),DIB接入網(wǎng)提供小于64Kbit/s的同步/異步子速率數(shù)據(jù)，可以直接用作電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)的通信通道。該接入網(wǎng)方案實質(zhì)上是數(shù)字專線的通信方式，具有可靠性高、效率高的優(yōu)點，缺點是需要運營商提供DIB接口板，傳輸速率低，當(dāng)采用Rs-232接口時只能實現(xiàn)點對點通信，當(dāng)采用Rs-485接口時，可以實現(xiàn)類似Rs

7、-485總線的通信效果?，F(xiàn)在鐵路電力遠(yuǎn)動基本不采用該方案。2、基于IP的數(shù)字專線接入網(wǎng)采用網(wǎng)橋方案，即在SDH設(shè)備外置IP轉(zhuǎn)換器，采用通用網(wǎng)橋/PPP/，連續(xù)虛級聯(lián)技術(shù)，占用n64K/E1專用電路，實現(xiàn)數(shù)字業(yè)務(wù)的接口轉(zhuǎn)換和點對點透傳功能，這一方案兼容各種SDH設(shè)備，具有專用帶寬、天然隔離，但只能用于點對點傳輸。3、基于路由器方式該方案采用路由器，能提供各節(jié)點之間的包交換能力，實現(xiàn)任意點之間的數(shù)據(jù)交換，網(wǎng)絡(luò)側(cè)接入能力和擴(kuò)展能力都得到顯著提高;各路由器之問組成一個環(huán)形通道，環(huán)的一側(cè)故障時，數(shù)據(jù)可以自動選徑經(jīng)過另一側(cè)傳輸，提高了通信系統(tǒng)的可靠性。缺點是由于采用路由器，需要解讀IP包頭來決定數(shù)據(jù)的傳輸

8、目的，傳輸速率會有所下降。4、數(shù)據(jù)網(wǎng)方式高速鐵路設(shè)置基于SDH的數(shù)據(jù)網(wǎng)，數(shù)據(jù)網(wǎng)除能夠傳輸電力遠(yuǎn)動數(shù)據(jù)外，還承載綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)、動力及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)等業(yè)務(wù)，并為辦公系統(tǒng)預(yù)留網(wǎng)絡(luò)接入條件。數(shù)據(jù)網(wǎng)系統(tǒng)采用TCP/IP協(xié)議，為用戶提供10M/100M和2Mb/S等靈活的接入手段，根據(jù)用戶不同帶寬要求，支持靈活的帶寬分割技術(shù)，接入層設(shè)備能提供16個等級的限速。在專網(wǎng)專用的結(jié)構(gòu)下可提供面向連接的網(wǎng)絡(luò)層專線服務(wù)和交換型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)互聯(lián)服務(wù)。由于基于SDH的數(shù)據(jù)網(wǎng)具有巨大優(yōu)勢，高速鐵路電力遠(yuǎn)動一般采用該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在高速鐵路電力遠(yuǎn)動的每一被控端向通信專業(yè)申請1路2M帶寬的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)接口，調(diào)度主站申請2路2M帶

9、寬的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)接口，通信專業(yè)對整個數(shù)據(jù)網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控管理，確保通信通道可靠性。(四) 線路故障時的數(shù)據(jù)分析及故障測距1、數(shù)據(jù)分析目前，高鐵10kV貫通電力線路相鄰所間的供電一般采用接力式供電方式，如下圖所示，由甲所供電到乙所，乙所供電到丙所，依次類推。通常情況下，配電所貫通線路采用的保護(hù)及自動裝置有速斷保護(hù)、過流保護(hù)及失壓保護(hù)，一次自動重合閘和自動投入裝置。由速斷保護(hù)和過流保護(hù)完成對饋出線的保護(hù)工作，由失壓保護(hù)、一次自動重合閘、自動投入裝置完成對饋出線供電的恢復(fù)功能。當(dāng)高壓電力線路發(fā)生故障時，根據(jù)線路故障性質(zhì)及配電所線路保護(hù)模塊的動作情況，各配電所及開關(guān)站數(shù)據(jù)變化如下：(1) 當(dāng)線路發(fā)生瞬時

10、故障時，只有主送所會過流或速斷保護(hù)動作。此時，無論主送所自動重合閘動作還是備用所自動投入裝置動作，均能送電成功，因此從主送所到故障點各開關(guān)分別感受到一次過電流，故障點另一側(cè)各開關(guān)都沒有感受到過電流。(2) 主、備所均設(shè)有過流、速斷保護(hù)及相應(yīng)一次重合閘和備自投功能。當(dāng)線路發(fā)生永久性故障時，主送所過流或速斷保護(hù)動作，然后備用所產(chǎn)生一次備自投、主送所產(chǎn)生一次自動重合閘動作或備用所先產(chǎn)生一次備自投后再產(chǎn)生一次自動重合閘動作。無論設(shè)定的方式如何，在重合或者備自投后必定會后加速跳開。在設(shè)置重合閘的一端到故障點各開關(guān)必定感受到兩次過電流，故障點另一側(cè)各開關(guān)只感受到一次過電流。(3) 主、備所均設(shè)有過流、速斷

11、保護(hù)，且只在備用所設(shè)定了備自投而在主、備所均無重合閘。當(dāng)線路中某點發(fā)生永久性短路，主送所過流或速斷保護(hù)動作后，備用所備自投動作后必定會后加速跳開。這時線路上各開關(guān)都感受到一次過電流，但由于備自投有一定的時間延時，在故障點兩端的開關(guān)感受到的過電流時刻是不同的。根據(jù)以上數(shù)據(jù)變化分析，在線路故障時，應(yīng)當(dāng)采集各開關(guān)站高壓電流值，并要求帶有故障時刻的時標(biāo)。2、故障測距目前，高速鐵路電力貫通線均采用電纜線路，整條線路參數(shù)穩(wěn)定，這就為電力線路的故障測距提供了有利條件：(1)可以通過配電所采集到的短路電流值進(jìn)行計算，得到短路點至保護(hù)處所的線路阻抗，進(jìn)而根據(jù)電纜線路的單位阻抗算出故障距離。(2)貫通線路行波故障

12、測距技術(shù)可作為借鑒和使用。行波故障測距是指當(dāng)線路發(fā)生故障時，在故障點產(chǎn)生向線路兩端運動的電壓、電流行波虛擬電源，通過行波傳播速度和行波到達(dá)兩端的時間，計算故障點的位置。行波傳播的速度接近電磁波的速度，其具體速度取決于線路分布參數(shù)。行波傳輸?shù)臅r間由行波故障測距裝置采集計算。四、應(yīng)急電源的選擇高速鐵路供電的電源一旦事故中斷供電，將會造成重大的政治影響或經(jīng)濟(jì)損失，然而電力故障突發(fā)性強，往往不以人們的意志為轉(zhuǎn)移，因為無論供電部門管理得再嚴(yán)格，電網(wǎng)設(shè)施再先進(jìn)，斷電也在所難免。近年來鐵路供電系統(tǒng)的運行實踐經(jīng)驗證明，從電力網(wǎng)引接兩回路電源進(jìn)線加備用自投的供電方式，不能滿足一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷對供電可靠性及連續(xù)性的要求，有的發(fā)生全部停電事故是由內(nèi)部故障引起，有的是由電力網(wǎng)故障引起，因地區(qū)大電力網(wǎng)在主網(wǎng)電壓上部是并網(wǎng)的，所以鐵路部門無論從電網(wǎng)取幾回電源進(jìn)線，也無法得到嚴(yán)格意義上的兩個獨立電源。因此，電力網(wǎng)的各種故障，可能引起全部電源進(jìn)線同時失去電源，造成停電事故。始發(fā)站或大型中間站備用容量較大，上下車人員較多，因此宜采用三路10kV系統(tǒng)電源、接觸網(wǎng)取電或發(fā)電機(jī)備用方案，如全線設(shè)雙回電力貫通線（或貫通線+接觸網(wǎng)），各站特別重要的一級負(fù)荷接于電力貫通線的一級負(fù)荷變壓器，由于變壓器電源來自不同配電所，具備三路電源條件，完全滿足供電可靠性要求，不另設(shè)備用