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1、关于高速铁路电力系统的分析与研究对于高速铁路电力系统的分析与探讨 摘要：提高交通运输工具运行速度是人类始终追求的目标，其与经济、社会发展水平相适应。现代交通运输的发展史在肯定意义上就是以提高速度为核心的技术开发史，高速铁路的出现也是社会发展和现代文明的产物。现在中国是世界上高速铁路发展最快、系统和技术最全、在建规模最大的国家。通过高铁，人们可以享受到了更快速、更舒适的旅行；借助高铁，我们可以更快速、便捷的将物资运输全国，这是科技高速进步的结果，是我们这个时代发展的里程碑，也是中国国力日益强盛的表现。中国高铁已经成为了国民经济发展的大动脉，实现了“缩地成步”的想象，预示着我国的高铁建设已经获得了
2、飞跃式的成长，同时也为经济社会的高速运转供应强大的运输实力，成为变更地方经济发展的重要助推器。电力供电系统是高铁运转的核心组成部分，高铁车厢的照明、我们饮用须要的热水、刹车制动乃至充电插座等都须要用电，其为列车供应信号和通信供电，有着至关重要的作用。这篇文章我分别从高速铁路的发展、电力系统概述说明、电力系统组成和供电原则、电力远动限制系统的相关要点，最终对应急电源的选择进行了说明。关键词：高速铁路电力供电系统 一、 高速铁路发展的前世今生 在19世纪，英国工业革命的发展推动了整个交通运输业的变革和发展，蒸汽机的出现及应用为铁路运输业的形成与发展奠定了基础。1909年，在詹天佑的主持下，我国完全
3、依靠自己的技术力气建成了第一条铁路京张铁路。新中国成立后，在宏大的中国共产党的领导下，发挥自有优势，努力钻研，我国渐渐建成了具有自主学问产权的机车车辆工厂，起先自制蒸汽机车、内燃机车和电力机车。进入上世纪90年头以来，中国铁路“买票难、乘车难”的局面日益加剧，同时，随着高速公司和民航运输的快速民展，铁路在运输市场的占有率急剧下降，运能与运量间的冲突空前惊慌。铁路提速势在必行。以沪宁线“先行号”快速列车开行为标记，广深、京秦等线路相继实现准高速运营。自11016年以来的六次大提速使中国铁路产生了根本性改变，同时也加快了中国铁路高速化的进程。自“八五”时期起，国内相关科研机构和高等院校就已经与各工
4、厂一起起先了高速动车组关键技术的探讨、开发，通过汲取国外先进技术，设计并制造了高速动车组转向架样机。随着提速战略的进行，各工厂技术和制造水平不断进步，在19101年1月5日环线试验中，由SS8-0001机车牵引客车创建了212.6km/h的当时中国铁路速度纪录。随后，这一纪录不断被刷新：19101年6月24日，SS8-0001机车牵引客车在京广线许昌-小商桥站间试验速度达到239.7km/h；2002年10月10日，“先锋”号动车组在秦沈客运专线山海关-绥中北站间达以292.5km/h；同年11月27日，“中华之星”电动车组在秦沈客运专线山海关-绥中北站间达到321.5km/h。2004年，国
5、务院批复了中长期铁路网规划，确定了我国铁路发展的蓝图，并在2022年对其进行了调整。在2022年正式公布的国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要中对国家快速铁路网进行了规划。中国正式起先发展高速铁路。自2022年中国第一条时速350公里的京津城际铁路开通运营以来，高速铁路在中国迅猛发展。高速铁路以其平安、准时、快速、舒适、占地少、节能、环保等诸多优点，日益显示出其旺盛的生命力。中国高铁已经成为了国民经济的大动脉，实现了“缩地成步”的想象，预示着我国的高铁建设已经获得了飞跃式的成长，同时也为经济社会的高速运转供应强大的运输实力，成为变更地方经济发展的重要助推器。目前在世界上拥用自主开发并已胜利运
6、用高速动车组的国家有中国、日本、法国、德国和意大利，其共同之处在于列车各部件大量运用高新技术，同时又各具特色，即依据本土的运用条件和传统阅历，特殊是在转向架构、车体轻量化、流线型外形、列车动力配置及构成形式、电传动及限制技术、列车信息网络等方面都具有各自特点。随着铁路运输业的发展，中国对铁路建设与高速列车的需求日益增加，从蒸汽机到内燃机，再到电力动车组，它经验了一代又一代人的不懈追求与执着，同时建成了多条贯穿祖国各地的铁路网。我国建设高速铁路的工期短，施工效率高；建设成本低，标准高；我国高速铁路的平安性能和施工标准远高于欧洲。2022年6月26日，由中国铁路总公司牵头组织研制、具有完全自主学问
7、产权、达到世界先进水平的中国标准动车组“复兴号”首发；“复兴号”的胜利研制生产，标记着我国铁路成套技术装备特已经走在世界先进前列。二、 高速铁路电力系统介绍 高铁能够跑起来，依靠的是牵引供电系统给高速列车供应电力。从电路角度来看，高铁实行AT（自耦变压器）供电方式；牵引供电为电力系统的一级负荷（德国是例外，德国高铁电网有独立于德国国家电网）。高速铁路电力供电系统主要由从国家电网接引的高压电源线咱、铁路站段专线10kv及以上变配电所、沿线两路10kv电力贯穿线路（一级负荷及综合负荷贯穿线）、站场及区间凹凸压电力线路、10/0.4kv变电所、箱式变电站、室外动力照明、电气设备防雷接地等构成。全线电
8、力远动系统纳入SCADA（监视限制和数据采集系统简称微机远动系统）统一调度。二、高速铁路电力供电系统的组成、供电原则 (一)系统组成 高速铁路电力系统由铁路沿线变配电所、10KV贯穿电力线路、低压配电系统及箱式变、室外照明、动力配线、机电设备监控系统、消防自动报警系统、防雷接地等配套电力设施组成。电力设备具备：贯穿线路由两端变、配电所供电的互供条年，变、配电所跨所供电的条件，远程监控条件，电气试验设备，快速抢修实力。电力变、配电所的限制爱护测量设备，应纳入远动系统调度管理；箱式变电站应设置远动终端，纳入远动系统。(二)供电原则 电力供电系统必需满意铁路平安、牢靠供电的要求，并满意免维护、少修理
9、、10kV及以上变配电所无人值守的原则要求。 为保证铁路各用电设备的牢靠平安用电，铁路电力系统保证各级供配电系统的相互匹配，除发生大面积自然灾难(如地震、斗争、电网崩溃等)或敀意损坏外，其牢靠性满意每天24小时的运输须要(含“修理天窗”时间)，并满意以下要求:1. 当供电网络中的一条外部电源线路停电时，丌能导致一级负荷停电。 2. 当供电网络中的一条供电线路停电时，丌能导致一级负荷停电。3. 当供电网络中的一台供电设备停止供电时，丌能导致一级负荷停电。 4. 电力供电不铁路行车和运输平安亲密相关，各个等级负荷的电源均来自电力供电子系统接引。 5. 不行车相关的一级负荷或重要负荷至少从供电网络接
10、取两路独立电源。 6. 电力供电在遵守国家法规和丌损害铁路部门利益的前提条件下，最大限度地满意接入当地电力系统运营商电网的要求。 7. 电力供电遵循国家强制性标准，仔细贯彻执行国家能源政策，因地制宜，爱护环境，节约土地，主动实行节能措施，降低电能消耗。三、电力远动限制系统 (一)系统介绍 高速铁路10kV电力远动系统是利用计算机、网络和通信技术，结合铁路电力系统的实际，对铁路沿线10kV 配电所、车站10/0.4 变电所及贯穿电力线路实现综合自动化监控的系统。该系统能够对高、低电压、电流、有功功率、无功功率及功率因数等参数进行实时监测，实现电力网络运行状况的动态显示和远程限制，对线路故障性质可
11、以进行自动推断、切除等功能。(二)调度主站硬件系统 电力远动调度主站完成调度员人机交互功能，它为调度员执行运行操作供应了全部入口：显示各种监控画面、变配电所接线图、系统配置斟、实时数据和信息、生产报表管理、告警信息、各种曲线，并具有历史数据查询功能;变配电所监控和管理、通信信号电源监控、贯穿线分段开关监控等，也是通过工作站的人机交互完成。电力调度主站采纳客户/服务器访问方式，能有效地运用网络和各单元的CPU资源，防止功能分布不当而引起通信的“瓶颈”效应。系统采纳平衔式双以太网结构，正常状况下双网同时工作，自动动态平衡双网负荷。当某一网络故障时，非故障网络能自动接管系统中全部网络负荷，确保系统正
12、常运行，并实现单网故障状况下系统数据不丢失。(三)通信系统 电力远动系统的通信通道布置在整个系统结构中极为重要，尤其是对于中心限制站以及终端之间的信息交换与传递，作用效果最为明显，也是不行或缺的重要一环。通信通道的构建主要是为了传输相应的电流、电压以及功率等数据信息，进一步提升相应的应用价值。高速铁路和常速铁路通信网运用光同步数字传输网(SDH)，电力远动系统通道采纳基于SDH的数字通道，依据接入SDH传输网的不同方式。电力远动系统的通信通道有4种模式。1、基于低速异步数字接口的通信 SDH网的接入设备能够供应低速同步/异步信号的插板称为数字接口板(DIB)，DIB接入网供应小于64Kbit/
13、s的同步/异步伐速率数据，可以干脆用作电力远动系统的通信通道。该接入网方案实质上是数字专线的通信方式，具有平安、高效的优点，缺点是须要借助运营商供应DIB接口板、传输速率低。当采纳Rs-232接口时只能实现点对点通信，当采纳Rs-485接口时，可以实现类似Rs-485总线的通信效果。现在铁路电力远动基本不采纳此种方案。2、基于IP的数字专线 接入网采纳网桥方案，即在SDH设备外置IP转换器，采纳通用网桥/PPP/，连续虚级联技术，占用n64K/E1专用电路，实现数字业务的接口转换和点对点透传功能，这一方案兼容各种SDH设备，具有专用带宽、自然隔离，但只能用于点对点传输。3、基于路由器方式 该方
14、案采纳路由器，能供应各节点之间的包交换实力，实现随意点之间的数据交换，网络侧接入实力和扩展实力都得到显著提高;各路由器之问组成一个环形通道，环的一侧故障时，数据可以自动“选径”经过另一侧传输，提高了通信系统的牢靠性。缺点是由于采纳路由器，须要解读IP包头来确定数据的传输目的，传输速率会有所下降。4、数据网方式 高速铁路设置基于SDH的数据网，数据网除能够传输电力远动数据外，还承载综合视频监控系统、动力及环境监控系统等业务，并为办公系统预留网络接入条件。数据网系统采纳TCP/IP协议，为用户供应10M/101M和2Mb/S等敏捷的接入手段，依据用户不同带宽要求，支持敏捷的带宽分割技术，接入层设备
15、能供应16个等级的限速。在专网专用的结构下可供应面对连接的网络层专线服务和交换型数据业务互联服务。由于基于SDH的数据网具有巨大优势，高速铁路电力远动一般采纳该网络结构，在高速铁路电力远动的每一被控端向通信专业申请1路2M带宽的TCP/IP网络接口，调度主站申请2路2M带宽的TCP/IP网络接口，通信专业对整个数据网进行监控管理，确保通信通道牢靠性。(四)线路故障时的数据分析及故障测距 1、数据分析 现有的模式，高铁10kV 贯穿电力线路相邻所间的供电一般采纳接力式供电方式，由甲所供电到乙所，乙所供电到丙所，依次类推。通常状况下，配电所贯穿线路采纳的爱护及自动装置有速断爱护、过流爱护及失压爱护
16、，一次自动重合闸和自动投入装置。由速断爱护和过流爱护完成对馈出线的爱护工作，由失压爱护、一次自动重合闸、自动投入装置完成对馈出线供电的复原功能。当高压电力线路发生故障时，依据线路故障性质及配电所线路爱护模块的动作状况，各配电所及开关站数据改变如下：(1)当线路发生瞬时故障时，只有主送所会过流或速断爱护动作。在这种状况下，无论主送所自动重合闸动作，还是备用所自动投入装置动作，均能送电胜利，因此从主送所到故障点各开关分别感受到一次过电流，故障点另一侧各开关却没有感受到过电流。(2)主、备所均设有过流、速断爱护及相应一次重合闸和备自投功能。当线路发生永久性故障时，主送所过流或速断爱护动作，然后备用所
17、产生一次备自投、主送所产生一次自动重合闸动作或备用所先产生一次备自投后再产生一次自动重合闸动作。无论设定的方式是哪一种，在重合或者备自投后必定会后加速跳开。在设置重合闸的一端到故障点各开关必定感受到两次过电流，故障点另一侧各开关只感受到一次过电流。(3)主、备所均设有过流、速断爱护，且只在备用所设定了备自投而在主、备所均无重合闸。当线路中某点发生永久性短路，主送所过流或速断爱护动作后，备用所备自投动作后必定会后加速跳开。这时线路上各开关都感受到一次过电流，但由于备自投有肯定的时间延时，在故障点两端的开关感受到的过电流时刻是不同的。依据以上数据改变分析，在线路故障时，应当采集各开关站高压电流值，
18、并要求带有故障时刻的时标。2、故障测距 我们现有的高速铁路电力贯穿线均采纳电缆线路，整条线路参数都很稳定，这就为电力线路的故障测距供应了有利的条件：(1)可以通过配电所采集到的短路电流值进行计算，得到短路点至爱护处所的线路阻抗，进而依据电缆线路的单位阻抗算出故障距离。(2)贯穿线路行波故障测距技术可作为借鉴和运用。行波故障测距是指当线路发生故障时，在故障点产生向线路两端运动的电压、电流行波虚拟电源，通过行波传播速度和行波到达两端的时间，计算故障点的位置。行波传播的速度接近电磁波的速度，其详细速度取决于线路分布参数。行波传输的时间由行波故障测距装置采集计算。四、应急电源的选择 高速铁路供电的电源
19、一旦中断供电，将会造成重大的政治影响或经济损失，后果是不行想象的，但是突发性的故障不是以人的意志为转移的，无论技术水平多么先进，防范多么严密，总有许多无法想象的、突发的状况发生，断电是有可能会发生的状况。为了保障国家财产平安、公民人身平安，必需思索、打算在前，制定全面的应预案。通过始终以来铁路供电系统的运行实践阅历表明，从电力网引接两回路电源进线加备用自投的供电方式，已经不能满意一级负荷中特殊重要负荷对供电牢靠性及连续性的要求，有时发生的全面停电事故多数是由内部故障引起，有部分是由电力网故障引起。因为地区大电力网在主网电压上部是并网存在的，所以铁路部门无论从电网实行几回电源进线，也无法做到严格
20、意义上的两个独立电源存在。因此，电力网发生的各种故障，很大可能会引起铁路全部电源进线同时失去电源，造成停电事故。始发站或大型中间站备用容量较大，上下车人员较多，因此宜采纳三路10kV系统电源、接触网取电或发电机备用方案，如全线设双回电力贯穿线(或贯穿线+接触网)，各站特殊重要的一级负荷接于电力贯穿线的一级负荷变压器，由于变压器电源来自不同配电所，具备三路电源条件，完全满意供电牢靠性要求，不另设备用电源设备。如全线不设贯穿线，则其它各站备用电源容量较小，应急照明及消防报警则采纳EPS作为备用电源。各站通信、信号等电子设备则宜采纳UPS或蓄电池作备用电源。结语 铁路是我国重要的财产，不容有失。高速铁路已成为我们重要的保障设施，电力供电系统是确保调度指挥、信号、通信、旅客服务等系统重要负荷平安、牢靠、不间断运行的基础设施，是重中之中。而铁路电力远动技术作为电力供电系统的关键技术，代表着当今铁路电力的发展方向，为铁路电力发展向着自动化、无人化趋势迈进打下了坚实的基础。 第15页 共15页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页