高速铁路牵引供电系统（共10篇）
高速铁路牵引供电系统 篇1
0 引言
沪杭高铁地处高度发达地区, 客流量极大, 自2010年10月1日开通一年多以来, 在各方面努力及配合下, 平稳的度过了过渡期, 目前供电设备运用状况良好, 运输秩序井然, 特别是正常运营的情况下没有发生严重的牵引供电和弓网事故。本文从供电部门角度对沪杭高铁路开通初期及运营中供电方面常见故障作些分析及总结。
1 沪杭高铁供电常见故障原因分析及处理办法
1.1 牵引变电相关故障
牵引变电所最常见的故障是牵引变电所跳闸, 牵引变电所跳闸绝大多数情况不是牵引变电所内的故障而是牵引所以外的设备出现问题后引起的。
1.1.1 故障原因分析
在牵引所故障中断路器跳闸是最常见故障, 沪杭高铁在近一年多共计各类跳闸几十次, 跳闸的主要原因主要有以下几个方面:1) 雷击引起牵引所跳闸;2) 机车自身原因引起牵引所跳闸;3) 过负荷引起牵引所跳闸;4) 外界环境引起牵引所跳闸。
1.1.2 故障处理及应对办法
应对以上牵引所跳闸主要从以下几个方面:1) 沪杭高铁处于雷暴区不可能消除雷雨天气, 在每年的雷雨季节来临前对管内的避雷设施及接地系统进行全面检查。检查内容主要包括牵引所、AT所、分区所处的避雷针及上网点处的避雷器及其引线等, 保证这些避雷设备设施符合要求, 以限制雷电波的幅值, 从而减少跳闸次数。一旦雷击引起跳闸后要按要求去故障点巡视, 要找出雷击点并检查设备损坏程度, 进行相应处理;2) 对于机车自身原因引起的跳闸作为设备管理单位加强与机务部门的联系来获得更多的信息, 在确认为机车原因跳闸时对牵引所跳闸时机车所在位置进行检查, 避免因机车故障对接触网设备造成损坏;3) 对于过负荷引起的跳闸在沪杭高铁出现过多次, 特别是许村牵引所213、214断路器在2012年3月至5月频繁的出现跳闸现象。要解决这种问题从两个方面入手。首先, 从牵引所的整定值入手, 只要稍微调高牵引所的整定值即可解决。因为这种现象不是每天都发生, 而是间隔的发生, 说明最大负荷时刚好与牵引所的整定值相差不多。其次, 延长该供电臂区间的列车追踪间隔或者降低该区段的列车速度 (限制列车取流) ;4) 对于外部环境引起的牵引所跳闸如异物、鸟巢、树木、绝缘子污闪、临近线路施工等, 最有效手段就是利用监控系统尽早发现并处理, 防止事态扩大。
1.2 接触悬挂及接触网相关的故障
接触悬挂及接触网设备故障最常见的就是线间距及零部件松脱。接触悬挂线索与线索间以及线索与腕臂零部件间都会产生摩擦, 特别是受温度变化的影响可能导致某些线索与设备间距不足, 从而导致不同设备间摩擦或电气烧伤等一系列问题。
1.2.1 故障原因分析
接触悬挂及接触网常见的问题主要是关节及线岔处线间距不足, 主要发生在承力索、接触线、弹性吊索、吊弦及接触悬挂设备之间。对照沪杭高铁接触网主要技术标准, 在正常情况下不会出现故障, 但在随着外部环境的变化特别是温度的变化会导致线索发生物理变化。物理变化常见就是线索的热胀冷缩, 线索一旦发生这种变化原先接触网静态参数也会发生相应的变化, 这样就会导致故障的发生。另外, 施工过程中的疏忽也会导致接触网故障的发生, 如电连接压接不规范。
1.2.2 故障处理及应对办法
本着“精检慎修”的原则, 发现线间距不足的处所能够满足静态标准不能满足动态标准时, 主要采用在线索上加装绝缘护线条和加装等位线的方法处理, 并定期对所加的绝缘护线条进行监测。静态标准难以满足且已经相磨的处所, 制定方案对接触悬挂进行调整。对线索间距的变化规律还处在摸索阶段, 在掌握了变化规律后再进行调整, 这样不会因反复调整对设备造成损害。另外, 对于线岔及关节式分相定期测量, 一旦发现静态数据发生明显变化就要重点对该部位进行全面检查。
1.3 隔离开关相关的故障
隔离开关牵引供电系统中重要设备之一, 设置隔离开关的目的主要有:1) 通过隔离开关的开合将需要停电的设备或线路与电源可靠的隔离, 以保证检修等工作的安排。2) 当线路出现故障时改变供电方式, 如越区供电、迂回供电等。一旦隔离开关出现故障以上功能将不能实现。
1.3.1 故障原因分析
隔开开关常见的故障有以下几个方面:1) 机械方面故障要是隔离开关的刀闸的开合角不到位以、电机及整理部件损坏、螺栓力矩不够造成虚接导致电气烧伤;2) 远动方面故障主要表现在本地与电调综自系统显示不一致或非远动分合闸及远动无法操作, 其主要原因是综自系统故障;3) 电气方面故障主要表现为因铜铝过渡处没有按要求使用铜铝过渡板造成化学腐蚀;4) 隔离开关附属设备故障主要是固定在隔离开关支柱上的附加设备, 如PVC管等脱落造成故障。
1.3.2 故障处理及应对办法
针对隔离开关常见故障处理方法为:1) 机械方面的故障是对烧损的静触头进行了更换。并定期检查隔离开关操作设备及分合角, 通过红外、紫外等先进设备进行监测以及测温片等手段加强监测;2) 远动方面的故障要求厂家定期对相应的数据采集模块进行检测, 发现问题进行更换;3) 对于因施工造成未安装铜铝过渡的处理办法要求施工单位对没有安装处所全部重新安装。4、隔离开关上附属设备脱落主要是固定附属设备时使用了塑料的绑扎带, 经长期日晒雨淋老化断裂, 造成附属设备脱落, 处理方法是用不锈钢丝固定并利用各种巡视方式加强监测。
1.4 分段绝缘器故障
本线采用的是吴江天龙DXF— (1.6) Ⅱ分段绝缘器, 这种分段以可靠性高被高速铁路广泛使用。
1.4.1 分段绝缘器故障
分段绝缘器故障有:1、绝缘滑道被打坏。2、销弧角断裂。3、本体电弧灼伤。4、表面碳粉堆积。
1.4.2 故障处理及应对办法
分段绝缘器主要布置在站场及线路所附近, 因此监测、检查稍微方便一些。在安装分段绝缘器前仔细检查分段绝缘器外观确保安装上去是个合格的分段绝缘器, 安装时严格安装标准安装, 然后安装一年两次检查基本能保证分段绝缘器正常使用。很多出现问题的分段绝缘器都是安装时存在一定问题, 使用很短一段时间后就暴露出了。对于使用频繁的分段绝缘器减少检测、检修间隔, 并清扫表面堆积的碳粉, 保证分段绝缘器绝缘性能良好。
1.5 避雷器
金属氧化物避雷器优点是产品体积小、重量轻、不易破损、运输安装方便, 因此避雷器本身很少出现问题。
1.5.1 避雷器常见故障
避雷器相关问题有:1、避雷器爆裂。2、避雷器脱离器损坏。3、计数器避雷器失效。4、避雷器接地极损坏或电阻过大。
1.5.2 故障处理及应对办法
避雷器一般安装在牵引所、AT所、分区所上网点上, 因此在监测、检测、检查这些重要部位的同时对应对避雷器进行同步进行状态确认。首先, 实验合格的避雷器不易发生爆裂, 在安装前确认检验合格, 正确的运输及储存, 定期对避雷器脱离器、计数器、接地极检查, 并对接地电阻进行测量, 发现问题及时处理。每年雷雨季节来临前全部检查到位, 做好相应的台账记录。
1.6 弓网故障
容易发生弓网故障的地方是线岔、电分相、曲线段及各类线夹处, 设计存在缺陷或者检修存在缺陷都会导致弓网故障。弓网故障是个综合性的故障, 接触网或受电弓出现问题都会造成弓网故障。这里仅对因接触网方面产生的弓网故障分析。
1.6.1 常见弓网故障
随着速度的提高, 高速接触网的动态变化显著增大, 受电弓与接触网之间会出现离线现象, 受电弓会因为磨损等产生划痕甚至损坏。常见弓网故障都是受电弓和接触网关系不良引起, 主要有:1) 脱弓、打弓、钻弓、抬弓;2) 机车自动降弓;3、拉弧。
1.6.2 故障处理及应对办法
消除弓网故障主要是做好接触网全面检查工作, 杜绝因失修造成接触网参数变化, 具体做法:
1) 加强对接触网设备的监测、检测、检修。对重点设备做好数据记录及分析, 各部螺栓的紧固达到要求力矩;
2) 严格按温度曲线安装、调整接触网设备, 保证补偿装置、支持装置、定位器、开关引线、电连接线在温度变化时不致影响受电弓取流或参数发生较大变化;
3) 加强外部环境的监管。做好线路添乘及巡视, 对上跨桥、上跨线、附近广告牌、塑料布、节庆气球等及时发现及时处理, 防止落到接触网上造成弓网故障;
4) 对下发的动检数据应足够重视, 仔细检查认真复测。
2 结论
高铁是近几年发展迅速, 没有一套成熟的运行检修模式, 高铁的运行检修都还处于摸索阶段。探索出一条既安全又高效的设备养修体现十分重要。为保障人身和设备安全, 设备管理单位采取了加强措施, 确保高铁接触网供电系统的安全稳定运行是我们努力的方向。
参考文献
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高速铁路牵引供电系统 篇2
为了保证铁路牵引供电远动系统能满足铁路事业的运输相关工作，铁路牵引供电远动系统需要满足以下几个条件：第一，能实现调度员控制。调动员在拥有自主监控设备的能力的同时，还要能执行遥控命令、显示报警信息、查询历史数据、打印相关报表、对通讯进行检测和预报。第二，能进行综合管控和网络监视。能实现各部门的信息交换和采集，实现对供电远动系统的综合控制，能利用先进的设备和科学的手段实现优化铁路牵引供电远动系统的目的。第三，能对相关数据和系统进行维护。在进行相关数据编辑的过程中，能自发形成数据体系并根据具体的情况对数据进行相应的删减修改。第四，自主进行权限划分。能根据具体的需要进行权限划分，并对自身管辖的区域进行有效的识别和监控。
以上，是人们需要铁路牵引供电远动系统具备的能力。又因为铁路牵引供电远动系统的特殊性，因此，还需要满足以下几个特点：第一，安全。运行铁路的远动系统的根本目标是改善铁路的运行状况，实现运输的高效与安全。第二，准确。因为远动系统关系着运输生产的安全问题，因此必须保证采集的数据真实，执行的任务准确。第三，可扩展。这一点主要是为了不断完善、强大系统本身，使之更好地适应社会需求。第四，易维护。在处理数据的时候，系统必须满足简便、快捷、易操作。其五，可共享。铁路牵引供电远动系统维护子系统的设计与实现
设计与实现铁路牵引供电远动系统维护子系统挖掘思路。
2.1 对系统功能进行模块划分
对系统功能细化，各个板块“各司其职”，有利于针对性的实现各个模块的根本任务。第一，网络监控板块。利用先进的技术设备实现网络运输节点的有效检测，通过检测数据获取节点的真实运行情况，建立各个节点之间的联系，实现节点间运输的协作配合。第二，数据采集板块。与被控设备联系，实现供电系统的实时信息采集，在系统数据库中初步判定信息采集无误后，再执行调度人员给出的命令。第三，数据库维护和图形维护板块。数据库维护板块的主要内容是对采集到的数据进行查询、修改和删除，以实现系统良性运行。图形维护主要是对画面修改和形成数据库映射信息等。第四，调度员监视板块。通过调度员的监视和控制可以确定各个被控设备的运行现状。
2.2 对系统进行图形的维护设计
第一，在用户登录之后，可以对相应的图形进行编辑和修改，也可以对图形进行新建、打开、修改、保存、等操作;第二，在用户对图形进行编辑修改的时候，可以对图片中的内容进行复制、剪切、重组等操作也可以从图元库中选择相应的图元;第三，可以根据具体的情况对基本图元进行调整，如改变长度、宽度和填充颜色等;第四，对遥测量和状态量图元以及设备图元需要进行属性设置，选择所属厂站，并记录设备名称;第五，如果图形与实际不符或者需要添加相关图元，就需要对图形进行再次编辑;第六，图像绘制修改完毕，需要设置图像的拓扑区域，经并标注拓扑文件名，确保拓扑区域与拓扑文件一一对应;第七，建立图元信息与数据库信息的有效联系，将图片信息反映成数据信息，实现图形与数据信息的同步。
当用户登录界面输入个人信息的时候，能进入图形维护的只可能是系统管理员。管理员可以对原有图形进行编辑修改，也可以舍弃原图并应用相关的手法建立新的图形。编辑图片时涉及的图元可以在图元库中找寻，图元库中若没有需要的图元，则需要进行新图元的建立。最后不要忘记给新建或者新编辑的图元进行命名。建立相关的拓扑关系，并形成有效的关联，保证数据与图像的同步保存，以实现图片信息数据在数据库中的有效反应。
2.3 对系统进行数据库的维护设计
对数据库进行维护和设计的主要目标是想要对数据库内包含的数据信息进行相应的操作。当用户在数据库维护界面输入个人信息的时候，与图形维护设计的情况一样，只有合法的用户才能进入数据库维护界面，并参与到数据增加、修改、查询、删除等环节。在完成数据库资料更新后，需要将数据重新保存进数据库中。对数据库重新进行节点数据的同步更新，以确保数据库内保存的资源一致。
数据库的维护设计基本操作流程如下：第一，在数据库维护界面上输入个人信息进行登录，信息正确则可以顺利登陆。若无法顺利登陆，则需要确定对输入信息进行确认，重新输入。第二，对数据库数据进行正确的选择，选取需要进行操作的数据表，对数据表中的数据进行增加、修改、查询、删除等一系列操作。第三，进行数据增补的时候，要在选定的数据表中进行新增。第四，在查找信息时，要从所属的线路系统开始查找，继而找到所属的遥信表，再选择厂站信息，通过筛选找到开关的信息。这样的查找方式具备系统性，不仅耗时小且操作性强。第五，在进行数据修改的时候，要对需要修改的信息进行有效查找，再进行相应的修改工作。结束语
高速铁路牵引供电系统 篇3
摘要：近年来，高速动车组的发展一方面适应了社会快速发展的新形势，另一方面也加快了人们的生活节奏。为不断适应发展变化着的新形势，满足人们不断增长的新需求，需要对高速动车组牵引传动控制系统进行优化，从而推动我国交通运输事业的发展，促进国民经济稳步提升。
关键词：动车组；牵引传动；控制系统；仿真设计
中图分类号：TM922 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）14-0085-02
高速铁路的快速发展，使得对高速列车的需求也在逐渐增长，并对其提出了更多、更高的要求。虽然高速动车组在促进国民经济发展、社会进步和加快人民生活节奏方面发挥了重要作用，但在很多技术方面刚刚起步，尚未成熟，因此需要技术上的提升和系统优化。对于高速动车组这一复杂系统，建立合理有效的高速动车组牵引传动控制系统显得至关重要。本文主要分析了我国高速动车组牵引传动控制系统的发展现状以及高速动车组牵引传动控制系统的仿真方案。
1 我国高速动车组牵引传动控制系统的发展现状
1.1 牵引动力配置方式以动力集中方式为主
我国高速动车组的牵引动力配置方式主要有动力分散方式和动力集中方式。动力集中方式是一种较为传统的电力牵引模式，使用历史久，技术相对成熟，而且使用的范围广泛，动力集中型动车组是由日本首创，近年在欧洲得到广泛推广与应用。
随着科学技术的发展进步，我国在动力分散型动车组的设计上取得了一定成就。例如“中原之星”动车组、“先锋号”动车组以及CRH系列动车组。“和谐号”CRH系列动车组，是由十六台三相异步牵引电动机均匀地安置在四辆动车的地板下，由每台电机驱动一根车轴，十六台电机共同合作就让整个动车组高速运行起来了。但是动力分散型的技术仍不够成熟，还处在起步阶段，而且资金投入大、技术要求高，因此，我国高速动车组的牵引动力配置方式仍以动力集中方式为主。
1.2 我国高速动车组以直流传动制式为主
直流传动制式和交流传动制式是高速动车组牵引传动制式的两种方式。在我国，主要铁路上的高速动车组，多数采用直流传动制式，对交流传动制式的使用较少。相比，在国外，先进的科学技术使得交流传动制式的高速动车组具有显著优越性，市场前景广阔。因此，多数生产厂商也已经停止了对直流传动机车的生产，多采用交流传动方式的牵引技术。我国高速电动车组的发展由于技术的不成熟，缺乏创造性，对于交流传动技术的应用也才刚刚起步。
1.3 普遍采用微机牵引控制系统
我国铁路机车普遍采用微机牵引传动系统，但在较为传统的直流传动机车上仍然有大量的模拟电子控制系统。随着科技的进步、网络的发展，网络技术对于交通运输事业也在发挥着越来越大的作用。在列车通信网络快速发展进步的新形势下，我国的高速动车组也开始使用通信网络进行控制和信息的传递，例如，司机对列车的各种控制命令都可以通过列车通信网络传送到列车的各个部位，执行的结果也可以通过网络再反馈给司机，从而使司机更加全面、系统地掌控列车的运行，促进列车协调、稳定运行。通过采用微机牵引控制系统逐渐形成对列车的分布式控制，是我国高速动车组牵引控制系统的现状。
2 高速动车组牵引传动控制系统的仿真方案
2.1 进行高速列车内外部环境仿真
列车的内部环境不仅包括牵引传动控制系统，还包括网络系统等，外部环境包括牵引供电系统、线路的地理条件和轨道等。通过对内外部环境的仿真模拟，能够对列车在运行过程中可能出现的问题进行预测，并提前找到解决方案，避免实际运行过程出现差错，减少损失。以青藏铁路为例，高原缺氧、低温、强烈的紫外线以及高原冻土是铁路运输所面临的外部环境，这些对列车的控制系统提出了更高要求，因此内外部环境的仿真有其必要性。内外部环境的仿真模拟可以为牵引传动控制系统的优化提供保障。
2.2 进行三维视景仿真
随着数字化进程的发展，各行业信息化建设也加紧了步伐，铁路业也应紧跟时代步伐，为驾驶司机提供三维视景。传统的二维视景数据单一、抽象，只能展现宏观的景象概况，在细节上有局限性。而司机室三维视景仿真，能给司机提供丰富的环境信息，使司机更加清楚地了解在目前操作下，牵引传动系统的整体工作状态。当三维视景达到最佳效果，司机的临场感也会大大增强，从而集中司机注意力，调动其积极性，提高工作效率。
2.3 高速动车组牵引变压器热仿真
牵引变压器是高速动车组牵引传动系统中的关键部件，列车运行过程中的安全性与其密切相关。因此，为保障列车运行的安全性，需要研究高速列车牵引变压器的温度随列车实际运行发生的变化，对其进行冷却降温处理。由于变压器具有复杂的结构，并且涉及对热学、电磁学等多门科学的同时运用，因此研究模拟较为困难。但是预算和控制变压器内部的温升对于牵引变压器的研究具有重要意义。为此，国内外的众多专家也做了很多研究。
变压器作为一个复杂的系统，各个参数之间的关系也非常复杂。要想在列车运行中准确地计算出各个点的温度是很困难的，因此需要简化后再计算。铁芯和绕组产生的损耗是变压器的主要热源，热量会由变压器内部传导到表面。可以通过变压器内部油的对流，把来自铁芯和绕组的热量传给油箱壁，被加热的油箱壁通过周围的空气对流把热量散走，从而达到冷却变压器的目的。做一个具有特殊形状、容易散热的冷却器，把变压器中的油利用油泵，打入油冷却器，冷却后再返回到油箱中，从而带走热量，为牵引变压器降温。
3 结语
伴随着经济的发展和科技的进步，我国的高速动车组取得了巨大进步。但仍不够成熟，需不断开拓创新，引进国外先进技术，发现其中存在的问题，对牵引传动控制系统进行不断优化。从而使我国铁路运输走向成熟，保障交通运输事业的健康、稳定和可持续发展，满足国民经济发展需求，为我国社会主义现代化建设做贡献，推动时代的进步。
参考文献
[1] 丁荣军.现代轨道牵引传动及控制技术研究与发展
[J].机车电传动，2010，（9）.
[2] 张曙光.铁路高速列车应用基础理论与工程技术
[M].北京：科学出版社，2007.
[3] 黄济荣.电力牵引交流传动与控制[M].北京：机械工业出版社，2009.
[4] 刘友梅.我国电力机车四十年技术发展综述[J].机车电传动，2006，（11）.
基金项目：国家科技支撑计划资助项目（2009BAG12A01-H04-2）
作者简介：孙菁睿（1984—），男，供职于唐山轨道客车有限责任公司，研究方向：高速动车组调试；康瑛（1973—），女，唐山轨道客车有限责任公司高级工程师，研究方向：高速动车组调试技术。
浅谈高速铁路牵引供电方式 篇4
1直接供电方式
直接供电方式是在牵引网中不加特殊防护措施的一种供电方式。电气化铁路最早大都采用这种供电方式, 如图1所示。
这种供电方式结构最为简单, 投资最省, 牵引网阻抗较小, 能耗也较低。直接供电方式的供电距离在单线区段一般为30 km左右。电气化铁路是单相负荷, 机车由接触网取得的电流经钢轨流回至变电所。由于钢轨和大地不是绝缘的, 一部分回流电流经钢轨流入大地, 因此对通信线路产生电磁感应影响较大, 这是这种供电方式的缺点。直接供电方式一般在铁路沿线无架空通信线路或通信线路已改用地下屏蔽电缆的区段采用[2]。
2带回流线的直接供电方式
为了克服直接供电方式的缺点, 在接触线平行位置增加金属回流线, 并隔一定距离设置连接导线将回流线与钢轨并联, 这种供电方式就是带回流线的直接供电方式, 如图2所示。
带回流线的直接供电方式, 牵引电流大部分通过钢轨和大地流回牵引变电所, 一小部分通过回流线流回牵引变电所。因接触网中的电流和回流线中的电流方向相反, 且接触线和回流线距离较近, 两者形成的磁场相互抵消。
3 BT供电方式
3.1 BT供电方式的工作原理
BT (Boost Transformer) 因其对结构复杂, 且对列车速度有影响, 目前已经基本不采用。如图3所示。
图中, 牵引网每隔一段距离在牵引网的接触导线和回流线接入变压比为1:1的吸流变压器BT[2], 其原边串入接触网中的绝缘锚段关节处, 次边串入回流线, 在两个吸流变压器的中间通过吸上线将钢轨中的牵引电流吸入回流线中。因而, 接触网中的电流和回流线中的电流因大小几乎相等, 方向相反从而极大地减弱了对牵引网附近通信线路的干扰。
3.2 BT供电方式存在的主要问题
BT供电方式存在着在机车所处的BT间隔内在一定范围内失去吸流防护效果的现象, 即:“半段效应”, 在该BT段内接触网与回流线中的电流并不相等, 防干扰效果不理想, 而在其余BT段内两者的电流大小相等, 方向相反, 防干扰效果较好[2]。
但是, 因BT变压器自身阻抗较大, 且安装密度较大, 故此种供电方式引起的电压损失和电能损失较大, 且每3~4 km在接触网内存在断口, 断口一方面会影响列车速度, 另一方面断口两端存在电压差, 机车通过该断口时可能会产生电火花, 使接触网寿命缩短[1]。
4 AT供电方式
AT供电方式是在牵引网中并联自耦变压器的一种牵引供电方式, 它是目前备受国内外很多国家亲睐的一种供电方式。
4.1 AT供电方式工作原理
AT供方式原理如图4所示, AT表示变比为2:1的自耦变压器, 牵引网接触线C和正馈线F接在自耦变压器原边, 原边两端的电压为55 k V, 而钢轨与自耦变压器的中点相连, 接触网和钢轨间的电压为27.5 k V。由于原边电压提高了一倍, 在相同的牵引功率下牵引网上电流减小, 电压损失、功率损失均较小[2]。
4.2 AT供电方式对通信线路抗干扰原理
首先假设自耦变压器阻抗为零, AT的原绕组n1与n2串联接于电源, n2连接负载, 如下图5所示, 当电力机车处于两台AT之间 (AT段) 时, 设牵引电流为, 对段内同时
有AT3、AT4的副绕组供电, 其值分别为、 (与机车和AT3、AT4的距离成反比例分配) , 两电流同时流经钢轨—地回路, 并有部分流入大地, 均在AT3、AT4的原边绕组n1感应电流的作用下, 被吸流流至正馈线F。此时段内两台AT中每台的串联绕组n1与n2中的负荷电路总是大小相等, 方向相反, 其所产生的磁通相互抵消[3]。
4.3 AT供电方式的主要技术特性
(1) 牵引网的电压损失和功率损失大大降低。
(2) 牵引变电所的间隔增大, 但变电所主变压器副边绕组和相应的开关设备绝缘水平相应提高。
(3) 与BT相比对通信线防干扰特性和效果较好, 且接触导线不需段口, 有利于列车高速运行。
总之, 采用AT供电方式时目前在高速重载高速电气化区段AT供电方式有较大的适用性, 也可按不同地区采用AT方式和带回流线的直接供电方式相结合的综合供电方式。
5 CC供电方式
CC供电方式是一种新型的供电方式, 其内芯线作为馈电线与接触网并联连接, 外部导体作为回流线与钢轨并联连接。每隔5~10 km作一个分段, 如图6所示, 因电缆芯线与外部导体电流相等, 方向相反, 二者形成磁场相互抵消, 对邻近通信线路几乎无干扰。由于阻抗小, 因而供电距离长。但由于同轴电力电缆造价高, 投资大, 现仅在一些特变困难的区段采用[3]。
6结语
目前, 直接供电方式因其对通信线路的干扰较大而几乎不采用, BT电方式因其自身的缺陷在我国几乎不再采用, 带回流线的直接供电方式在我国用的较多, 但是主要用在非高速铁路区段, 目前在高速重载的电气化区段主要采用AT供电方式[4], CC供电方式因成本问题用的也较少。
摘要：该研究主要从减小对通信线路电磁干扰的角度出发, 对单相工频25k V牵引网的五种供电方式直接供电方式 (TR) 、带回流线的直接供电方式 (TRNF) 、BT (吸流变压器) 供电方式、AT (自耦变压器) 供电方式和CC供电方式的工作原理及存在的主要问题进行分析比较, 其中直接供电方式因其对通信线路产生的电磁干扰较大, 这种供电方式现今用的很少;带回流线的直接供电方式的钢轨电位降低、牵引网阻抗降低, 供电距离增长, 对弱电系统的电磁干扰减小, 目前这种供电方式备受青睐;BT供电方式结构复杂, 存在着“半段效应”, 影响列车的速度, 目前我国高铁几乎不采用此种供电方式;AT供电方式的综合性能较好, 我国高铁很多线路都采用AT供电方式;CC供电方式因成本较高, 目前用的较少。
关键词：牵引网,直接供电方式,BT供电方式,AT供电方式,CC供电方式
参考文献
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高速铁路通信系统技术 篇5
而出行的旅客享受了高速铁路带来的快捷与舒适后对在旅途过程中的通信系统的要求也水涨船高。
旅途是单调的，也是劳累的，旅客需要在列车上与他人进行语音、数据、图像、视频等信息交流，而互联网的普及也使更多的乘客需要在列车上接入互联网，享受数字化和智能化的通信服务。
因此，为了满足乘客的通信需求，构建一个稳定、先进的高速铁路通信系统迫在眉睫。
高速铁路牵引供电系统 篇6
1 我国高速铁路防雷设计原则
根据铁路运行安全指标的要求, 将牵引供电接触网雷电防护定义为:依据《铁路电力牵引供电设计规范》 (TB 10009—2005) 和《铁路防雷、电磁兼容及接地工程技术暂行规定》 (铁建设[2007]39号) , 将每年雷电日的数量划分为少雷区, 年平均雷电日在20 d以下的地区 (含20 d) ;多雷区, 年平均雷电日在20~40 d的地区 (不含20 d) ;高雷区, 年平均雷电日40~60 d的地区 (不含60 d) ;强雷区, 年平均雷电日在60 d以上的地区 (含60 d) 。
2 受到雷击方式的分析和计算
分析和计算雷击方式时要遵循一个原则, 即年平均雷电日比较多的地区, 其遭受雷击的频度也就越大, 一般情况下遭受雷击次数与年平均雷电日数成正比关系。由此可进行推算:当接触网的侧面限界为3 m, 承力索距离轨面的平均高度为7 m时, 单线接触网遭受雷击次数为:
复线接触网遭受雷击次数为:
式 (1) (2) 中:Td——年平均雷电日数, d。
当接触网和支柱受到雷电击时, 除入地外主要产生过电压。其电压值大小, 与接地电阻、雷电流幅值等有关。此外, 雷电通道产生的磁场与雷电流磁场产生相反的感应电压, 且与雷电流平均值和导线的高度成正比。而接触网支柱的接地电阻的大小, 也决定了冲击过电压和感应过电压的叠加值。在一般情况下, 接地电阻越高, 叠加值也就越大。因此, 当遭受雷击时产生过电压, 且过电压达到了接触网所支持的绝缘子冲击放电电压时, 就会形成绝缘子闪络, 而雷电流就会经支柱、接地线和钢轨等部位入地, 过电压也会随之降低。
3 牵引供电接触网雷电防护措施
为了有效保障高速铁路运输的良好运行, 避免因雷电天气引起的安全隐患, 采取牵引供电接触网雷电防护措施是很有必要的。但是, 我国在牵引供电接触网雷电的防护方面与发达国家仍有较大差距, 在某些方面的技术相当不成熟, 需要遵循基本的原则和方法, 才能有效避免事故的发生。
3.1 接触网防雷措施的原则
具体原则分为以下几个方面: (1) 根据高速铁路客运专线和客、货混线线路不同的供电方式, 分别制订防雷原则和措施; (2) 根据区间与站场的不同特点确定接触网防雷措施; (3) 将实际跳闸统计数据和雷区划分相结合; (4) 将站场接触网与站房等防雷措施相结合; (5) 将避雷针、避雷线等不同接闪器优势互补、互相结合; (6) 因地制宜, 根据不同气候、地理等自然条件, 设计防雷设施的密度和强度, 做到安全和效益兼顾。
3.2 高速铁路客运专线的防雷建议
具体建议分为以下几点: (1) 在多雷电地区、空旷的平原及高架桥段做重点防雷电措施; (2) 在架设绝缘避雷线、避雷针等柱外防雷措施的同时, 按照接触网所在区域的雷电强度和跳闸统计数据, 适当加大避雷器的密度, 并结合放电间隙进行预防直击雷; (3) 区间接触网采用接触网支柱顶端架设避雷线, 多雷区段加设避雷针; (4) 根据计算确定避雷线、避雷针的防雷有效范围; (5) 柱顶布置可同时对支柱两侧的高压带电部分起到防雷作用, 大量减少直击雷对接触网高压部分的放电; (6) 如果采用绝缘架设避雷线、避雷针并单独接地, 可减少支柱直击雷和反击雷对接触网高压部分的放电, 减少变电所的雷击跳闸次数; (7) 柱顶架设避雷线、避雷针的支柱和信号设备距离应小于15 m区段, 该支柱顶避雷线应加装绝缘子, 并且相邻支柱顶加避雷针设单独接地; (8) 站场接触网防雷应结合房屋建筑防雷措施, 可在站场咽喉区设单柱式避雷针。
4 结束语
随着我国综合国力的提升, 高速铁路作为国家政策扶持的重点项目, 得到了迅猛发展, 满足了经济发展和人们出行的需求, 改变了人们的生活。但是, 我国高速铁路牵引供电接触网雷电防护还需要继续发展和提高, 才能更好地保证乘客的生命和财产安全。
参考文献
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高速铁路牵引供电系统 篇7
1 细化设计文件, 减少运营工作
高速铁路设计时, 工程技术人员应按以人为本、服务运输、强本简末、系统优化、着眼发展[1]的铁路建设理念, 不能生搬硬套设计规范。在工程建设中, 设计方案能满足相关规范标准, 但可能考虑实际运营方面比较少, 导致一些技术标准“水土不服”。由于运营单位处于牵引供电设备维护管理一线, 日常工作中对设备选型及运行参数有深入的了解, 因此除了加强前期设计阶段征求运营单位意见, 将运营单位合理的建议纳入设计文件中, 运营单位应参加设备招标后的技术联络, 根据运营单位合理的运营理念, 将零部件及设备细节调整, 不仅能提高运营效率, 也能减少运营成本及备品存储。在施工图设计中, 能以服务运输为前提, 细化设计方案, 特别是供电方案, 应以细分供电单元、缩小供电范围、准确判断故障、压缩故障停时为指导思想, 如在AT所附近的上、下行接触网设置绝缘锚段关节, 以此为例来说明细化设计对牵引供电的重要性。
以AT供电变电所一条供电臂为例, 在施工图设计文件中, 绝缘锚段关节在AT所供电线上网点左侧、右侧设置不一, 供电分段如图1所示。由于设置了绝缘锚段关节, 牵引变电所供电臂在故障状态下被划分为两个区段, 首段上下行分别为a、b区段, 末端上下行分别为c、d区段。以a区段发生故障为例, 当绝缘关节在AT所上网点左侧时, 打开绝缘锚段关节隔离开关, 则可以对a区段进行检修。此时AT所仍可正常工作, 实现上下行并联供电, 使c、d区段末端网压降幅很小。当绝缘关节在AT所上网点右侧时, 见图1虚线框, 打开绝缘锚段关节开关, a区段发生故障, AT所不能正常工作, 失去了AT供电上下行并联供电优势, 导致c、d区段电压降幅网压下降约50%, 影响下行线行车对数。故绝缘锚段关节应尽量设置在牵引变电所与AT所供电线上网点之间, 以减少故障状态下影响范围。
2 加强预介入, 提高设备可靠性
运营单位应提前介入高速铁路建设及运营接管工作的规定, 组织平推整治, 参加联调联试、检查验收, 及时发现、解决质量问题。提前介入工作实现规范化, 加强运营单位新线设计、设备制造、零部件验收等工作的介入力度, 从源头上改进和提高供电设备的可靠性。
以西部某高速铁路为例, 铁路局供电段在四电施工单位进场后成立了新线管理办公室, 负责高速铁路预介入管理工作。管理人员深入施工一线, 进驻施工工区、接触网预配厂, 卡控施工质量并督促整改。并制定预介入管理措施, 分专业、分阶段明确预介入工作要点。结合预介入工作实际完善工作制度, 形成日、周小结制度, 建立预介入问题库、工作联系函制度等。制定了预介入卡控表, 根据当前施工项目、结合验收规范、设计文件、工艺标准, 用于预介入现场对标检查, 并为建立一杆一档积累原始数据资料。参加施工单位组织的设备安装培训会, 掌握安装工艺。并多方收集其他高速铁路建设经验教训, 结合运营经验, 将同类问题在施工阶段消除。
3 兵团作战与应急值守相结合
由于高速铁路白天运营, 不具备利用运行间隔进行维修作业的条件, 我国高速铁路将维修天窗在凌晨0~4 h, 受视野及身体机能的影响, 劳动效率大大下降, 更需提供劳动效率。高速铁路供电工区间距一般为60km左右, 但实际运营工作中, 以工区为单位的小天窗, 导致“运修”矛盾突出、安全盯控难度大。结合实际情况, 以车间为单元的集中修模式, 会提高设备检修质量和天窗利用率, 弥补天窗时间不足, 提高作业效率。检修时以所在工区的人员和车辆为主, 每个车间集中3~4辆作业车, 30~40人分为3~4个作业组, 集中人力、物力、财力等资源, 开展大兵团作战, 集中围歼设备隐患, 整体提升一个区段、一条线路的设备质量。采取兵团作战方式, 实施集中修, 通过集中优势力量, 开展大兵团作业, 在地面辅助人员不增加的情况下, 高空有效作业人员增多, 一个作业点内的劳效得到充分释放, 检修任务量较日常大幅提高。
在高速铁路沿线各车站设置应急值守点。每个值守点每班2~3人, 含接触网工和电力工。一是雨雪大风等恶劣天气时, 不间断检查、观测车站供电设备状态, 发现设备隐患问题及时报告。二是供电设备发生故障时, 第一时间联系车站和调度所, 携带必要工具材料添乘动车组进入故障地点确认故障性质和影响范围, 协助故障抢修, 三是负责接触网挂异物、结冰等问题处理。
4 加强高科技手段, 提高巡视能力
传统落后的、费时费力费人的人工巡视测量方式, 已经无法满足牵引供电设备运行风险的防控需求。高速铁路接触网的运行维护, 采用“预防为主、重检慎修”的方针, 按照“周期检测、状态维修”的原则, 为提升供电系统安全保障能力, 运用检测数据和分析结果, 有助于做细修前鉴定, 优化作业组织和作业内容, 最大限度提高天窗利用率。同时, 可以缓解人员紧缺压力, 通过提高智能自动分析水平, 减轻了技术人员的劳动强度。6C系统的应用, 可以实现关键设备全天候实时监测。C1安装设在铁路总公司高速综合检测车上, 主要进行接触网悬挂参数和弓网运行参数的等速检测;C2目前采用便携式设备, 在动车组上对接触网悬挂部分和外部运行环境进行周期性图像采集、分析;C3安装在运营机车和动车组上按一定比例装载, 在线检测弓网运行和主导电回路状态;C4安装在路局检测车上, 周期性对接触网悬挂系统的零部件及接触网几何参数, 特别是腕臂区域的零部件进行高分辨率成像检测, 在检测数据的自动识别与分析的基础上, 形成维修建议, 指导接触网维修;C5安装在车站咽喉、隧道口、接触网线岔、分相关节、动车库进出线等特殊断面, 在线监测受电弓滑板与供电设备接触运行状态;C6安装在接触网定位点、锚段关节、线岔、隧道内、桥梁处等特殊断面及牵引变电所, 监测接触网张力、振动、抬升量、线索温度、补偿位移以及供电设备绝缘状态和温度等运行状态参数[2]。
以检测数据为依据, 通过自动分析、系统分析、逐级分析、专家分析, 能够更加科学地掌握设备运行规律, 不断促进管理水平的提升。在故障情况下, 能够通过检测装置查找故障点, 通过视频指挥现场抢修, 通过遥控开关实现故障的快速判断和切除, 能够大幅压缩故障延时。
5 总结
实际运营证明, 牵引供电维护管理手段的不断创新, 检测技术的大力发展和应用, 能超前防控牵引供电设备安全风险, 动态掌握设备运行状态, 科学有效的指导运营维护, 牵引供电维护管理水平会上一个新台阶。随着三维技术在设计、施工、运营维护等方面的应用, 可视化、地理信息数字化的应用会使牵引供电维护管理更高效、智能[3]。
参考文献
[1]中华人民共和国铁道部.TB 10009-2005铁路电力牵引供电设计规范[S].北京:中国铁道出版社, 2005.
[2]万国华.以6C系统为中心的牵引供电统一信息平台[J].价值工程.2013 (13) .
高速铁路牵引供电系统 篇8
行波测距法通过检测初始行波与反射行波到达时刻差与行波波速,实现对故障点的准确定位。高速铁路牵引网线路正常供电电压为27.5 kV,故障发生时,线路产生的暂态行波频谱成分复杂,不便于对行波波头的准确识别,同时行波信号的频率对于行波波速也有一定的影响[1,2,3,4]。因此,若能在不影响行波信号波头特征的情况下,提取行波信号某一频段信号进行分析,将有助于减小行波波头到达时刻和行波波速的测量误差,提高故障点定位精度。
1 FFT频谱分析和FIR滤波技术基本原理
1.1 FFT技术基本原理
基于离散傅里叶变换的原理将时域中解决的问题转换到频域中进行分析。傅里叶变换的基本公式如下[5,6]:
F{f(x)}=F(u)=∫
将其离散化得到离散的傅里叶变换:
u=0,1,2,…,N-1 (2)
为满足高速铁路故障判定快速、实时的要求,采用快速傅里叶变换对行波信号进行处理。FFT 的递推公式为:
F(u)=1/2(Feven(u)+Fodd(u)W(2M) (3)
F(u+M)=(1/2)(Feven(u)-Fodd(u)W(2M)u) (4)
其中:铰链因子W(N)=exp(-j2/N) 是一个常数;N=2M =2n。式(3)和式(4)表明一个N个点的变换,能够把原始数据分成每个点数为N/2的两部分,分别计算得到Feven(u)和Food(u)。奇数部分和偶数部分之和得到F(u)的前(N/2)各点的值,奇数部分和偶数部分之差得到后(N/2)个点的值。对于任何N=2M的DFT变换,可以通过计算m点的DFT来实现。可见,采用快速傅里叶算法可以大大降低算法的复杂度,节约运算量。
1.2 FIR滤波技术基本原理
有限长冲激响应滤波器(FIR)具有系统稳定好、易于实现线性相位、允许设计多通带(或多阻带)滤波器[7,8]等优点,故本论文采用FIR滤波器对故障行波数据进行分析。FIR滤波器的冲激响应h(n)具有有限长度,数学上M阶FIR滤波器可以表示为:
其系统函数为:
FIR滤波器的设计问题实质上是确定能满足所要求的转移序列或脉冲响应的常数的问题,设计方法主要有窗函数法、频率采样法和等波纹最佳逼近法等。本文采用窗函数法进行FIR滤波器的设计。窗函数设计法是一种通过截短和计权的方法使无限长非因果序列成为有限长脉冲响应序列的设计方法。
2 行波信号的检测
本文基于A型行波法原理,对高速铁路牵引网实际线路跳闸时的信号进行了多次测量。实验方案基本原理如图1所示。
如图1所示,MN表示实验线路,在M端安装行波传感器,当F点处发生故障时,引起线路跳闸。此时F点产生暂态行波信号,沿线路两端传播,其中沿M端传播的信号到达线路起始端时发生第一次反射,第一次反射信号行经故障点F处时,发生第二次反射。行波传感器记录下两次反射行波信号的波形。基于以上原理,本文在天津南仓变电站安装了多个传感器,对上海方向的217#馈线倒闸时的信号进行了监测,数据采样率为60 MHz,采样长度为262 144个点。以下对于行波信号主频率成分的分析以某次线路倒闸时的实测数据为例进行说明,信号波形如图2所示。
3 行波信号频谱成分的分析
3.1 行波信号的频谱分析
根据1.1节中所述快速傅里叶变换原理,设计算法对如图2所示行波波形数据进行分析。频谱分析结果如图3所示,横坐标表示频率值,单位Hz,纵坐标表示能量密度。
根据分析结果所示,行波信号频谱成分复杂,能量最高点对应频率为20.6 kHz,大部分能量分布在5 MHz以下的频段。对比实际测试信号与频谱分析结果可知,由于高速铁路牵引网线路跨度大,对应的测试数据长度较长,在初始行波与故障行波之间存在较多的噪声信号,因此,行波信号频谱分析结果中能量谱幅值最大点处对应的频率值并不一定为故障行波的频率。在此情况下,根据频谱分析结果,采用数字滤波技术对于频谱分析中的各主要频谱成份进行分析。
3.2 FIR滤波技术在行波信号频谱成分分析中的应用
根据1.2节所述FIR滤波器基本原理,本文选择阻带衰减高的凯泽窗进行FIR滤波器的设计,其具体实施步骤如下:
(1)确定滤波器技术指标。滤波器指标参数一般为通带截止频率ωρ、阻带截止频率ωs、实际通带波动Rp和最小阻带衰减As。根据技术指标计算归一化过渡带和滤波器阶数。归一化过渡带为:
(2)根据待求的五个带通滤波器的理想频率响应函数Hd(ejω),采用傅里叶反变换式求出理想单位脉冲响应hd(n):
(3)计算滤波器的单位脉冲响应h(n)。它是理想单位脉冲响应和窗函数的乘积,即h(n)=hd(n)wd(n)。
(4)设计FIR滤波器,验算技术指标是否满足要求,如果不满足要求,可根据具体情况,调整窗函数类型或长度,直到满足要求为止。
(5)对给定数据进行滤波计算。
根据设定指标,采用FIR滤波器对天津南仓变电站现场测试数据进行滤波分析,结果如图4所示。
由图4(a)可见,在10 kHz～300 kHz频段,反射行波信号幅值较小,噪声信号幅值较大。整体波形在原点附近持续振荡,慢慢衰减到零,由此分析,振荡可能由于谐波分量引起。由图4(b)可见,在300 kHz～600 kHz频段,整体波形未发生明显的振荡,但在幅值较大的行波波头信号后,有较严重的拖尾峰存在,导致两次反射信号波形并不能较好的区分开。由图4(c)、(d)、(e)、(f)、(g)可见,从600 kHz开始,随着频率的增加,行波信号的幅值慢慢下降,但主峰幅值信号下降的速度明显低于其后振荡过程中信号幅值的下降速度,如图4(g)所示,主峰幅值约为2.2 V,其后振荡波形幅值约为0.2 V。此外,对比图4经滤波处理后的波形与图2所示的原始波形可见,原始波形中波头的信号极性特征经滤波处理后变得较不明显。
4 总结与展望
本文采用FFT与FIR技术,对高速铁路牵引网线路跳闸时的信号波形进行了分析。由分析结果可见,故障行波信号的噪声主要分布在600 kHz以下的频段,其特征类似于工频电信号的谐波分量。因此,利用行波信号的高频段进行分析可以较好的滤除噪声干扰,提高定位的准确度。但FIR滤波处理后的信号极性特征被明显消弱,不利于根据极性变化进行故障性质的分析。为准确获取行波波头到达时刻,在下一步工作中,可在本论文分析的基础上,采用小波变换算法结合模极大值理论等对于行波信号进行时域和频域的综合分析,以更准确的提取行波信号主频率成份,提高行波波头定位的准确性。
摘要：基于FFT频谱分析和FIR滤波技术原理对实际高速铁路牵引网馈线跳闸时的行波信号频谱进行了分析。结果显示:在(10～300)kHz频段,反射行波信号幅值较小,噪声信号幅值较大,整体波形在原点附近持续振荡;在(300～600)kHz频段,整体波形未发生明显的振荡,但在幅值较大的行波波头信号后,有较严重的拖尾峰存在。从600 kHz开始,随着频率的增加,行波信号的幅值慢慢下降,但主峰幅值信号下降的速度明显低于其后振荡过程中信号幅值的下降速度。
关键词：高速铁路牵引网,行波测距法,快速傅里叶变换,FIR滤波,频谱成份
参考文献
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高速铁路牵引供电系统 篇9
1 方案介绍
1.1 供电方案的前期准备工作
(1) 设备材料进场运输通道;设备通道要能满足进场条件。
(2) 既有设备与新增设备接口, 是否预留了电缆孔和设备安装孔。
(3) 电缆夹层及电缆走向:根据现场实际情况结合运营单位要求合理安排电缆走向。
(4) 进场作业所要做的防护工作:既有设备防护及工作区和带电区的隔离, 确保人员和设备安全。
1.2 技术方案一
(1) 方案实施。
改造边山变电所新增4回馈线均在该所内2×27.5 k V的T1F1段母线, 该段母线为京广高铁武汉方向供电的上、下行馈线 (211、212) , 长沙南站线上、下行馈线 (215、2 1 6) , 长沙动车运用所开闭所进线电源 (217) 供电。
因原所2×27.5 k V配电装置采用的西门子GIS开关柜, 设备气室贯通, 新增馈线施工时需要将该段母线上负荷全部解除运行, 该段时间内可采用越区供电方式进行改造施工。
如图1所示:边山211、212供电臂 (边山至大尾冲上下行) 由塝上变电所213、214供电臂经大尾冲分区所越区供电。
B变电所为边山变电所;A变电所为塝上变电所;C变电所为经塘变电所;A分区所为大尾冲分区所, B分区所为昭山分区所
边山211、212供电臂越区供电成功后, 通过长沙南站3009 (或3004) 隔离开关向长沙动车所292进线供电。
为了不影响长沙动车所供电, 通过边上变电所昭山上行馈线开关给长沙动车所供电。
(2) 方案优缺点。
优点:实施简单, 通过分合相应开关即可实现越区供电, 同时施工安全风险小。
缺点:越区供电期间, 经检算塝上牵引变电所只能够保证塝上至大尾冲至边山供电区段 (51.92km) 按以下方式运行:上、下行各两列车C R H 3 8 0 A L或C R H 3 8 0 B L同时运行;上、下行各一列车C R H 3 8 0 A L或C R H 3 8 0 B L和上、下行各两列车C R H 3 8 0 A或C R H 2 C或C R H 3 C同时运行;上、下行各四列车C R H 3 8 0 A或C R H 2 C或C R H 3 C同时运行, 因此对运输的影响特别大。
1.2 技术方案二
(1) 方案实施。
维持原所主接线不变, 增设一段2×27.5k V母线 (T1’F1’) , 设211、212AT馈线, 217直供馈线。增设的T1’F1’段母线通过电缆T接至牵引变压器的1号、2号牵引变压器低压侧。
新增配电装置的保护采用综合自动化系统, 纳入原所后台控制 (图1) 。
T1F1段2×27.5k V母线在改造期间, T1’F1’段母线投入运行, 从而保证京广高铁正常运营。
(2) 方案优缺点。
优点:新增的T1’F1’段2×27.5 k V母线替换既有的T1F1段2×27.5 k V母线运行, 保证了京广高铁的正常运输秩序, 对运输无影响。
缺点:过渡施工难度较大, 安全风险较高。
2 方案选择
由于京广高铁长沙至武汉段行车密度大, 如采用技术方案一, 经行车部门测算需扣车一半, 对运输的干扰特别大;而采用技术方案二, 虽然施工难度较大、安全风险较高, 但只要施工时采取的措施得当完全可以避免, 同时对运输无影响, 可大大提高经济效益和社会效益, 在实际施工中我们选择该案施工方案。
3 本次改造的重点及难点
(1) 应急预案的制定:为了确保本次改造万无一失, 我们需制定相应应急预案, 应急预案要安全可行。这次改造我们制定了两套预案: (1) 在过渡实施过程中, 若施工出现问题, 立即恢复既有供电方式, 确保供电正常; (2) 在过渡完成后若出现问题, 我们利用边山变电所213供电臂给211供电臂供电, 利用边山变电所214供电臂给212供电臂供电。
(2) 综合自动化改造:由于变电所综合自动化改造较为复杂, 为保证运营安全和施工二不误, 新增一面过渡保护屏, 新增综自保护要与既有保护可靠对接, 确保保护运行可靠。
4 过渡施工方案关键施工注意事项
(1) 过渡二次保护与既有保护间的配合与核对。新增配电装置的保护纳入了原所后台进行控制, 新旧保护间的定值校验、接线及调试要严格按产品说明书进行, 确保保护接线及整定无误。
(2) 对T1’、F1’电缆进行施工时, 要认真做好标识, 防止将T1’、F1’电缆反接;馈线侧供电电缆倒接施工时, 对既有的T、F电缆进出的方向及线别进行认真的核对, 防止T1’、F1’电缆错接。
(3) 过渡高低压电缆敷设时, 要充分利用既有电缆沟, 否则应做防护措施, 避免电缆受到损伤;高压电缆头的制做应由专门技术人员完成, 保证施工质量。
(4) 各设备应良好接地。每个电气设备的工作接地和设备接地应单独安装接地线与接地网或接地干线可靠连接, 严禁将几个部件串联接地。
5 结论
边山牵引变电所设备改造已于2014年1月9日顺利完成施工。经试运行, 各项性能指标能达到设计和验收标准要求, 设备运行良好。本方案可为将来高速铁路类似特点的改造施工提供参考, 值得推广应用。
摘要：根据铁路运输要求及高速铁路施工特点, 本文以新建沪昆高铁既有边山牵引变电所设备改造为例, 通过对多种施工技术方案进行利弊对比分析, 来确定最终技术方案。同时介绍了本项施工的技术难点及关键施工注意事项。
关键词：高速铁路,变电所,设备改造,施工技术
参考文献
[1]铁建设[2010]241号.高速铁路电力牵引供电工程施工技术指南[S], 北京:中国铁道出版社.
高速铁路牵引供电系统 篇10
高速铁路牵引网输电线运送距离长,暴露在旷野,且故障多发生于盘山越岭、交通不便的山区丘陵地带。故障点的快速、准确定位这个铁路电力牵引部门的难题一直尚未解决。对牵引系统安全运行构成了较大的威胁,也给牵引网输电线路运行维修人员带来了繁重的负担。为此国内外提出了电气化铁道牵引网故障行波定位方法,利用故障产生的暂态行波信号进行故障检测和定位[1,2,3,4]。
牵引网输电线路故障单端行波定位准确度主要取决于2个参数[5]:时间参数和速度参数。牵引网输电线路故障产生广域频带的暂态信号,故障行波含有丰富的高频分量;行波传播具有色散特性,不同频率的行波信号具有不同的衰减特性,导致牵引网故障行波波头信号在传播过程中发生畸变,影响了对行波准确到达时间的判断和对行波波速的确定,降低了故障行波定位的准确度。
行波定位常规的方法是应用小波变换来换取时间参数,速度参数取光速,也就是说不计行波沿传输线路的传播色散的影响。本文提出的方法有望解决常规的测距方法的精度不高问题。本文将小波变换奇异性理论与相似性算法结合起来,用提取初始行波起始点前后波形的变化趋势及其特征作为判定条件来提取行波波头。提出了行波到达时间由自适应匹配法提取的行波特征点位置确定;行波的传播速度由模拟实验结果计算波速来确定。测距精度较高。
1 小波变换自适应匹配基本原理
1.1 小波变换理论
实现准确辨别故障行波的突变点,即行波到达的时刻,是提高故障定位精度的重要条件之一[6]。本文选用小波分析算法来对高速铁路牵引网故障行波信号进行处理。小波变换的数学表达式为:
式(1)中,C(a,τ):原函数f(t)的小波系数;a:尺度(压缩或伸展)量;τ:位移量;φ( ):小波函数族。
就形式和实质而言,式(1)和FFT并无本质区别。小波变换之所以有“数学显微镜”的比喻,就因为尺度(压缩或伸展)量a和位移量τ:尺度(压缩或伸展)量a控制“数学显微镜”的镜头,a小,观察高频部分(频率分辨率低);a大,观察低频部分(频率分辨率高)。位移量τ控制“数学显微镜”在时间轴上的移动,以观察不同的时间部分。小波变换所以较适合瞬态高速信号,原因在于小波函数族φ( )。φ( )有别于正弦函数族。第一它是瞬态的而非连续不断的;第二它很“小”。对于高压电器故障行波的小波变换,用仿真试验可已证明,它有利于找到故障行波的突变点,有利于提高故障行波的时差测量精度。
对应于本文所分析的高速铁路牵引网故障行波信号而言,其具体的小波变换过程如下。行波传感器信号经采集系统模数转换后成离散形式:
对此类信号采用Mallat分解算法进行逐级分解,其基本思想是:设Hi-1f为能量有限信号在分辨率2j下的近似,则Hjf可以进一步分解为f在分辨率2j-1下的近似Hj-1以及位于分辨率2j-1与2j之间的细节Dj-1f之和,其分解过程如图1所示。
由于双尺度方程中系数hk、gk可以通过内积
通过推导可得分解过程系数表达式:
小波变换过程是根据实际问题的需要对系数b
由式(3)可推导出重构过程的系数表达式为:
1.2 奇异性理论
高速铁路牵引网故障行波采集信号为一维离散数据,假设fw(x)是行波信号经变换后的小波函数,若在尺度s下,在x0的某一邻域S,对一切x有:
则称x0为小波变换的模极大值点; fw(x0)为小波变换的模极大值。利用模极大值点创建新的波形函数fmax(x),小波变换模极大值应满足下式条件:
式(8)中fmax(x)为信号f(x)的小波变换模极大值函数;k为常数;s为分解尺度;α为Lipschitz指数。
小波变换的模极大值点与信号突变点是一一对应的[7,8]。小波变换模极大值极性表示突变点的变化方向,模极大值大小表示突变点的变化强度。当信号在某一点Lipschitz指数非负(如信号突变点),则小波模极大值随分解尺度的增大,保持不变或随之增大。当在某一点的Lipschitz指数为负(如白噪声),则小波模极大值随分解尺度的增大而很快衰减。根据故障行波噪声水平,通过调整k和α的值,求取小波模极大值点,可进一步抑制噪声信号,较准确地反映出信号奇异点的位置、极性等特征信息,表征故障信息。
1.3 自适应匹配法
本文在实际测试过程中采用的行波传感器灵敏度为1 mV对应于现场实际电压1 V。因为高速铁路牵引网工作电压为27.5 kV,当牵引网输电线路发生故障时,所产生的故障信号电压幅值经高压高频行波传感器采集转换后,可获得△U>20 V以上的电压幅值变化量,并且行波传感器易引起振荡谐波。因此,对于经小波变换模极大值提取后的数据波形函数fmax(x)再进行求导和绝对值运算,进一步滤除掉缓慢变化的振荡信号,以便于对行波头信息的提取。设经数据处理后的波形函数:
数据采集系统进行采集时设定了一定的采集延时,延时数据包含采集系统硬件电路自身的噪声,取噪声最大值设为un。由x=0时开始,对fabs(x)的值与噪声信号进行比较。当fj(n0)>un时,确定此时点n0对应的采样时间为初始行波起始点t0。
提取初始行波起始点前后波形的变化趋势及其特征作为判定条件,根据实际情况可选择多个特征值,如:
为提取行波波头位置点,将求取m1,m2作为判定条件。然后,使用同样的方法求取起始点n0后数据对应的m值,如对于p点,计算
同时定义:
当Δm<βθ时(其中θ为故障行波衰减系数,对于确定线路,根据实测标准波形数据预先确定,β为修正系数),确定此时函数fj(k)对应的时间为故障反射行波波头到达时间t1。则故障点k与起始点距离可由S1=v(t1-t0)计算得到。
2 基于小波变换自适应匹配的单端行波定位原理
2.1 行波到达时间辨别
行波波头到达时间辨别算法如图2所示。
如图2所示,小波函数db6对行波信号进行5尺度小波分解处理,对小波分解结构进行高频重构,获取5尺度分解重构高频行波信号;求取其模极大值点后,构建经数据处理后的行波波形,可以判断行波波头的大致位置。由于行波波头上升比较平缓,最大值出现与实际行波波头出现有一段时延,影响故障定位精度,因此为了进一步准确获取行波波头到达时刻,本文章在小波变换求模极大值基础之上,结合采用自适应匹配法。自适应匹配法:首先对行波信号求取反应行波波形变化的变化率和求绝对值运算;对于所获得新的数据,提取初始行波波头特征值信息;再利用初始行波波头特征进行自相似度分析判定条件,对整体故障行波数据进行扫描匹配,最终确定故障反射行波波头位置。由初始行波和经故障点反射回来的行波波头对应于采样数据上的采样点数差值和采样频率即可得出行波到达故障点的时间。
2.2 行波波速的确定
行波波速的确定与否直接影响着故障行波定位的准确度。由于行波传播速度的相对稳定性,因此本文章采用模拟实验方法求取行波波速,为后续现场实验数据分析提供参考。
由于模拟实验线路长度已知,可根据模拟实验结果计算波速。行波波速分析过程以北京恒通达公司固安厂房行2011/07/11日下午01:32:37测试数据为例进行说明,结果如图3所示。如图3(a)所示为模拟实验测试数据的原始波形,图3(b)为经算法处理后波形,在处理后的数据基础上,采用本文章行波波头到达时间辨别算法进行分析,确定故障点, 将故障点分别在原始波形和处理后的波形上进行标示,如图中圆圈所示。为了进一步提高行波波速度的准确度,对经波头到达时间辨别算法处理多组模拟实验数据所得的时间差求取平均值。
由已知线路长度为S=153 m,及时间差结果取平均值Δt=67.5/(2×60×106)=562 ns,计算得波速v=S/Δt=153 m/(562×10-9)s=2.72×108 m/s。
2.3 定位实现
如图4所示,本文方法的实现可分以下几个步骤:
(1)启动高速采集装置,在检测点检测初始行波信号和经故障点反射回来的行波信号。
(2)根据小波变换奇异性理论对获取的行波电压信号求取小波函数db6对行波信号5尺度分解重构高频信号的模极大值fw(x);利用模极大值点构建波形函数fmax(x)。
(3)对数据波形函数fmax(x)进行求导和绝对值运算,进一步滤除缓慢变化的振荡信号,有利于行波头信息的提取,并获取经处理后的波形函数为fabs(x);提取初始行波起始点前后波形的变化趋势及其特征,选取特征值。
(4)由相似性算法,对故障行波数据整体扫描匹配,识别出经故障点反射回来的行波波头位置;由初始波和反射波波头在采样数据上相对位置差及采样频率(本文现场实验采集卡频率为60 MHz)即可得出行波到达故障点的时间。
(5)利用模拟实验数据的行波传播波速分析结果为本文现场实验数据分析提供参考。
(6)根据单端行波测距法的原理,由行波信号在监测点与故障点间往返的时间差和模拟实验获取的参考波速即可定位出故障点位置。
3 现场数据示例分析
石家庄南新城变电所实验线路选择216#馈线,全程长度为22.19 km。对于现场数据的分析目的是为了验证本文所述方法在现场应用时的准确性和定位精度,并检验其对现场复杂环境的适应性。
因为石家庄南新城变电所216#馈线在实验检测点后方无线路上网点的反射情况,所以对216#馈线上所采集的行波数据的分析只需要关注现场实验线路合闸和分闸时末端的反射波信号。数据分析过程如下图5所示,以其波形为例进行分析说明。
如图5所示,对于实测现场三组数据的处理,首先采用小波变换自适应匹配算法对石家庄原始行波数据进行处理,根据处理后的数据波形,进行行波信号起始点和故障点的定位,然后将故障点的坐标映射到原始数据波形上,在分析结果图中以圆圈标示;再根据标示出的起始点和故障点的位置进行行波波头到达时间的辨别,确定出行波在检测点与故障点间的往返时间差。
运用同样处理方法,对南新城变电所216#馈线停送电时检测到的其他行波波形进行分析,定位其初始行波与线路末端反射行波起始位置点,并根据模拟实验时所测得波速计算实验设定的故障距离,结果记录到表1中。
已知石家庄216#馈线长度22.19 km,由表1所示,可知行波测距系统定位误差最大为(22 278-22 190) m=88 m,测距误差小于100 m;且不同次测试结果变化较大,分析其原因,可能是由于在不同的测试时间段内,外部环境的变化(如线路载荷、天气气候情况的变化等)对行波信号在输电线路上的传播过程产生了一定的负面影响。
4 结语
本文利用小波变换自适应匹配的单端行波定位方法,可以有效提取牵引网输电线路故障行波信号特征,并消除行波色散等其它因素对故障点定位精度的影响,同时解决了如何辨别波头到达的时间和行波传播的参考波速的问题。大量测距结果证实,采用小波变换自适应匹配的单端行波定位法的定位结果的可靠性强、定位精度高,在单端行波定位法能够使用的条件下,定位精度能够满足现场运行对精确故障定位的要求。
参考文献
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