铁路电气

铁路电气（精选12篇）

铁路电气 篇1

0引言

铁路是一种运量大、速度快、距离长的交通运输工具,具有可靠性高及价格低等优点。 截至2015年1月,中国铁路运营总里程已达到1.12×105km,其中高速铁路运营总里程超过1.5×104km,中西部铁路达到7×104km,总电气化里程超过3×104km。 中国铁路总运营里程居全世界首位,因此研究适用于中国铁路的牵引供电技术意义重大。

我国铁路采用单相工频制式,随着交直交电力机车和动车组［1-2］的广泛应用以及交直型电力机车的退出,由于谐波得到显著改善,而单车功率加大,以负序、谐波［3-5］为主的电能质量问题转变为以负序为主［6］的电能质量问题。 负序电流和电压会引起电力系统电压不对称、占用系统容量等问题,甚至危及发电机及电网的安全运行［7］。 电力机车中的高次谐波会占用系统容量、增大损耗甚至引起系统谐波放大和牵引网的谐振等问题［8］。

为减小对电力系统的负序影响,电气化铁路供电采用换相连接［9］,在两供电臂之间加装电分相装置电分相是接触网中的薄弱环节,会造成一个“硬点” 影响电力机车的安全运行,并且会限制高速铁路动车组速度的进一步提高。

基于此,文献[10-11]提出一种新型电缆牵引供电系统,当该方案用于电气化铁路时,能够彻底解决影响电气化铁路的电能质量问题并取消电分相。 该方案采用110 k V电缆传输电能,供电能力更强,是一种技术上的进步,为未来电气化铁路牵引供电系统性能提升提供了一种有效的解决方案。 但目前并未见其他文献对其进行深入的分析和研究,本文将对电缆牵引网的电流分布特性、阻抗特性和电容效应进行研究。

1新型电缆牵引供电系统结构

新型电缆牵引供电系统由主变电所(MSS)和电缆牵引网(CTN)构成,主变电所由主变压器(MTT)和负序补偿装置(NCD)构成,实现电压等级的变换和电能质量问题的治理;电缆牵引网由电缆系统［12-15(CS)、接触网(OCS)和牵引变压器(TT)构成,实现电能的传输和电压等级的变换,牵引变压器按照一定的间隔将电缆系统和接触网连接,构成一个电缆分段,如图1所示。

为方便起见,将机车(动车组)所在两牵引变压器间隔的电缆和接触网称为短回路,而该短回路到主变电所的电缆和接触网称为长回路。 归算到同一电压等级下,长回路电缆阻抗远小于接触网阻抗,故在长回路中接触网的分流系数非常小,可忽略不计, 由电缆承担主要的电能输送功能。 短回路中,机车由相邻2个牵引变压器供电。

由于电缆牵引网阻抗小、电压等级高,且电缆电容效应可实现一部分无功补偿功能,因而供电能力远大于传统供电方式。 此外,电缆牵引网具有较好的耦合效应,对机车及沿线通信线路的电磁干扰(EMI) 较小。

2电缆牵引网等效模型

由于电缆牵引网是一种复杂的链式多导体传输网络模型,且其内部存在2种电压等级,同时电缆的分布式参数也导致计算分析过程更加复杂,为分析电缆牵引网的特性,本节对电缆牵引网模型进行简化。

2.1等效模型

为简化计算又满足精度,以短回路为单位将分布式参数模型等效为集中参数模型,同时,将27.5 k V侧参数折算到110 k V侧;进一步将2根电缆等效为1根电缆,得到电缆牵引网等效参数,如图2所示。

2.2等效参数计算

多导体传输线参数之间具有耦合效应,因此需要对其进行解耦合。 图3中电缆和接触网的原始参数为:

其中,Ra、Rb、Rc、Rd分别为电缆a、电缆b、接触网c、 钢轨d的电阻;La、Lb、Lc、Ld分别为电缆a、电缆b、接触网c、钢轨d的电感;Ca、Cb、Cc、Cd分别为电缆a、电缆b、接触网c、钢轨d的电容;Rab和Rcd、Lab和Lcd、 Cab和Ccd分别为电缆a、b之间和接触网c、钢轨d之间的电阻、电感、电容。

则模型中等效参数为:

其中,ZCS、ZOCS分别为电缆系统和接触网系统的等效阻抗。

通常接触网的容性效应可以忽略。 由于110 k V电缆屏蔽层接地,2根电缆之间不存在互容,故电缆对地等效电容为:

3电气特性分析

在电缆牵引网等效模型中,由于电缆阻抗远小于接触网阻抗,故认为长回路中接触网的分流可忽略, 只有在机车所处区间短回路内,电流通过相邻两牵引变压器为机车供电,因此有必要研究在短回路中电流的分配规律及电缆牵引网的阻抗特性。

3.1电流分配规律

在图4所示电流分配关系中,I为机车负荷在110 k V侧的等效电流; I1、I2分别为短回路内通过两牵引变压器的电流;ICS、IOCS分别为长回路中流经电缆系统和接触网系统的电流;I′CS为短回路内流经电缆系统的电流;x为短回路内机车距牵引变电所侧最近的牵引变压器的距离;L为机车距主牵引变电所的距离。 由于接触网系统的阻抗远大于电缆系统的阻抗,其分流效应可忽略,且在分析短回路的电流分配规律和阻抗特性曲线时,不考虑电缆对地电容产生的容性电流,故通常可认为ICS= I,I′CS= I2,根据基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律,有:

解方程组得:

3.2等效阻抗

根据图4,可得电缆牵引网等效阻抗计算公式:

根据式(8),电缆牵引网等效阻抗由长回路阻抗和短回路阻抗两部分构成。 由于电缆阻抗远小于牵引变电所和接触网的等效阻抗,故长回路阻抗呈现斜率较低的直线;短回路阻抗呈现马鞍形,且由于电缆阻抗很小,牵引变压器漏抗不可忽略,因而电缆牵引网阻抗特性曲线在牵引变压器处(位置0、H、2H、 3H)发生跳变。 故电缆牵引网阻抗特性曲线示意图如图5所示。

4京沪高铁线路仿真

京沪高铁线路全长1318 km,全线共有28个牵引变电所,采用AT供电模式,牵引变压器的容量均为(50 +50) MV·A,动车组车型为CRH380A(9.9 MV·A) 和CRH380AL(20.44 MV·A)2种。 动车组时速为300 km / h,追踪间隔为3.5 min, 车辆按照2种车型1∶1间隔排列。 本节将分别对空载线路的电容效应和紧密运行时的牵引网电压进行仿真和校验。

4.1空载线路的电容效应仿真

电缆线路的电容效应主要是由于容性电流流经感抗产生的与电源电压同相位的电压抬升造成的, GB / T11017规定额定电压110 k V交联聚乙烯绝缘电力电缆最大运行电压为126 k V［16］,因此需要对空载线路的电容效应进行抑制。

假设分别在京沪高铁沧州、徐州和丹阳设置3个主变电所,牵引变压器设置在原变电所及分区所处, 容量等同采用原牵引变压器对应绕组容量。

本节将对京沪高铁青杨—徐州—方徐段进行仿真,并分别从补偿系数和主变压器漏抗对电缆牵引网电容效应的影响进行仿真分析。 线路全长(254.8+ 245.7)km,主变电所设置在徐州牵引变电所。 本仿真中采用截面积1000 mm2的电缆,电缆长度和原牵引变电所供电臂长度相同;根据电缆载流量和对应电缆区间内机车负荷大小,并采用“N + 1”备用方式确定电缆回数,电缆参数见表1。 易知,采用新型电缆牵引供电模式后,铁路与电力系统的接口从28个减少到3个,电分相数目从53个减少到2个。

由于电缆线路电容效应明显,空载运行时会产生严重的电缆牵引网电压抬升,但在线路带负荷运行尤其是紧密运行时,电容效应有利于电缆牵引网供电能力的提升,因此应采用可控无功补偿装置对电缆的容性效应进行补偿。

通常可采用在二次侧加装可控无功补偿来减小容性充电电流,从而抑制空载条件下的电缆电容效应,补偿系数为:

其中,U1为牵引变压器一次侧电压;U2为牵引变压器二次侧电压;B为电抗器补偿电缆区间总电纳;XL为并联电抗。

图6为不同补偿系数时电缆牵引网的电压分布情况,从图中可以看出,补偿系数越大,电缆牵引网电压抬升越小,在全补偿情况(α=1)时,线路电压最接近110 k V;当补偿系数为0.4时,线路电压抬升较大。 一般情况下补偿系数为0.7~0.8。

图7为主变压器漏抗对电缆牵引网空载电压的影响,从图中可以看出,主变压器漏抗越大,电缆牵引网电压抬升越大。 故采用减小系统漏抗的方式也可以抑制电缆牵引网的空载电容效应。

在图6和图7的空载线路仿真结果中,系统电压抬升由主变压器和电缆上的电压抬升两部分组成, 故空载线路电压最低点出现在中心变电所徐州处。

4.2紧密运行工况仿真

为研究电缆牵引网的供电性能,需对其牵引网电压进行校验,即在紧密工况运行,线路没有无功补偿装置时进行接触网的最低电压校验,接触网最低电压需满足动车组正常运行最低电压22.5 k V的要求。 本节分别对3个中心变电所、4个中心变电所和5个中心变电所的电缆供电接触网最低电压进行校验。 其中,3个中心变电所以青杨—徐州—方徐段为例进行仿真,4个中心变电所以王凤楼—王庄—沙庄段为例进行仿真,5个中心变电所以畜牧场—王庄—江庄段为例进行仿真。 电缆回数的选取与4.1节相同,此处不再赘述。

4.2.1 3个中心变电所

图8以青杨—徐州供电臂为例,对仿真模型进行了详细说明。 电缆牵引网和接触网通过牵引变压器连接起来,形成一个电缆分段。 在长回路中,电流流经电缆;短回路内,电流流经两相邻牵引变压器对接触网分段内车辆进行供电。

图9所示为车辆紧密运行时电缆牵引网的电压情况,电压最大值117.7 k V出现在主变电所徐州处,电压最小值112.1 k V出现在徐州—方徐供电臂末端。

图10为上、下行接触网电压分布情况,由于每个接触网分段内车辆负荷不同,导致牵引变压器上的电压损失不同,故牵引变压器二次侧电压与牵引变压器一次侧变化规律不同。 上行接触网最低电压为24.33 k V,下行接触网最低电压为24.8 k V,完全满足动车组正常运行最低电压要求。 电缆供电方式下,左、右2个供电臂长度均为250 km左右。

4.2.2 4个中心变电所

图11为王凤楼—王庄—沙庄段车辆紧密运行时电缆牵引网的电压分布情况,电压最大值107.6 k V出现在主变电所王庄处,电压最小值105.7 k V出现在王庄—沙庄供电臂末端。

图12为上、下行接触网电压。 上行接触网最低电压为22.92 k V,下行接触网最低电压为23.07 k V, 满足动车组正常运行最低电压要求。 电缆供电方式下,左、右2个供电臂长度均为190 km左右。

4.2.3 5个中心变电所

图13为畜牧场—王庄—江庄段车辆紧密运行时电缆牵引网的电压分布情况,电压最大值108.8 k V出现在主变电所王庄处,电压最小值107.6 k V出现在王庄—畜牧场供电臂末端。

图14为畜牧场—王庄—江庄段上、下行接触网电压。 上行接触网最低电压为23.31 k V,下行接触网最低电压为23.35 k V,完全满足动车组正常运行最低电压要求。 电缆供电方式下,左、右2个供电臂长度均为140 km左右。

5结论

本文对电缆牵引网的电气特性进行了研究。 在电缆牵引网等效模型的基础上得到了其短回路内的电流分布特性,并得到电缆牵引网的等效阻抗曲线以京沪高铁实际线路参数为例进行了电缆供电的仿真,分别从补偿系数和系统漏抗对空载线路电容效应的影响及线路紧密运行时的接触网电压分布两方面对电缆牵引网的特性进行了研究。 得到结论如下。

a. 电缆牵引网的阻抗特性曲线在短回路内呈现鞍型曲线;由于电缆阻抗小,且短回路内牵引变压器漏抗不可忽略,故电缆牵引网阻抗特性曲线在牵引变压器处发生跳变。

b. 电缆牵引网的电容效应是由容性电流流经系统漏抗引起的与电源同相的电压抬升造成的,无功补偿系数和系统漏抗均会影响电缆牵引网的电容效应。 无功补偿系数越小,电容效应越明显,当补偿系数为1时,电缆上电压接近额定电压;系统漏抗越大,电容效应越明显。

c. 以京沪高铁实际线路参数为例, 分别对设置3个中心变电所、4个中心变电所和5个中心变电所时,紧密运行工况下的牵引网电压进行校验,当供电臂长度为250 km、190 km和140 km时,牵引网最低电压均满足动车组正常运行的要求。 仿真结果表明电缆供电的供电能力更强,且可减少铁路与电力系统的接口,并大幅降低电分相数目。

铁路电气 篇2

1、什么是电气化铁道？

电气化铁路是指从外部电源和牵引供电系统获得电能，通过电力机车牵引列车运行的铁路。

2、电气化铁路是由哪几部分组成的？

电气化铁道是由电力机车和牵引供电装置组成的，牵引供电装置一般分成牵引变电所和接触网两部分，所以人们又称电力机车、牵引变电所和接触网为电气化铁道的“三大元件”。

3、电气化铁路的电源是从哪儿来的？

牵引供电系统一般由铁路以外的容量较大的电力系统供电。为了保证供电的可靠性，由电力系统送到牵引变电所高压输电线路无一例外地为双回线。两条双回线互为备用，平时均处于带电状态，一旦一条回路发生供电故障，另一条回自动投入，从而保证不间断供电。

4、世界上第一条电气化铁路在哪国、那年建成的？

是德国的西门子公司和哈尔斯克公司于1879 年5 月31 日 在柏林贸易展览会上铺设的椭圆形电气化铁路模型。使用直流150V 供电，长300 米，轨距为1000 毫米。

5、中国电气化铁路在世界排名如何？

2006 年9 月28 日浙赣钱电气化改造工程的开通，标志着中国电气化铁路总里程已突破24000 公里，成为继俄罗斯之后世界第二大电气化铁路国家(俄罗斯现有电气化铁路44526 公里，位居世界第一位，德国现有电气化铁路21102 公里，位居中国之后)。

6、我国第一条电气化铁路是何时修建的？在哪儿？

我国的铁路电气化工程建设，是从1958 年6 月开始的。1961 年8 月15 日，第一条电气化铁路——宝成线宝鸡至凤州段建成通车。

7、我国电气化铁路现状如何？

“九五”期间，中国电气化铁路运营里程突破1 万公里，“十五”期间，电气化铁路运营里程突破两万公里。2006 年先后建成京沪、武嘉、郑徐、胶济、沪杭、浙赣等电气化铁路。截至2006 年9 月底，中国共建成开通49 条电气化铁路。目前，中国铁路电气化率已经达到27%，承担着全路43%的货运量

8、电气化铁道牵引供电检修管理体制是怎样的？

电气化铁路建成后，相应地要成立管理部门。铁道部、铁路局均设有业务部门设人负责系统管理。电气化牵引供电设备的管理主体为供电段，供电段下设领工区(车间)、领工区下设工区(班组)，工区具体负责对接触网的日常维护、检修，管理和事故抢救恢复工作。接触网工区定员视其所辖设备多少而定，一般为30 人左右。每个交流电气化铁道接触网工区维修接触网换算公里如下：

1、单线区段为40～60km(换算后总长度)

2、复线区段为50～80km(换算后总长度)各接触网根据检修规程进行日常维修并建立必要的检修记录，保存必要的技术资料，如管内接触网平面图，设备装配图，零件图，安装曲线表等以及设备发生事故的抢修和分析记录。积极为提高设备质量进行合理的技术改革。各接触网工区应配备足够的工具和材料零件及交通工具，各接触网设备的日常运行、检修和事故情况下的检修必须服从电力调度员的统一指挥，电力调度员应由熟悉业务，有实践经验又有理论分析能力的人员担任。

9、电气化铁路在安全方面有哪些特殊要求？

电气化铁路与蒸汽、内燃牵引区段不同，它有一套牵引供电系统，而且接触网就架设在铁路沿线上空，接触网、电力机车带有27.5 千伏高压电，直接威胁到人身和作业安全。为此，铁道部除在《铁路技术管理规程》中对电气化铁路的安全作出规定外，还根据电气化铁路的特点，颁布了《电气化铁路有关人员电气安全规则》、《牵引变电所安全规程》、《接触网安全工作规程》和《电力机车运用和检修安全规程》等。在电气化铁路上工作的运输、供电、机务、工务、电务、车辆等部门的职工，以及广大旅客、押运人员和沿线居民，都应该熟悉电气化铁道安全的有关要求，严格遵守有关规定，确保人身和作业安全。

10、几次大提速电气化铁道在牵引供电方面采用那些新技术？

牵引变电所的控制保护采用综合自动化系统，实现变电所无人值班；全线采用铜合金导线和承力索；腕臂支持装置采用全旋转平腕臂结构；车站采用硬横跨；简化接触网安装类型以减少接触网维修工作量等。

11、世界电气化铁路的最高时速记录是多少？

2007 年2 月13 日法国TGV 高速电气化铁路创下了553 公里/小时世界新记录。2007 年4 月3 日法国TGV 高速电气化铁路又以574.8 公里时速刷新了轨列车世界最快纪录。

12、中国高速电气化铁路何时开通？

2007 年4 月18 日我国将在广深线、沪杭线开行CRH 中国高速电气化铁路，时速200～250 公里。

13、中国电气化铁路重载最高记录是多少？

2006 年3 月28 日，5 台SS4 改进型货运电力机车，同步牵引204 节车辆，成功牵引2 万吨煤炭运行在大秦线，从山西湖东车站到大秦铁路的最东头——河北秦皇岛港口。此举不但刷新了我国铁路运输重载新纪录，也开辟了我国铁路重载运输的新纪元。

14、世界铁路重载最高记录是多少？

澳大利亚的重载铁路运输世界闻名，拥有目前世界上运输效率最高、运输环境最恶劣的重载运输网络，重载铁路线上运行着世界上最重、最长的货运列车，昆士兰铁路以一趟列车牵引10 万吨列入吉尼斯世界纪录。目前澳大利亚重载铁路轴重普遍达到35 吨至37 吨，并进一步提高到40 吨。澳大利亚的重载单元列车牵引质量已超过2 万吨。2001 年澳大利亚BHP 铁矿公司组织开行了8.2 万吨铁矿石，总重达99734吨，由682 辆货车和8 台机车组成的重载列车，成为当今世界上最长、最重的重载列。

15、电气化铁路对周边设施有何影响？

1、对电力系统：交流电气化铁路是一个不对称的单项牵引负荷，会造成电力系统三相负荷的不平衡，因而对电力系统的运行产生不良影响。

2、对通讯和广播线路：当牵引电流流过接触网时，在接触网导线周围产生磁场，因而对临近的通信和广播线路产生干扰；电力机车受电弓离线产生火花（无线电脉冲）是对无线电接收设备产生干扰影响的主要原因。

3、对油库：当电力机车运行时，钢轨中存在着回归电流，部分电流可通过油库专用铁路线传到油库作业区，使得作业区内专用线钢轨电位升高。由于油罐车体与钢轨在电气上相连，形成了油罐车车体

与加油鹤管之间的电位差，在发生接触时会发生电火花，当在作业区内存有一定浓度的油蒸发气的情况下就有可能发生爆炸。

4、对地震观测台站：列车运行产生震动与机车牵引方式无关。从理论上说，当电气化铁道穿越或过分接近地电、地磁观测台站时，流经大地部分的牵引回流有可能干扰用直流观测大地电阻率变化或进行自然电位测量的地电观测工作；牵引电流（主要是工频部分）产生的交变 磁场，有可能干扰超低频地磁观测工作；而对其他类型的电磁观察工作不会构成影响。

16、电气化铁路采取哪些措施防止对外界的影响？

1、通过采用不同接线型式的变压器或轮换相序等方式来降低对地方电力系统的影响；

2、在牵引变电所及电力机车上安装并联电容补偿和滤波装置，改善功率因数和滤波以减小三次谐波对地方电网的影响；

3、通过装设回流线、采用吸流变压器—回流线供电方式或自耦变压器供电方式、采用同轴电缆等积极措施防止对周边无线电通信设备的干扰；

5、通过在专用线油库作业区设置接地网、隔离开关等措施保护油库作业区安全；

6、通过采用超低频信号代替直流信号测量等技术防止对地震地磁、电磁感染的影响。

17、牵引变电所的功能是什么？

牵引变电所的功能是将三相的110KV(或220KV)高压交流电变换为两个单相的27.5KV 的交流电，然后向铁路上、下行两个方向的接触网(额定电压为25KV)供电，牵引变电所每一侧的接触网都被称做供电臂。

18、牵引变电所与普通变电所有何区别？

牵引变电所与普通变电所在服务对象、技术设备和管理方式上都有所不同。牵引变电所是专门为电气化铁路电力机车提供电源的，它从地方电网取得110 千伏以上的三相工频交流电源，经过单相牵引变压器变压，输出单相27.5 千伏交流电，通过接触网向电力机车供电。牵引变电所还包括开闭所、分区亭、和自耦变压器（AT）所等，与继电保护、配电、远动系统等共同形成电气化铁路牵引供电系统。

19、牵引变电所有哪些主要设备？

牵引供电设备应有牵引变电所、接触网、远动装置、以及牵引供电变电检测、试验设备，接触网检修、检测设备，绝缘子冲洗设备等。

20、什么是供电臂？相邻两个牵引变电所如何连接？

牵引变电所向铁路上、下行两个方向的接触网供电，牵引变电所每一侧的接触网都称做供电臂。该两臂的接触网电压相位是不同相的，一般是用耐磨的分相绝缘器隔离开来。相邻牵引变电所间的接网电压一般为同相的，其间除用分相绝缘器隔离外，还设置了分区亭，通过分区亭断路器（或负荷开关）的操作，实行双边（或单边）供电。

21、什么是牵引变电所的一次接线和二次接线？

牵引变电所(包括分区亭、开闭所，AT 所等)，为了完成接受电能，高压和分配电能的工作，其电气接线可分为两大部分：一次接线和二次接线。一次接线又叫主接线是指牵引变电所内一次主设备(即高压、强电流设备)的联接方式，也是变电所接受电能、变压和分配电能的通路。它反映了牵引变电所的基本结构和功能。二次接线是指牵引变电所内二次设备(即低电压、弱电流的设备)的联接方式。其作用是对主接线中的设备工作状态进行控制，监察、测量以及实现继电

保护与远动化等。二次接线对一次主设备的安全可靠运行起着重要作用。

22、什么是开闭所？

所谓开闭所，是指不进行电压变换而用开关设备实现电路开闭的配电所，一般有两条进线，然后多路馈出向枢纽站场接触网各分段供电。进线和出线均经过断路器，以实现接触网各分段停、供电灵活运行的目的。又由于断路器对接触网短路故障进行保护，从而可以缩小事故停电范围。

23、什么是分区亭？

分区亭设于两个牵引变电所的中间，可使相邻的接触网供电区段(同一供电臂的上、下行或两相邻变电所的两供电臂)实现并联或单独工作。如果分区厅两侧的某一区段接触网发生短路故障，可由供电的牵引变电所馈电线断路器及分区亭断路器，在继电保护的作用下自动跳闸，将故障段接触网切除，而非故障段的接触网仍照常工作，从而使事故范围缩小一半。

24、什么是AT 所？

牵引网采用AT 供电方式时，在铁路沿线每隔10km 左右设置一台自耦变压器AT，该设置处所称做AT 所。

25、牵引变电所有哪些变压器？

牵引变电所内的变压器，根据用途不同，分为主变压器(牵引变压器)、动力变压器、自耦变压器(AT)、所用变压器几种；根据接线方式不同，又有单相变压器、三相变压器、三相-二相变压器等。尽管变压器的类型、容量、电压等级千差万 别，但其基本原理都是一样的，其作用都是变换电压，传输电能，以供给不同的电负荷。主变

压器是牵引变电所内的核心设备，担负着将电力系统供给的110KV 或220KV 的三相电源变换成适合电力机车使用的27.5KV 的单相电。由于牵引负荷具有极度不稳定、短路故障多、谐波含量大等特点，运行环境比一般电力负荷恶劣的多，因此要求牵引变压器过负荷和抗短路冲击的能力要强，这也是牵引变压器区别于一般电力变压器的特点。动力变压器一般是给本所以外的非牵引负荷供电，电压等级一般为27.5/10KV，容量从几百至几千KVA 不等。自耦变压器(AT)是AT 供电的专用变压器，自身阻抗很小，一般沿牵引网每10～20km 设一台，用以降低线路阻抗，提高网压水平及减少通信干扰。所用变压器(又称自用电变压器)是给本所的二次设备、检修设备以及日常生活、照明负荷供电的设备，电压一般为27.5/0.4KV 或27.5/0.23KV，容量从几十至几百KVA 不等。

26、牵引变电所断路器是起什么作用的？

断路器是牵引变电所内最为重要的电气设备之一，其工作最为繁重，地位最为关键(结构最为复杂，它依靠本身所具有的强大的灭弧能力，不但可以带负荷切断各种电气设备和牵引网线路，更可与保护装置配合，快速、可带地切断各种短路故障。牵引变电所目前应用最多的有少油断路器，六氟化硫断路器和真空断路器等几种，各种断路器的区别主要在于所用的灭弧介质不同，如少油断路器采用变压器油做为溶温和灭弧介质、六氟化硫断路器使用六氟化硫气体(SF6)作为溶温和灭弧介质，真空断路器则使用真空作为绝缘和灭弧介质等，由于灭弧介质不同，断路器的结构自然有所差别。

27、隔离开关是起什么作用的？

隔离开关，顾名思义就是一种在需要时将电气设备、线路与电源隔离开来的开关设备，具有明显可见的、距离足够的断口，它不带灭弧装置，不能开、合负荷电流和短路电流，具体作用为：

1、将需要停电的设备、线路与电源可靠隔离，以保证检修工作的安全。

2、改变供电方式，如110KV 进线互投、牵引侧高压母线的分段运行或并联运行等。

3、开、合小电流电路如电压互感器、避雷器及小容量的空载变压器等。隔离开关按使用地点不同，有户内式和户外式两种，其区别在于户外式隔离开关可适应各种恶劣的气候条件；按工作相数不同，有三极联动，三极连动和单极三种；按操作方式不同，有电动和手动两种，尽管隔离开关的类别多种多样，但其基本组成和结构都是一样

28、牵引变电所互感器是起什么作用的？

牵引变电所内仅有变压器、开关等变、配电设备是远远不能满足安全、可靠、高效供电等要求的，还需要用二次设备将其有效的监控、保护起来，因此，就需要一种变换装置将主设备中的电气参数传递给二次设备，如仪表、继电器等，这种将高电压、大电流变换成低电压、小电流的设备就是互感器，变换电压的设备叫电压互感器，变换电流的设备叫电流互感器。互感器作用如下：

1)将高电压、大电流变换成低电压、小电流，以供仪表、继电器等二次设备使用。

2)将高电压与低电压可靠地隔离开来，以保障二次设备及人身的安全。

3)将电压互感器二次输电压统一规定为100V，电流互感器二次输出电流统一规定为5A，便于设备设计和制造的标准化，并降低生产成本，牵引变电所等级一般为1.5 级。

29、并联电容补偿装置是起什么作用的？

有两种形式的电力负荷：有功负荷和无功负荷，前者做功后者不做功。对电力系统来说，其供电能力即容量是一定的，为有功功率和无功功率之和，无功份量所占比重大了，势必造成有功输出减少、降低电力系统的容量和利用率，对经济运行极为不利。因此总希望无功份量越小越好。牵引用电为感性负荷，利用感性负载和容性负载相位相反，互相抵消的原理，牵引变电所采用了并联电容补偿装置，以弥补牵引负荷带来的无功损失。该套装置并接在牵引侧高压母线上，由数个电容器串、并连接成组，再与电抗器串联而成。由于电容器具有过电压、电流能力较差，断电后有残压，合闸送电会产生过电压和涌流等特性，装设有避雷器、熔断器、放电线圈和电抗器等加以保护。放电线圈用以释放电容器储存的电荷、降低残压，防止再次送电时产生的合闸涌流和过电压；串联电抗器用于抑制装置投入时的合闸涌流，吸收牵引负荷产生的高次谐波并防止电容器组与系统产生高次谐波并联谐振。电容器与电抗器是并联补偿装置的主要设备。因电力机车整流产生的主要为三次和五次谐波，为起到良好的滤波效果，一般将电抗器与电容器的电抗比设计为Xc/Xl=0.12 或0.13。并联电容补偿装置能否安全运行主要取决于其关键设备，国标规定电容器允许在其1.1 倍额定电压下长期运行，高于此值一般应退出运行。对于其过电流能力，规定为额定电流的1.3 倍，其中10%为工频过电压引起的过电流，20%为高次谐波电压引起的过电流。

30、什么是继电保护装置？

当电力系统中的电力元件(如发电机、线路等)或电力系统本身发生了故障危及电力系统安全运行时，能够向运行值班人员及时发出警告信号，或者直接向所控制的断路器发出跳闸命令以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备，一般通称为继电保护装置。

31、什么是自动重合闸？

答：当断路器跳闸后，能够不用人工操作而很快使断路器自动重合闸的装置叫自动重合闸。

32、牵引变电所综合自动化是怎么回事？

牵引变电所综合自动化是利用计算机技术、现代通信技术，经过功能组合和优化设计，对变电所二次设备（包括控制、信号、测量、保护、自动装置及远动装置等）执行自动监视、测量、保护、控制和协调的一种综合性的自动化系统。它是变电所的一种现代化技术设备，是自动化和计算机、通信技术在变电所领域的综合应用。

33、牵引变电所远动控制是怎么回事？

远动装置的任务：远距离内进行信息的传递，控制断路器的操作，对运行参数进行检测与调整。从技术上说，可以认为远动技术是自动化技术和通信技术的结合。

①具有各种控制保护功能。

②采用低成本、高可靠性设计，充分满足变电所综合自动化的需求。

③具有“四遥”功能，即遥测、遥控、遥信、遥调，可实现变电所无人值守。

34、什么是电气化铁路供电制式？

牵引供电制式按接触网的电流制有直流制和交流制两种。直流制是将高压、三相电力在牵引变电所降压和整流后，向接触网供直流电，这是发展最早的一种电流制，到20 世纪50 年代以后已较少使用。交流制是将高压、三相电力在变电所降压和变成单相后，向接触网供交流电。

35、我国电气化铁路采用的是是么制式？

我国电气化铁路的牵引供电制式从一开始就采用单相工频（50 赫）25 千伏交流制，这一选择有利于今后电气化铁路的发展。

36、电气化铁道防止干扰采用哪些牵引供电方式？

由于工频单相交流25KV 的牵引网是一种不对称供电回路，势必在其周围空间产生电磁场，从而对邻近的通信和广播设备产生杂音干扰，解决这一问题的途径有两个：一是在通信方面采取加强屏蔽的措施，或将受影响的通信设备迁离影响范围；二是在供电方面采取抑制干扰的措施，随着牵引网所采取的抑制干扰措施的不同，出现了不同的牵引供电方式。

BT（吸流变压器）方式：吸流变压器是一种变比为1：1 的变压器，其原边串接在接触网T 内，副边串接在特设的回流线（NF）内，每两台BT 中间安设一根将回流线与钢轨外接的吸上线。

AT（自藕变压器）方式：自藕变压器跨接于接触网（T）和正馈导线（AF）之间，其中点与钢轨（R）及接触网线路同杆架设的保护线（PW）相连形式的AT 供电方式。

同轴电力电缆方式：这是一种新型的防干扰供电方式，适用于电气化铁路穿越大城市或对净空要求较高的桥梁、隧道等特殊地段。同轴电力电缆沿着铁路埋设，电缆的内导体作为馈电线与接触网并联；

电缆的外导体作为回流线与钢轨相联，每隔一定的距离（约5～10Km）分成一个电缆供电分段

37、高压断路器有什么作用？

高压断路器不仅可以切断和接通正常情况下高压电路中的空载电流和负荷电流，还可以在系统发生故障时与保护装置及自动装置相配合，迅速世断故障电源，防止事故扩大，保证系统的安全运行。

38、电流互感器有什么用途？

电流互感器把大电流按一定比例变为小电流，提供各种仪表和继电保护用的电流，并将二次系统与高电压隔离。它不仅保证了人身和设备的安全，也使仪表和继电器的制造简单化、标准化，提高了经济效益。

39、中央信号装置有什么作用？

中央信号是监视变电站电气设备运行的一种信号装置，根据电气设备的故障特点发出音响和灯光信号，告知运行人员迅速查找，作出正确判断和处理，保证设备的安全运行。

40、何谓保护接零？有什么优点？

保护接零就是将设备在正常情况下不带电的金属部分，用导线与系统零线进行直接相连的方式。采取保护接零方式，保证人身安全，防止发生触电事故。

41、中性点与零点，零线有何区别？

凡三相绕组的首端（或尾端）连接在一起的共同连接点，称电源中性点。当电源的中性点与接地装置有良好的连接时，该中性点便称为零点；而由零点引出的导线，则称为零线。

42、直流系统在变电站中起什么作用？

直流系统在变电站中为控制、信号、继电保护、自动装置及事故照明等提供可*的直流电源。它还为操作提供可*的操作电源。直流系统的可*与否，对变电站的安全运行起着至关重要的作用，是变电站安全运行的保证。

43、为什么110KV 及以上变压器在停电及送电前必须将中性点接地？

我国的110KV 电网一般采用中性点直接接地系统。在运行中，为了满足继电保护装置灵敏度配合的要求，有些变压器的中性点不接地运行。但因为断路器的非同期操作引起的过电压会危及这些变压器的绝缘，所以要求在切合110KV 及以上空载变压器时，将变压器的中性点直接接地。

44、什么叫变压器的不平衡电流？有什么要求？

变压器的不平衡电流系指三相变压器绕组之间的电流差而言的。三相四线式变压器中，各相负荷的不平衡度不允许超过20%，在三相四线式变压器中，不平衡电流引起的中性线电流不许超过低压绕组额定电流的25%。如不符合上述规定，应进行调整负荷。45、220KV 线路为什么要装设综合重合闸装置？

220KV 线路为中性点直接接地系统，因系统单相接地故障最多，所以断路器都装分相操作机构。当发生单相接地故障时，保护动作仅跳开故障相线路两侧断路器，没有故障的相不跳闸，这样可以防止操作过电压，提高系统稳定性；当发生相间故障时，保护装置动作跳开两侧三相断路器，另一方面，当需要单相跳闸单相重合，三相跳闸三相重合时，也可由综合重合闸来完成。

46、电器设备高压和低压是怎样划分的？

高压：设备对地电压在250V 以上者；低压：设备对地电压在250V 及以下者。

47、高压设备上工作必须遵守哪些规定？

（1）填用工作票或口头电话命令。（2）至少应有两人在一起工作。（3）完成保证工作人员安全的组织措施和技术措施。

48、什么叫倒闸？什么叫倒闸操作？

电气设备分为运行、备用（冷备用及热备用）、检修三种状态。将设备由一种状态转变为另一种状态的过程叫倒闸，所进行的操作叫倒闸操作。

49、变电站事故处理的主要任务是什么？

（1）发生事故后立即与值班调度员联系，报告事故情况。（2）尽快限制事故的发展，脱离故障设备，解除对人身和设备的威胁。（3）尽一切可能的保证良好设备继续运行，确保对用户的连续供电。（4）对停电的设备和中断供电的用户，要采取措施尽快恢复供电。

50、什么是继电保护装置？

能反应电力系统中电气设备故障或不正常的工作情况，而作用于开关跳闸或发出信号的装置。此前国产大功率电力机车还有：2006 年11 月8 日上午11 时许，迄今世界最大功率交流传动电力机车神龙号（DJ4）在株洲电力机车有限公司下线。这辆机车时速可达120 公里，可牵引2 万吨的货物列车，专门用于大同到秦皇岛铁路线。该机车为八轴交流传动，机车均采用交流传动及双机重联，总功率达9600 千瓦，是目前全球最大功率的货运电力机车，一次牵引货物可达2 万多吨，并比同类产品节能33％。由湖南株洲电力机车有限公司自行研制的ＳＳ４型（韶山４型）８轴货运电力机车，是中国目前

铁路电气 篇3

关键词：电气化铁路；电能质量；问题；

中图分类号：U224 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2014）-08-00-01

高效的铁路运输能力能促进我国国民经济的快速发展，随着现代化脚步不断加快，提高电气化铁路的技术水平势在必行。综合治理铁路电能质量问题不仅利于电气化机车的安全快速运行，同时也能降低对资源的燃耗，实现资源的合理化配置。目前我国铁路电气化率已达到32%，并且他们承担着全路50%的货运量，我国电气化铁路总路程也已达25000公里以上，位居世界第二。据国家规划局统计，到2020年，我国的电气化铁路路程将会突破5万公里，届时电力铁路的路程会占据总路程的一半以上，并且承担的运输量达到85%以上[1]。

一、电气化铁路电能质量问题

电力机车的运行加大了电网的负荷，因此会造成很多的质量问题，同时对电网系统的稳定也有损害，这些都给电网系统供电用户造成了严重的危害。根据电气化铁路的特点分析可以得出影响电能质量的原因主要有电力机车的波动性和冲击性强、三相不平衡、以及谐波电流过高[2]。

（一）电力机车的波动性比较大的相关因素主要有铁路的符合状况、线路的情况、电力机车的类型以及机车行驶的速度，另外还会与机车的牵引重量和运行图。上述因素运行状态的时间和空间分布不均匀都会使得牵引负荷力量的不平衡，这样的电力负荷的不平衡会给电力系统造成很大的破坏，同样在质量综合治理中难度也很大。

在我国，因为电力机车数量比较庞大，因此我国电气化铁路牵引变电站的容量也比较大，在设计时容量达到90M VA。另外根据长远发展计划，针对高速专线的牵引变电站电容量规划达到140M VA，并且在很多电气化铁路的牵引变电站容量设计，都是根据完全超容量的情况制定的，所以在电力牵引变电站最高负荷值可以达到180—240M VA。这样的情况下，在电网设备比较低或者电网供电能力不足的部分地区是不可能承受如此大且集中的负荷的，所以会造成部分地区的供电系统的极大破坏，从而引起电压不稳定或闪变的问题。

（二）电力机车是单相负荷的，因此将电力机车接入三相对称电网时会造成牵引变压系统产生幅值很高的负序电流。负序电流的大小和牵引变电器的连接方式有关，牵引负荷的大小也会影响到负序电流的情况。当牵引变电器采用的是单相接线变压器时，它的牵引负荷在电力系统中引起的负序会与正序相抵；牵引变电站采用单项V/V接线变压器的前提下，在两个方向的牵引负荷相等的情况中电力系统引起的负序和正序电流各为一半，相反情况下负序电流与两侧产生的负荷电流差的绝对值是成正比的；牵引变电站使用三相接线变压器时，它的负荷在电力系统中会引起的负序电流是正序的二分之一。

负序电流过高会引起旋转电机中产生负磁场，这种负序磁场会导致电力机车产生负序同步转矩，致使车身震动，因此会产生一定的制动力影响到电机的出力，不对称的负荷会导致变压器的利用率下降和加快变电器的损耗。

（三）电气化铁路一般会采用交—直—交和交—直型机车类型，其采取相控整流技术，它会导致往供电网注入大量的谐波电流。谐波电流会加快电气元件的损耗，影响各项设备的正常运行。造成谐波过流还会影响继电保护装置的工作，因此会到此设备被严重地损坏以及电网停止供电的事故发生。

二、解决电气化铁路电能质量问题的方案

牵引供电系统的特性情况会影响到电气化铁路中存在的电能质量问题，因此从牵引供电系统进行治理具有很强的可行性。大容量电力系统装置的研究和开发在理论上具有一定的优越性，在解决铁路电能质量问题受到广泛重视。

电气化铁路牵引供电网主要分成三个方面分别是电力供电系统；牵引变压器和接触网；电力机车。因此在提高铁路电能质量方面的治理方案可以分别从上述三方面入手。

（一）提高牵引变电站接入的供电系统短路容量，可以通过缩短接入点和电源两者之前的距离[3]。这样的工作方式能够提高电力系统抵御问题的能力，控制牵引负荷注入电力系统的负序电流以及谐波电流对其造成的损害。这个方案在理论上是提高铁路电能质量的有效措施。但是改变电力系统原有的接线方式是一项规模很浩大的工程，因此会耗费许多成本，并且这项方案具体操作起来也很困难。另外长期发展看来，短路容量不可能无限量的增长，因此治理效果还是会受到限制。

（二）另外有些牵引变电站采用的是抗匹配平衡变压器以及斯科特变压器。这些特种变压器能够根据自身接线方式和变比设计，在达到一定的负荷量的情况下可以对系统三相电流转变并且完全对称，因此可以达到控制负序电流对系统造成损害的目的。虽然该方案可以解决三相电不平衡造成的质量问题，但是由于牵引变压器系统的侧绕组换相接入，会引起供电臂的电压相位不同，如果在不同区段间加分段绝缘器的话，会使得牵引网的无电区域面积扩大好几倍，电力机车在运行时安全存在着较大的隐患。

（三）而SVC以及STATCOM作为动态装置在国外的铁路电力使用方面很广泛并且效果很好，SVA装置利用晶匣管对波动性的负荷进行可调节性并且连续补偿，另外利用无源滤波器剔除系统中的高次谐波、减少了谐波对电子元件的损害。在我国电气化铁路中使用中，其并聯了牵引器的系统侧并且采用三相电，使得该装置更加优化。STATCOM装置是通过将变流器与电抗器与电网并联，可以适当的调节交流侧输出的电压相位以及幅值。它的性能十分良好，工作效率很高并且响应迅速，运行控制范围面很广。它还能够进行双向无功补偿和有功转移，因此可以对负序电流进行无功补偿，更加适用于电气化铁路电能治理中。

三、结语

随着电气化铁路规模不断扩大，以及其运载量不断上升，不断电力铁路电能的质量是当前面临的比较大的技术问题。电路质量问题不仅制约着电力铁路的发展，同时还可能造成铁路运输安全事故，因此务必要加快对保证其高质量运行的技术设备研发，并且要借鉴国外优秀经验对其进行综合治理。

参考文献：

[1]周方圆，王卫安.高速铁路对供电质量的影响及治理措施[J].大功率变流技术.2010（06）

[2]李群湛.我国高速铁路牵引供电发展的若干关键技术问题[J].铁道学报.2010（04）

铁路电气 篇4

光接入网系统全新建施工时不存在割接施工, 割接施工只是外接业务中断下光接入网系统施工全过程中的一特殊部分。要分析割接施工技术, 首先要了解和分析系统的整个施工流程。施工准备:按设计文件和运营单位的审查意见, 结合现场调查情况编制施工计划, 并进行施工前的设备材料、人员、机具准备。设备安装:在铁路各站按设计文件对各单机进行安装、配线, 并按设备配置清单进行检查和插入机架对应位置。单机调测:对每站单机设备进行加电检查, 测试单机指标、加载软件和单机数据。联机调试:通过网管调取各网络单元, 加载系统数据, 试验全部网管功能, 并试验全部业务功能。指标测试:对全系统的各项指标如光口、电口、音频等进行验收测试。系统开通:全部指标合格后, 接人业务达到使用条件后, 系统开通投用。

2 系统施工主要技术

2.1 组网方式选择及电路分配

光接入网系统在施工中如何组网是整个系统的基础, 结合上层传输和各车站的业务进行混合组网, 按所在铁路线的等级和信息化程度来确定接入网系统的组网等级。在系统设计和施工时对干线铁路和经济发达的铁路多采用混合组网。一是采用1+1组网与干线通道保护相结合的方式, 即在沿线各站的光接口按两方向双光口配置, 形成主备用通路保护, 并对重要的电路在干线传输层配置环回通道, 形成通道自愈环保护。二是光接入网系统采用间隔自愈环组网或自愈环组网方式结合干线通道保护。对普通铁路或支线铁路, 为节约建设投资, 多采用1+0组网结合干线通道保护的组网方式。

2.2 指标测试

在光接入网系统施工中, 指标测试是工程验收和开通的重要依据, 也更是系统与各业务进行连接调试及故障处理的主要手段。在工程施工测试中, 依据国家标准、建议等进行, 除了基本的验收测试, 关键是系统各信令的一致性、符合性的测试, 如时钟同步、V5接口、2M接口及音频接口等关系各业务使用的接口的连接测试, 以减少系统在运行过程中出现故障。

2.3 业务接入

铁路通信业务种类较多, 业务点分散, 且由于业务终端设备对通信不够熟悉而采用的接口技术落后、制造质量差等, 使其在施工中接入方式、可靠性及调试情况成为影响工程好坏的关键。因此在施工中对接入业务设备的安装、布线、供电等要加强对质量的监控, 对某些系统在安装前要加强协调, 建议其采用更先进的接口等。

2.4 联网调试

联网调试是光接入网系统与其它业务系统进行配合试验和功能试验。通过各系统网管的智能管理功能配合进行功能试验, 以确认系统状态一致性, 各业务系统的组网保护是否正常, 各系统的告警信息是否一致等。系统联网调试关系到各系统运行时的维护、故障处理和业务增减作业等, 其联网调试的好坏和全面程度是各系统正常、可靠运行的基础。

3 施工常见问题

3.1 时钟同步

铁路光接入网系统在与程控交换机、互联网连接时, 由于设备均以跟踪接入网系统引来的基准BITS主时钟, 故不会出现不同步问题;其它铁路其它低阶通道设备如数调、TMIS, TDCS、微机监测、PMIS, DDN、资金结算、PCM、公话、会议电视、可视业务等系统, 一般采用跟踪接入网系统的主时钟作为本系统的基准时钟, 但实际因各系统本身设计或质量问题, 常出现时钟不同步或漂移现象, 引起系统间通信故障。这样一般要求各系统直接接入BITS系统主时钟, 与接入网系统完全强行同步。

3.2 误码率

误码的产生原因是多方面的, 但各系统本身的误码率一般是达标的, 而当各系统对接后, 因时钟不同步、信令一致性和符合性差、接口电平和阻抗匹配不好均会使误码率变得超标, 需通过测试和更换设备来处理。同时在工程施工中, 光纤、电缆、配线及接地等也可能使误码率超标。

3.3 音频接口电平和阻抗匹配

在音频专线的应用中, 一些业务为2线中继, 一些业务为E/M中继, 一些为XDSL力-式运用。在进行数据配置时都非常清楚, 并测试良好。但在实际施工调试中, 各专业根据自己的设备要求在对通道定义或数据流定义时有不一致, 同时由于许多专业设备的通信部分是委托加工的, 为节约成本其通信Modem质量较差, 电平和阻抗与标准差异较大且不可调, 造成各对接设备的接口电平和阻抗等不匹配, 需通信专业反复对应调试。

4 割接施工关键技术

4.1 割接施工原则

铁路接入网系统割接开通施工是在铁路营业线上, 且很多还是在繁忙的铁路干线, 在接入网割接施工过程中, 必须编制合理的施工方案和严格按程序进行实施, 要编制合理的施工方案和步骤, 就必须遵守如下原则:施工时不得影响或尽量少影响铁路运输生产和铁通公网用户的使用。重要电路尽量采用迁回通道, 没有迁回通道的必须优先考虑, 并确保100q0的成功率。对既有通信系统必须全面、详细了解和掌握其组网、设备配置、系统特点及用户表。必须根据设计文件和既有用户情况, 对新系统的安装及调试进行详细的对应配置, 并对新系统的每一个通道进行测试合格。

4.2 主要割接施工技术

(1) 光纤割接:光接入网系统更新改造工程新系统组网用光纤线路一般采用原有系统的光纤, 如果光纤线路有备用光纤, 则利用备用将新系统全部联机调试, 并测试完后进行业务割接。需光纤割接施工时, 因铁路通信的业务特点, 其多数业务需回到分局或铁路局所在地, 在光纤割接后对新旧系统同步分段工作, 因此一般割接施工从系统的最远一站依次开始。

(2) 环形组网业务割接:在割接施工中, 铁路通信的许多业务均是环形组网, 施工中主要是要保证业务不得中断, 以2M通道割接为例。铁路通信中的2M业务主要是调、TDCS.TMIS、票务等与铁路生产密切相关, 在其组网时均通过上层传输网构成环形组网。在进行2M通道割接时, 先将B方向的2M剖接至新系统, 通过业务的网管功能进行主备通道倒替试验至功能正常。待下一站进行业务割接时, 再将A方向倒至新系统。

(3) 2M通道割接检测方法:光接入网系统更新改造工程中涉及2M通道倒换的最多, 割接前及割接过程中均需要对通道进行监测。

结语

割接施工中, 由于某些原因, 如标识不清楚或本身标示错误导致在数字配线架 (DDF) 处我们不一能准确判断需要割接的用户通道, 而一旦用户通道找错将导致业务的错接, 并最终导致业务无法正常使用。而且这类故障亦不易查找。因此在断开业务通道后, 应立即进行判断确认, 可用数据测试仪表通过环回测试核实通道的正确性。可能的情况下, 也可通过监视有关用户设备上状态指示灯进行判断。避免新设接入网系统传输通道错误的与既有通信系统传输通道连接或与其他用户设备连接;通道割接后应及时通过网管终端或设备上的状态指示灯进行初步判断, 接入网设备在收到用户设备的信号时, 不会显示告警, 但它所发出的信号是否被用户设备可靠接收, 还需要进一步判断, 可通过监视用户设备系统的网管终端、直接监视用户设备的状态指示或进行业务试验进行准确判断。

参考文献

[1]刘永利.电气化工程接触网施工组织设计的思考[A].中国铁道学会电气化委员会2006年学术会议论文集[C].2006年.

[2]张晓华;陇海铁路徐郑段电气化工程速度目标值的选择[A].湖北省土木建筑学会学术论文集 (2000-2001年卷) [C].2002年.

[3]汤晶.应用于PON中的突发模式接收机的最优雪崩增益的分析[A].武汉市第二届学术年会、通信学会2006年学术年会论文集[C].2006年.

衡水铁路电气化学校概况 篇5

衡水铁路电气化学校位于河北衡水市职教园区，是国家级重点职业铁路学校，是唯一直属铁路总公司的全额拨款的以培养四电专业高技能铁路人才为主的公办职业院校，办学综合能力强，信誉可靠，认可度高。

校区占地150亩、建筑面积3.75万平方米，设施齐全、环境优雅。学校建有铁路供电、变电、通信、信号四电系统的实体基地，是全国唯一拥有四电系统实习场地的铁路学校。

衡水铁路电气化学校创办于1975年，历史悠久、文化底蕴深、管理规范，教学质量高。学校建有校园监控、电子报警与巡更系统，对学生实习24小时全程跟踪管理与服务，使学生安心、家长称心、社会放心。

学校设立毕业生就业工作委员会，实施一把手就业工程，学校校长、书记亲自抓毕业生就业安置，招生就业处与各铁路局、地铁等企事业单位签订校企合作就业协议，并与多家兄弟单位建立毕业生就业网络，为学生广开就业门路，搭建就业平台。

衡水铁路电气化学校合作单位：北京铁路局、成都铁路局、上海铁路局、太原铁路局、西安铁路局、兰州铁路局、郑州铁路局、沈阳铁路局、哈尔滨铁路局、中铁电气化局、中铁各大集团，北京地铁、上海地铁、苏州地铁、天津地铁、郑州地铁等。

学校特色：

1、中铁直属：衡水铁路电气化学校是唯一直属铁路总公司的全额拨款的以培养四电专业高技能铁路人才为主的公办铁路学校，办学综合能力强，信誉可靠，认可度高。

2、设施先进：校区占地150亩、建筑面积3.75万平方米，设施齐全，环境优雅。学校建有铁路供电、变电、通信、信号四电系统的试题基地，是全国唯一拥有四电系统实习场地的铁路学校。

3、管理规范：学校创办于1975年，历史悠久、文化底蕴深、管理规范，教学质量高。同时，学校建有校园监控、电子报警与巡更系统，对学生实行24小时全程跟踪管理与服务，使学生安心、家长称心、社会放心。

4、技能过硬：学校实行“学历+技能”的教学，实施“一凭多证”制度，注重学生职业素质教育，强化对学生各类就业技能训练，着力培养适应社会需求的高素质高技能人才。

衡水铁路电气化学校在2014年在山西设立招生办，面向山西省地区进行招生工作，招生办设在山西大同市火车站金湖国际。招办主任：刘老师 招办电话：0352-7928292QQ:106278928

21014年3月18日

铁路电气 篇6

关键词：电气化铁路；接触网；防雷；措施

1 概述

电气化铁路在运输系统中逐渐承担起明显重要的作用，但接触网设备周边环境的变化和日常极端恶劣天气不断增多，接触网设备因雷击引发跳闸故障日渐频繁，给供电设备的安全运行埋下隐患。如何防治雷击引发的闪络造成接触网设备跳闸成为电气化铁路发展的重要部分之一。本文着重从雷电机理、形成原因进行分类研究的基础上，结合管内电气化接触网雷害故障的实际情况，针对防止雷害的主要因素预防对策和技术措施进行研究。

2 雷电产生的起源和过程

根据统计在我们生活的地球整体范围内，雷电生成的频率十分可观，随时地球上都约有两千多个地点正遭受雷暴，每秒钟地球就有上百次雷电，众所周知我们生活的地球是大电容体，空气中的水滴（或冰晶、雹粒等）在地球的大气电场中形成感应电荷，下端为正电荷、上端为负电荷，与大气中上升的负离子的电荷中和，使水滴带负电，形成雷（雨）云起电后的电荷分布。雷电放电实质上是一种超长气隙的火花放电，它所产生的雷电流高达数十、甚至数百千安，从而会引起巨大的电磁效应、机械效应和热效应。

3 雷电表现的方式和分类

雷电的形式分为枝状闪电、带状闪电、叉状闪电、片状闪电、球状闪电、联珠状闪电。

按空间位置分类。云闪：云内闪电和云际闪电（两片云之间）。地闪：俗称落地雷，是日常防雷主要研究对象。

接触网雷击主要分为直击雷击、感应雷击两种形式。直接雷击：雷云直接对接触网供电设备放电。感应雷击：雷云通过静电感应或电磁感应在接触网附近的支撑装置、接触悬挂、附加导线上产生感应电压。

4 接触网雷击具体案例

在我国电气化铁路接触网设备由于雷击造成的跳闸可达到30%-60%，而高速电气化铁路比率更高。高铁线路地处空旷地带，多采用高架桥方式，线路两侧高大建筑物少，因此对于雷电来讲目标比较突出。在强对流、雷暴天气高铁接触网受雷击跳闸情况比较突出。根据统计，仅2014年我国全路34条电气化铁路就发生设备雷击跳闸就达到1214件，尤其是处于山区、桥梁等地形环境复杂的地区，雷击引发的跳闸故障率更高。

以管内开通的某高速铁路线路为例，此高速铁路长413.363km，全线正线采用AT供电方式，联络线、动车走行线采用直接供电方式。自2014年7月1日开通以来，共发生26起雷击引起设备损坏的事故。占故障总跳闸的比例达57.7%。

其中典型案例有：

4.1 区间对向下锚正馈线烧伤（图1）

4.2 正馈线对向下锚处绝缘子闪络（图2）

4.3区间对向下锚处正馈线对绝缘子放电（图3）

5 接触网雷击特点分析

5.1 按接触网雷击部位来看

从雷击接触网设备部位分类统计来看，对接触网附加线、支撑装置的平腕臂、斜腕臂绝缘子、站场软横跨承力索端部绝缘子、接触悬挂下锚绝缘子、避雷器等均发生过雷击闪络击穿，其中尤其是正馈线和斜腕臂绝缘子可占到雷击闪络的50%以上。

5.2 接触网结构方面分析

区间正馈线的安装高度在距离轨面10.3m处，其下方2m才是接触悬挂，在雷电面前正馈线相当于为接触悬挂起到了防护作用，雷击比例大大增加。站场软横跨横承力索端部绝缘子基本在13—15m的位置处，处于最高的地方，也成为了雷击的首要对象。

5.3 从雷害后果分析

①接触网绝缘子破碎、损伤。接触网防污式绝缘子的雷电冲击耐受电压水平悬式绝缘子为300kV、棒式绝缘子为270kV，但该绝缘水平只表现于新线建成的较短时间内。由于接触网安装高度低，周围污染因素多，随着运营时间的增长，绝缘子污染严重和老化导致绝缘水平不断降低，这也是接触网遭雷击后绝缘子常被击穿的主要原因。

②承力索断线、接触线烧损。无论直击或绕击，最终结果都是在接触网线索上形成超高过电压，由于不能及时泄流时就会烧损线索。

③支柱顶帽裂损、肩架金具因电流烧损等。由于支柱高于接触网其它部分，所以更容易成为雷击首要部位，造成设备损坏。

④避雷器击穿等。由于避雷器的接地条件多样，而铁路接地随着运行时间增长条件恶劣，部分接地锈蚀严重加上铁路沿线地质环境因素，使得接地电阻较大，无法达到设计要求。感应雷击造成过电压后，避雷器的最大残压值大幅提高，可能会造成绝缘子闪络及击穿。

6 防雷现状情况分析

6.1目前电力系统防雷策略及其技术对策

中国电力网采用的防治雷害措施是以对雷电加强监测为指导，电力系统构建雷电监测研究平台，实现了对雷电发生情况的实时监控。同时采取差异化的防雷手段，从而实现大力减少雷击的目的。电力系统输电线路防雷目标是提高线路的耐雷特性，降低线路的雷击跳闸率。电力系统在研究确定线路防雷方式时，综合考虑系统的运行方式、线路的电压等级、重要程度、线路经过地区的雷电活动的强弱、地形地貌特点、土壤电阻率高低等自然条件，根据技术经济比较的结果，采取合理的保护措施。

6.2 国内接触网防雷情况

接触网防雷装置主要由接闪器或避雷器、引下线和接地装置组成。

①接触网线路防雷的接闪器通常为避雷线方式。架设避雷线的目的是为了利用避雷线的屏蔽作用，保护下方的设备不受直接雷击，并和良好的接地装置配合，将雷电流迅速泄入大地，降低雷击引起的过电压。

②装设避雷器方式。路内接触网设备防雷均采用避雷器的方式，《铁路电力牵引供电设计规范》规定接触网避雷器的安装位置在：分相和站场端部绝缘锚段关节；长度2000m及以上的隧道的两端；较长供电线或AF线连接到接触网上的接线处；强雷区应架设独立的避雷线，接地电阻值10Ω。

③引下线是用于将雷电流从避雷线传导至接地装置或利用等电位连接降低反击过电压的导体。目前暂按通行做法，避雷线每隔800～1000m设置一处引下线。引下线的材质、结构和最小截面应满足雷电流强度检算并不小于避雷线的铜当量载流截面。

④接地装置：接地体和接地线的总和，用于传导雷电流并将其流散入大地，同时降低反击电压。当接触网受到雷击过电压或操作过电压影响时，电流通过避雷器流入大地，造成避雷器接地极附近电位升高，如果接地电阻过大，会对接触网以及周边设备造成反击，引起变电所跳闸或烧坏信号与通信设备。

7 接触网防雷的措施和方案

结合管内电气化线路的具体运行情况和历年来雷害故障的情况，为充分防治雷害，需从以下几个方面完善接触网的防治方案。

7.1 利用现有资源逐步构建丰富电气化铁路的雷电监测网络

首先由路局、供电段、车间建成三级网络，积极争取电力、气象等部门现成的雷电定位资料，掌握管内电气化雷电数据和规律。为铁路沿线雷电活动监测、雷电预警、铁路雷电事故实时查询、事故调查、雷电数据挖掘和统计提供技术平台。

7.2 装设避雷线

架设避雷线是降低接触网雷击跳闸概率和避免绝缘子损坏最有效的措施之一，对处于多雷、高雷、强雷区的电气化线路，应结合线路条件以及雷电防护要求，以架设避雷线为主，一种是按折角法计算，避雷线增高肩架高度须在柱顶以上约2.5m（按45°保护角考虑），一方面增高肩架尺寸和重量较大、在支柱上固定困难、施工安装难度大，另一方面对支柱的稳定性有较大的影响。

另一种是按滚球法计算，避雷线增高肩架高度须在柱顶以上约1m，对支柱稳定性影响较小，易于工程实施。架设避雷线后可引导雷电向避雷线放电，通过杆塔和接地装置将雷电流引入大地，

从而使被保护的接触网设备免遭雷击。对于建设中或已开通线路，可逐年进行接触网防雷改造试验，实施增设避雷线功能的改造方案。

7.3 提高接触网整体接地水平

接地系统的好坏直接决定了防雷措施的效果，设计、施工部门要确保防雷接地装置的等效电阻值满足要求，运营管理单位应定期检查维护防雷设施、定期测量接地电阻等参数，发现问题及时处理。每年雨季前对管内接地装置进行一次全面摇测，测量接地电阻不满足要求的增加或更换接地极。对隔离开关、避雷器、架空地线处的单独接地极进行整治处理，重新埋设接地极，部分处所装设石墨接地极，以保证接地良好。

7.4 加强线路绝缘

防治雷害可采取增加线路绝缘的方法，主要办法一方面是增加接触网设备中复合绝缘子的应用，接触网下锚、分段、分相用绝缘子优先采用复合绝缘子，避免雷击绝缘子损坏造成严重后果。另一方面是增加绝缘子串中的片数、改用大爬距悬式绝缘子、增大塔头空气间距等等。为减小绝缘子绝缘性能降低带来的影响可加强绝缘清扫维护，每年进行2次带电水冲洗和人工清扫，对污染严重的绝缘子随时进行清扫。

7.5 安装避雷器

安装避雷器（避雷针）是防雷的重要措施，在支柱接地电阻相同的情况下，安装避雷器可大大提高线路耐雷水平。当支柱接地电阻为30Ω时，无避雷器时的线路耐雷水平为12kA，安装避雷器后，线路耐雷水平提高到24kA。确定避雷器的安装密度、防护范围、分流情况和失效条件是制定合适的接触网防雷措施的前提。运行中在雷雨季节到来之前，安排对管内避雷器进行避雷器预防性试验，对状态不良避雷装置及时安排更换，确保设备雷击状况下，防雷设施能够起到保护作用。

7.6 加强雷击跳闸分析

高度重视雷击跳闸放电点查找和故标分析修正工作，一是雷雨天气发生供电跳闸后，采取添乘动车组（机车）、栅栏外巡视等方式，及时组织人员对故标指示2km范围内相关设备进行巡查，当日天窗点内停电检查，及时发现雷击对供电设备的损坏情况并及时采取更换绝缘子等措施，消除安全隐患。二是对故标等跳闸保护动作信息与巡查情况进行分析比对，及时修正故标参数，不断提高故标的准确性。

7.7 快速恢复供电

由于接触网正馈线位于接触网上方，极易遭受雷电侵袭，且发生故障后，故障查巡、处理时间长。所以在现场运行中可采取在牵引变电所内正馈线上加装隔离开关，当正馈线发生故障时，及时拉开隔离开关，将正馈线退出运行，由AT供电方式改为直供方式，最大限度地压缩故障延时，快速恢复供电。

8 结语

接触网设备具有线长、露天、高电压、无备用等特点。在雷雨天气情况下，遭受雷电袭击的概率较大。加强接触网的防雷措施、提高接触网的耐雷强度是保障接触网设备安全运行及铁路运输畅通的一项重要措施。在运行实践中必须不断总结经验加以防治，从而确保运输安全。

参考文献：

[1]铁路电力牵引供电设计规范[S].TB10009-2005.

[2]建筑物防雷设计规范[S].GB50057-94.

[3]刘明光.论接触网上避雷器的应用[J].电气化铁道，2005（5）.

现代电气化铁路供电方案研究 篇7

1 电气化铁路供电系统的组成

电气化铁路供电系统主要由电力供电系统与牵引供电系统组成,苏南地区电气化铁路供电系统示意图如图1所示。牵引供电系统由牵引变电站、接触网和电力机车组成。通常将馈电线、接触网、钢轨与大地、回流线统称为牵引网。

牵引变电站将三相高压交流电变换为2个27.5 kV单相交流电,分别为上、下行双向接触网供电,牵引变电站任一侧接触网都称供电臂,两臂电压一般并不同相,由分相绝缘器隔离。相邻牵引变电站间的接触网电压一般同相,其间除用分相绝缘器隔离外,还设置分区亭,通过分区亭断路器(或负荷开关)的操作,实行双边(或单边)供电。

2 牵引变压器接线型式选择

目前,常用的牵引变压器主要有Scott、阻抗匹配平衡(Y/A)、单相(I/i)、V/v、Ynd11这5种接线型式。不同牵引变压器接线型式对负序电流影响不同[2]。Scott接线和阻抗匹配平衡接线对负序电流抑制效果较好,但结构相对复杂,大容量制造难度大,造价相对较高;单相(I/i)接线虽然具有对负序电流抑制恒定的特性,且结构简单,但由于容量小,性价比不高,当前大容量牵引变电站已不再采用;V/v接线和Ynd11接线对负序电流的抑制效果接近,但前者略大。从结构看,V/v接线的高压侧接成固定的V形,低压侧可接成正V形或反V形,便于轮换接线;由于V/v接线单相绕组中的电流即为负荷电流,故其容量利用率可达100%,且2台V/v接线单相变压器的磁路相互独立,两相容量可等可不等;V/v接线可根据牵引网两臂负荷确定两相容量,由于容量直接与铜材消耗有关,容量小铜材消耗也小。上述这些特点都是Ynd11接线所不具备的。文献[3]从安装容量、对电力机车再生制动的适应性、牵引侧变电设备耐压水平与复杂程度、变压器损耗、土地资源占用、牵引变压器设计和制造难度、牵引变压器所需投资等方面对V/v接线和Scott接线进行了详细比较,V/v接线均有显著的优势。

因此,V/v接线为目前电气化铁路供电系统中牵引变压器接线的首选方案。牵引变压器V/v接线原理如图2所示。在图2中,N1、N2分别为一次侧、牵引侧的绕组匝数,变比K=N1/N2;Uk、Ik分别为k相的电压和电流,且k=A、B、C、α、β。

3 牵引变电站至牵引网的供电方式选择

单相交流25 kV牵引网是一种不对称供电回路,产生的电磁场将对邻近的通信和广播产生一定的干扰,解决途径有两种:一是在通信方面加强屏蔽措施,或将受影响的通信设备迁离影响范围;二是在供电方面采取抑制干扰的措施。根据牵引网所采取的抑制干扰措施的不同,出现了不同的牵引变电站至牵引网的供电方式,主要包括:直接供电方式、吸流变压器(BT)供电方式、自耦变压器(AT)供电方式等。

1) 直接供电方式示意图如图3所示。

直接供电方式最简单、投资少、运营和维护方便,电力机车通过受电弓从接触网中取流,回流电流流经牵引变电站至机车所在位置的所有钢轨/大地区段,其供电能力有限,且对临近通信线路的干扰严重。为克服直接供电方式的不足,可增设与钢轨并联的架空回流线,这样70%的回流电流可由回流线流回,其余30%的回流电流仍从钢轨/大地流回,一定程度上改善了对临近通信线路的屏蔽效果,并使牵引网阻抗和轨道电位都有所降低。

2) BT供电方式示意图如图4所示。

BT供电方式通过在接触网中串联吸流变压器(BT)将钢轨回流电流吸至回流线回流。BT变比为1∶1,其原边串入接触网,副边串入回流线,每2台BT中间安设一根将回流线与钢轨相联的吸上线,理想情况是I1与I2相等,则钢轨回流为零。由于需要在接触网中增设开口以串联BT,因此牵引网阻抗、电压和电能的损耗都将增大;同时,开口使得接触网产生电分段绝缘间隙,不利于电力机车高速运行。BT供电方式主要在日本和我国早期的牵引网中有应用,目前新建线路很少应用。

3) AT供电方式示意图如图5所示。

AT供电方式是将多个并联连接的自耦变压器(AT)跨接于接触网和正馈线之间,为电力机车供电,来自牵引变电站的55 kV供电电压通过靠近列车的自耦变压器降低为27.5 kV,其中性点与钢轨相连。铁路沿线每隔8～13 km设置一台AT,相邻2台AT的间距称为AT间隔或分段,简称AT段。AT段外,只有靠近电力机车的AT向机车供电,接触网和正馈线中流过的电流为牵引电流的一半,且方向相反;在AT段内,相邻的两台AT均向电力机车供电,设电力机车至AT1和AT2的距离分别为d1和d2,AT1和AT2供给电力机车的电流I1和I2与距离成反比,即I1d1=I2d2,同时I1和I2方向相反。由于接触网和正馈线并排架设,其空间磁场几乎可以抵消。给电力机车供电的馈电电流只有电力机车负载电流的1/2,减小了电能损耗。在日本和法国,AT供电方式已成为国家标准牵引供电方式。

下面以京沪高铁为例,对其采用直接供电和AT供电这2种方式进行比较[4],如表1所示。

由表1可知,京沪高铁采用AT供电方式与直接供电方式相比,在供电规模、越区供电、电压水平和投资费用等方面,都有不小的优势。

综上所述,虽然直接供电方式简单、便于运营和维护;但AT供电方式无论是在供电电压水平、越区供电能力,还是电磁兼容水平等方面都有显著优势。因此,AT方式应为电气化铁路供电系统中牵引变电站至牵引网的首选供电方式。

4 牵引变电站供电电压等级的选择

牵引变电站供电电压等级主要由公共连接点(PCC)的电能质量和供电网可靠性以及经济效益决定[5,6]。

目前,客运高铁牵引负荷大、可靠性要求高,列车速度为200～350 km/h,最大功率达24 MV·A。苏南地区的3条客运专线牵引变电站规划安装容量在100～120 MV·A,远超目前江苏省电气化铁路的容量水平。

国外高铁绝大多数采用220 kV及以上的电压等级供电,系统短路容量约在10 GV·A;个别供电电压低于220 kV时,要求有较大的系统短路容量,如韩国首尔～釜山高铁采用154 kV供电,短路容量平均为8 000 MV·A。日本曾经在东海道新干线1964年建设时,限于当时电网水平,采用了77 kV供电,到20世纪80年代随着旅客运输量急增,供电能力严重不足,只得对牵引供电系统进行全面改造,改用275 kV供电,列车速度也提升到270～300 km/h。目前,江苏省110 kV短路容量水平远达不到10 000 MV·A,所以应考虑采用220 kV供电。

牵引变电站属于一级负荷,故需要双回电源对其供电,互为热备用。双站供电可靠性较高,但是由于沪宁沿线为经济发达地区,出线走廊比较紧张,实施较为困难。沪宁城际铁路常州牵引变电站就以6 km双回220 kV电缆接入220 kV东青变电站(下称东青变),其中一回电缆接入东青变Ⅰ、Ⅱ母线,另一回电缆接入东青变Ⅲ、Ⅳ母线,为此,东青变将由原来的单母接线完善为双母双分段接线,实现对其供电的牵引变电站双回电源供电。

5 结语

现代电气化铁路供电系统供电方案只有选择合适的牵引变压器接线型式、牵引变电站至牵引网的供电方式、牵引变电站供电电压等级这3个方面,优化供电结构,才能保障电气化铁路的可靠运行。本文通过分析比较,认为现阶段电气化铁路的供电方案选择如下。

1) 牵引变压器选择V/v接线型式。

2) 牵引变电站至牵引网采用AT供电方式。

3) 牵引变电站供电电压等级和接入系统方式选择220 kV双回线接入。

电气化铁路选择合适的供电方案,可以减少投资成本,优化供电结构,降低负序电压、高次谐波等对电网的影响,提高电气化铁路的供电质量,使电气化铁路能更安全、经济地运行。

参考文献

[1]铁道部.中长期铁路网调整规划方案[R].2008,北京.

[2]王果,任恩恩,田铭兴.不同类型牵引变压器负序电流特性的分析比较[J].变压器,2009,46(11):24-27.

[3]杨振龙.V/X接线与Scott接线牵引变压器的工程应用比较[J].电气化铁道,2006(3):4-7.

[4]谭秀炳.铁路电力与牵引供电系统:继电保护[D].成都:西南交通大学,2007.

[5]周勇,刘中元.牵引变电站的220kV三相供电方案[J].电网技术,2005,29(17):82-84.

电气化铁路对电网运行的影响 篇8

改革开放的深入开展, 带动了我国经济社会的蓬勃发展, 也带来了交通运输事业的全面进步。铁路在交通运输中的重要作用, 决定了它在我国国民经济中的重要地位, 因此, 国家对铁路特别是电气化铁路的发展给予了一定的政策支持。目前, 电气化铁路迅速发展, 其在我国铁路运输中所占的比重也逐渐增加, 为我国铁路运输带来了巨大的经济效益和社会效益。但是, 随着电气化铁路的在铁路交通中的大量应用, 其自身的一些影响因素也逐渐暴露出来, 其中就包括对电网运行的影响。电气化铁路的机车在运行的过程中, 会产生大量的负序电流及谐波, 使功率因数改变, 造成电压波动, 这些都会对整个电网的运行产生极大影响。

1 负序电流对电网运行的影响

负序电流是电气化铁路牵引负荷的一大特征, 电气化铁路主要由公共电力系统供电, 其牵引供电系统都采用单相供电方式。牵引变压器一般采用斯科特 (Scott) 接线变压器和变形伍德桥接线三相变压器, 运行中会向公共电力系统注入较大的负序电流。负序电流对输电线路和电力变压器的影响一般不大, 因为大多数线路和变压器是非满载的, 在热容量方面有很大的余地。但系统中的发电机和电动机一般在满载或接近满载的情况下运行, 其热容量没有余地或者余地很小, 而较大的负序电流又会带来额外的升温, 容易造成电机过热而缩短寿命, 因此负序电流对系统中的发电机和电动机影响较大。由于电动机和发电机的结构不同, 因而负序电流带来的影响也不尽相同。此外, 负序电流对系统继电保护及安全自动装置也会产生不良影响。

首先, 负序电流会对发电机产生影响。发电机是按三相平衡负荷下达到额定出力设计的, 定子所产生的旋转磁场与转子转速相同, 二者均为同步转速, 且方向相同, 在发电机转子励磁线圈内部, 一般只有正常的励磁电流。但是当发电机向不平衡负荷供电时, 发电机电流中除了具有正序分量外, 还会产生负序电流分量。负序电流在定子线圈中流过时将产生负序的旋转磁场, 其转速与转子转速相同, 但方向相反, 即相对速度为同步转速的2倍。这个高速旋转磁场扫过电机转子表面时, 会在转子的励磁线圈、阻尼线圈以及转子本体表面感应出2倍的同步频率的电流, 引起额外升温。同时, 转子线圈中感应形成的2倍同步频率的电流会产生脉动转矩, 从而使旋转电机产生额外的机械应力。对于隐极式发电机, 由于转子线圈置于单一锻造而成的转子本体所刻的槽中, 当负序电流超过一定值时, 涡流引起的额外温升会使转子过度发热, 对发电机正常工作产生极大限制, 甚至会使发电机因绝缘快速老化而被烧坏。对于凸极式发电机, 由于转子线圈绕在磁极上, 涡流较小, 而且易于冷却, 因此温升较小, 但是由于其d轴和q轴的磁导相差较大, 负序电流产生的脉动转矩会使二者的振动明显增大。其次, 负序电流会对电动机产生影响, 其影响与对隐极式发电机的影响类似, 不过由于电动机数量众多且分布较广, 难以逐机进行计算和监测, 一般只对公共连接点的负序电压进行监测。电动机的负序阻抗近似等于短路阻抗, 远小于正序阻抗。在一般情况下, 5%的不对称电压即可引起约40%的不平衡电流, 这已经超出了我国国家技术监督局制定的《电能质量三相电压允许不平衡度标准》的相关规定。最后, 负序电流会对继电保护装置产生影响。负序电流对继电保护和安全自动保护装置的影响主要表现在对线路高频相差保护的影响上, 当负序电流较大时, 高频相差保护会误动作。

2 谐波对电网运行的影响

对于理想的干净供电系统而言, 电流及电压所产生的波形都是正弦波。但当电流流经负载时, 由于流经负载的电流与负载所加的电压不成线性关系, 这种非线性负载导致谐波的产生。理想的公用电网所提供的电压, 应该具有单一、固定的频率以及在规定范围内的电压幅值。在电气化铁路中, 采用晶闸管控制的交-直流型电力机车本身会产生较大的谐波电流, 而高速铁路采用可关断器件构成的交-直-交流型变频驱动方式, 其交流侧存在一定量的高次谐波, 一般稳态情况下的总谐波电流畸变率会达到5%左右, 而在启动、爬坡、制动等调节过程中会出现大量的谐波。电气化铁路出现谐波电流和谐波电压, 会使公用电网中的元件产生附加谐波损耗, 从而导致发电、输电及用电设备的效率降低。另外, 大量的3次谐波流过中性线时, 会使线路过热, 容易发生火灾。谐波还会引起电机的附加损耗, 使电机产生机械振动、噪声和过电压, 且会造成变压器局部过热, 从而导致电容器、电缆等变压器设备的过热及绝缘老化, 寿命缩短, 以至损坏。此外, 谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振, 从而使谐波得以放大, 进一步增加危害, 甚至引起严重事故。同时, 谐波会导致继电保护和自动装置误动作, 并造成电气测量仪表计量不准。

3 功率因数对电网运行的影响

电气化铁路产生的负荷是随机负荷, 变化较大。目前, 在无功补偿方面, 电气化铁路采用的是固定电容补偿装置。该装置对运输繁忙的双线铁路补偿效果较好, 但对运量小的单线铁路, 在轻载时过补偿比较严重, 从而造成了许多负面影响, 这些影响主要表现在以下2个方面: (1) 对供电系统产生的影响。过补偿使发电机的输出功率大为降低, 从而降低了整套发电机设备的效率, 极大地增加了发电成本;降低了输电和变电设施的供电能力, 使电力网络的电能损耗增加;增加了输电网络中的电压损失, 造成用户端供电电压波动大;功率因数的降低导致供电系统的电压损失增加, 接触网电压降低, 影响了电力机车的功率发挥;轻载时过补偿造成电压过高, 损坏铁路沿线用电设备。 (2) 对运行成本产生影响。电气化铁路牵引变电所功率因数多数执行0.90的考核标准。当功率因数低于0.90时, 功率因数每降低0.01, 电费增加0.5%;当低于0.65时, 功率因数每降低0.01, 电费增加1.0%;当功率因数低于0.59时, 功率因数每降低0.01, 电费增加2.0%。此外, 当形成无功倒送时, 还要进行反送正计。

4 电压波动对电网运行的影响

电气化铁路是典型的冲击型负载, 其引起的电压波动非常大, 通常电压波动的范围与供电系统的容量、网络参数、负载容量等相关。如果110 kV或者220 kV牵引变电站在公共连接点有其他负荷, 则这些负荷会受到电压波动的影响。此外, 由于电气化铁路的牵引变电站主要是牵引负荷, 在产生电压波动的情况下, 电气化铁路牵引系统自身就是最大的受害者。

5 结语

总之, 电气化铁路机车的运行, 会对电网运行产生严重干扰和影响, 直接威胁到电网运行的安全。电力部门要在电气化铁路投运前做好充分的调研、论证, 将电气化铁路产生的危害降到最小, 并且要对已投运的电气化铁路进行实测, 对不符合要求的, 要尽快提出整改意见。

参考文献

[1]朱刘柱.电气化铁路对电网电能质量的影响及防治措施[D].合肥工业大学, 2008

[2]陈邦达.电气化铁路供电若干问题探讨[J].湖北电力, 2007 (1)

[3]林磊.电气化铁路对电力系统影响的分析研究[D].浙江大学, 2005

铁路电气卓越一线工程师培养初探 篇9

卓越一线工程师是以工程实践基地联合高校培养具有创新能力、能够适应社会经济发展的各类型工程技术人才为目的, 对促进工程实践与高等教育的融合培养面向社会需求的人才、提高工程教育人才培养质量等均具有十分重要作用, 对促进我国工程教育领域的发展与进步具有重要意义。

一、卓越一线工程师启动的背景

随着社会经济和工程领域的发展, 我国高校工程教育与行业发展均取得了巨大成就。

第一, 工程教育行业已培养了适合我国经济社会发展的、具有一定创新能力的工程技术人才。这部分工程技术人员的成长为我国工业体系的形成与发展、社会经济的高速增长提供了有力的技术支撑, 为我国社会经济发展、各行业迅速成长作出了重要贡献。

第二, 目前我国高等工程教育形成了比较合理的结构和体系, 教育规模居于世界第一。我国工程教育经过近30年的发展已经具备了良好的基础, 基本可以满足社会发展对多层次、多类型工程技术人才的大量需求。

要适应目前国家对走中国特色新型现代化道路、建设具有创新能力的国家建设人才强国等重大战略部署的要求, 就需要对工程教育进行改革。而对工程教育进行改革迫切需要培养能够适应和支撑行业、产业发展的具有创新能力的工程技术人才;要达到建设创新型国家的目的, 就需要提高我国各领域工程科技队伍的创新能力, 需要培养创新型的工程技术人才;要增强我国综合国力、很好地应对经济全球化发展的挑战, 就需要培养具有国际竞争力的、具有创新能力的一线工程技术人才。

二、卓越一线工程师培养的目的

(一) 卓越一线工程师培养的必要性

铁路电气化是指将原来采用蒸汽机车或内燃机车牵引的铁路线路改建成电力牵引的技术改造, 或一次建成电力牵引的新线。它是实现铁路现代化的重要组成部分。电气化牵引是一种强力牵引类型, 其牵引力不仅大于蒸汽机车, 也大于内燃机车。其技术速度一般高出蒸汽机车20~30%, 从而使通过能力和输运能力大为增加。电气化牵引适宜在客货运输繁重的主干线和山区线路采用。愈是地形复杂、限坡值大的地段, 电力机车的优越性愈突出。要满足铁道总公司电气化铁路的需求, 实现我国铁路、高速铁路快速、正常运营, 就亟需着力培养具有创新能力、理论联系实际、具有很好的工程实际能力的铁路电气化一线卓越工程师。

(二) 培养目标

铁路行业电气部门的主要作用是通过电气化铁道安全运送旅客或货物, 保证铁路系统正常运转过程中电力牵引车辆不间断地、可靠地和安全地运行。该行业工程人员需具有很强的工程专业知识和工程实践能力及工程创新能力, 因此铁路电气卓越一线工程师的培养就需要加强政府相关部门之间、企业与行业主管部门之间、企业与高校之间、高校与教育主管部门之间的沟通与协调, 同时需要相关部门的政策和其他方面的支撑。因此, 各行业、部门之间应该共同采取相关措施, 攻克工程领域的难题, 加强与高等教育部门的合作并精心组织计划的实施, 力争培养符合实际工程需要的人才。因此, 铁路电气卓越一线工程师的教育培养工作需要强调行业主动服务国家、地方的发展需求。人才的培养应该强调能够主动服务行业、企业需求的相关意识, 需要树立相应的人才培养观念, 注重人才培养过程中创新能力与社会道德的结合, 建立行业企业与高校联合培养人才的机制。

三、卓越一线工程师的培养思路

铁路电气部门涉及电气列车、电气线路、供电系统等部分组成, 是一个复杂的工程系统。在我国铁路实现全面电气化的过程中, 要保证铁路运输系统正常、快速有效运作, 需要铁路电气工程师理论联系实际、具有较强的工程实践能力并能够根据实际情况进行工程实践创新。鉴于此要培养卓越电气工程师就需要对其进行正确定位, 明确培养框架结构, 理清培养思路。

(一) 卓越一线工程师的定位

1. 何为卓越

在工程领域, 要成为卓越工程师必须具备以下能力。

第一, 工程创新能力及实践能力。这一能力是实现“卓越”的必备条件。

第二, 具有一定的科学素养及学科视野。铁路电气系统是一个复杂的大系统该行业的工程师要具有一定的科学素养要能够协调不同子系统的工作, 满足学科交叉的需要。

第三, 具有团队精神及沟通能力。在铁路电气这个复杂的大系统中, 既存在工程领域的难题, 也存在人际关系的问题系统的正常运转需要很多人协作完成, 需要多个部分沟通与协同。卓越一线工程师必须善于与其它学科、行业的工程技术人员协同工作, 善于人员之间、部门之间的沟通与交流。

要使培养的一线工程师具有以上“卓越”的潜质, 作为工程实践部门, 铁路电气行业应该如何发挥其作用是一个值得深思的问题。

2. 如何培养工程师的“卓越”

要培养卓越一线工程师, 铁路电气部门应该从实际出发, 结合系统实际功能, 联合高校对相关专业工科学生着重进行以下几个方面能力的培养。

第一, 未来一线工程师的主动学习能力、自主创新能力。相关专业的学生应该能够自主学习、主动实践、自主创新。

第二, 不同学科之间的交叉和开放性思维的能力。培养相关专业学生具有专业的综合思维, 用大系统、复杂系统的观念思考学科问题。

第三, 协同能力及团队精神。从工程实际操作的角度出发, 培养相关专业学生的跨文化理解力和人际沟通能力。

要培养相关专业学生以上各方面的能力, 以因材施教、以学生为中心的培养方式强化行业资深工程师参与培养的过程。

培养未来的卓越工程师应该以实践教学为重点, 在此基础上引导学生主动开展工程实践, 学生实践中的一些环节应该在指导教师、行业工程师的帮助下“主动”进行:不必告诉学生先做什么、再做什么, 可在理论学习的基础上由学生自己去设计、实施, 强化学生理论联系实际的能力, 在“主动实践”过程中培养学生的主动性和创造性思维, 达到卓越的目的。

(二) 培养途径

1. 转变以高校教育为主的实践教学观念

要培养铁路电气卓越一线工程师, 就需要铁路电气部门与高校、教育部门等建立紧密的联系。一方面, 促进在校大学生了解行业需求及行业发展动态;另一方面, 充分利用行业优秀人才的实践经验, 使学生在实践过程中学到一般课堂上学不到的东西。此外, 可以让更多的非专职教师 (如业界精英、行业资深工程师) 走上高校的讲台。在工程教育的实践过程中要增强学生的主体意识、实践联系理论意识等工程实践观念。

2. 培养学生的“大工程、大系统”观念

用大系统理论武装学生的头脑, 树立“大工程观”并根据实际工程需要整合高校课程体系, 强调学科交叉。铁路电气系统设计专业宽泛, 学科众多, 在实际系统运转过程中不是哪一个专业能够独立解决的, 而是需要综合不同学科、不同专业的知识和力量, 所以要培养学生具有“大工程、大系统”观念。而且, 可以考虑把不同学科的学生组织到一起, 围绕某一个综合性的项目开展实践学习, 共同学习工程实践过程中所涉及的多学科问题。通过这种学习实现多学科交叉, 在实践的整个过程中既可以培养未来一线工程师的多学科知识与视野, 又可以培养其团队精神与协作能力。

3. 加强对学生人际交流能力、团队协作精神的培养

在复杂大系统工程实践的过程中, 成员的沟通交流能力、团队协作精神非常重要。在一线卓越工程师的培养过程中, 应该充分锻炼培养对象的沟通交流能力, 注重成员团队协作精神的培养。

培养卓越一线工程师是未来工程领域发展的一个趋势, 鉴于铁路电气部门在整个行业中的作用与地位, 需要相关行业联合高校、教育部门培养造就一大批具有创新能力、能够适应行业发展需要的高质量工程技术人才, 为行业的发展作出应有的贡献。培养铁路电气部门卓越一线工程师需要正确定位“卓越”并明确培养的目标、思路及其途径。

摘要：本文在分析卓越工程师启动背景及铁路电气化、高速化发展现状的基础上, 提出铁路电气卓越一线工程师培养的必要性并明确其培养目的, 对铁路电气卓越一线工程师进行定位并根据此定位确定培养基本思路和途径。本文提出的基本观点对培养卓越一线工程师具有一定的现实意义及指导意义。

关键词：卓越一线工程师,电气工程,创新,培养模式

参考文献

[1]李培根.工程师教育培养该何以卓越[J].中国高等教育, 2011 (06) .

电气化铁路电能质量监测平台设计 篇10

随着我国电气化铁路建设速度的加快,电气化铁路引起的电能质量问题也愈发引起研究人员的关注。电气化铁路牵引负荷与电力系统其他负荷相比具有随机波动性和单相不对称性的特点,极易造成电压波动、闪变、负序以及三相不平衡等。而且电力机车产生大量谐波(主要是3、5、7次)注入电力系统,对电力系统及其他用户产生了极大的影响。尤其是,目前我国电气化铁道负荷品质和管理手段不高,负序、谐波等对电网电能质量的影响更加严重。因此结合我国实情进行电气化铁道电能质量监测,开展无功、谐波、负序综合治理技术研究及工程实践就显得十分必要和紧迫[1]。

国内外不少专家和学者也展开了电能质量方面的研究,对电能质量监测的特点及其若干问题进行了探讨[2,3,4],研制出了不同结构原理的电能质量监测装置[5,6],建立了变电站电能质量监测系统[7],但各有侧重点和局限性,且并不是针对电气化铁路进行的研制。因此,在以上研究成果基础上,结合电气化铁路的特点建立了电气化铁路电能质量监测平台,以实现对电气化铁路电能质量各项指标的在线监测。

1 监测平台结构

本监测平台是应用于电能质量在线监测装置的后台管理软件,它针对电气化铁路引起的谐波、负序污染以及电压波动、闪变等电能质量问题,通过与电能质量在线监测装置通信,取得检测和统计数据,进行处理,及时统计输出有关电能质量参数的各种报表文件、棒图、曲线图等,供用户参考,以便及时采取防护措施。同时积累电能质量原始资料和管理经验,以利于电气化铁路电能质量监督及治理工作的顺利进行,促进电网安全经济运行水平的提高。

本监测平台采用分布式结构设计,实行1对N管理,可以对远方多台电能质量在线监测装置采集处理的数据进行综合处理,实现远程控制。管理主站与监测点之间通过局域网或者拨号网络进行数据通信,如图1所示。

1.1 主站

主站系统硬件由数据服务器和通信服务器构成,通过以太网(12口100 M网络交换机)进行互联。

主站软件系统采用Linux和Windows混合操作系统平台,分为服务器端系统、数据采集系统、通信子系统、Web发布系统等多个应用软件子系统。

1.2 分站

分站系统主要组成部分为电能质量监测仪,采用变电站现有机柜组装。监测仪由电源板、采集板、管理板、变送板组成。核心处理器采用采样频率快、运算精度高的第3代数字信号处理器32位浮点DSP。

1.3 通信通道

采用2 M光纤和光端机实现主站和分站系统之间的通信,通过E1-10 base转换器进行转换。

2 各部分的技术实现

2.1 在线电能质量监测仪

监测仪采用模块化设计,由数据采集器和微处理器构成,其工作原理如图2所示。

高精度数据采集器用于对母线电压和出线电流的同步采集,其内部工作过程如图3所示。

微处理器采用双CPU并行处理结构,发挥各自的特点和优势。一个用于对采集数据进行计算、存储、统计分析和管理。另一个负责采集部分与远程管理部分之间的通信,通过网络将数据远传至主站系统,利用双口随机存储器RAM(Random Access Memory)完成与采集部分的数据交换。采用掉电保持存储器NVRAM(Non-volatile RAM),保证记录数据在掉电时的安全存储。而且采用第3代32位浮点DSP TMS320C32及高精度A/D,运算速度快、精度高。监测仪按照最新的国标要求,统计计算牵引变电站的电压波动和闪变、谐波和负序、三相电压不平衡度、频率偏差等电能质量指标。监测仪配有液晶显示器,能通过菜单就地显示各种采集数据和各项电能质量指标。

2.2 分站端的电能质量综合分析管理系统

管理机采用高性能PC机,运行Windows 2000操作系统。应用软件采用组件对象模型COM(Component Object Model)技术,使用Microsoft Visual C++语言编写。该软件能够对各采集单元传来的数据信息进行进一步分析和处理,定期保存和统计分析。采用支持TCP/IP协议的跨异种网﹑跨异种平台的实时数据发布服务模块,实现电能质量信息发布。

2.3 通信通道

该监测平台采用嵌入式Internet通信处理技术,支持标准的TCP/IP协议,以透明地支持多种通信方式(光纤、Modem等),设有网络接口及RS-232接口,可充分利用现有的通信条件,通过局域网络或电话拨号网络,实现与远程管理主站之间数据通信。

3 设计宗旨

3.1 监测平台是开放的

监测平台测试的工作方式对操作员是开放的。操作员可以选定重点监测指标、越限限值和定义观察窗口宽度。

测量方法可根据国标修订情况及时变更,主计算处理芯片预留有充分的工作余量,软件升级无需更换硬件。

数据、报告的格式是开放的。操作员可以自行定义报告格式。数据对外开放,可通过监测仪的标准口向外传送,也可通过上位管理机,经过网络形式传送给调度或更高一级网站。

3.2 监测平台是可扩展的

各监测点的监测装置留有标准的通信接口,可实现与控制系统的接口,以便扩展监控功能。监测点的扩展不受限制。

采用嵌入式Internet通信处理技术,支持标准的TCP/IP协议,透明地支持多种通信方式(光纤、Modem等)从而保证系统具有灵活的扩充及配置能力。

4 采用的关键技术

4.1 分层综合管理

分层管理的实质是将一个大的系统按照功能或结构将监控功能分属于不同的级别(或层次)去完成,各级完成分配给它的功能,并将有关信息报送上一级,接受上一级的管理。综合管理控制功能由最高一级决策执行,对各个监测点的信息进行统计汇总处理,使各级工作相互协调,力求使整个监测平台的管理控制达到最佳效果。

4.2 数据库应用技术

采用SQL Server 2000数据库管理系统,其使用简单、伸缩性强,与同是微软产品的Windows操作系统无缝集成,并全面使用其管理和维护功能,与其他软件如Visual C/C++语言具有最佳的兼容性,可实现对大规模数据的高效、可靠、安全的管理。

4.3 误差矫正及自动频率跟踪技术

监测平台在误差矫正方面,不仅考虑幅值误差,同时对角度误差进行矫正,保证装置序分量、功率等对角度敏感量的计算精度。同时根据系统频率的变化,动态调整采样间隔时间,保证基波及各次谐波有效值计算的准确性。

5 系统功能

胶济电气化铁路电能质量监测平台旨在实现对其所经地区电网电能质量的全面监测管理,并提供丰富的数据分析功能。

5.1 通信体系及系统互联

整个监测平台基于分布式系统体系构建,各分站与监测管理中心主站基于企业内部网络(Internet)平台形成分布式系统,现场监测设备可以不同的通信规约接入分站或直接接入监测管理中心主站。组件化的系统体系设计保证了整个软件体系可以“即插即用”地适应电能质量监测装置的多样性。

各分站所属监测点的监测数据由各分站负责实时采集、处理,并将所采集的实时数据及处理加工后的数据(统计结果等指标信息)主动定时送往主站,或由主站负责周期性采集并集中存储。对于关键监测点的数据亦可设置由主站直接采集并处理。

主站的用户可以多方式、多条件地调阅任一分站的数据,并且可以直接实时监测任一现场监测点的实时数据信息。

5.2 基本应用功能

5.2.1 监测设备管理功能

各分站通过网络,对其所辖牵引变电站监测终端实行监控和管理。主站通过网络对各分站及直接接入主站的监测终端实行监控和管理。操作员通过监测设备管理功能可以实现设备时钟校正,设备网络参数、线路参数配置,设备数据清卡,远程维护等功能。

5.2.2 监视和测量功能

可实时监测任一线路的频率、谐波、电压波动闪变、不平衡度、波形、功率因数等指标信息,并存储、显示这些信息。监测界面可以采用棒图、曲线、文字表格等多种方式或多种组合方式,并可以对监测终端上传的数据进行分析处理。

5.2.3 查询统计功能

查询统计的内容包括:一次设备查询统计、电能质量监测点(监测设备)查询统计、历史记录查询统计等。查询方式包括点击单个对象查询其属性:在系统应用程序界面上点击任意对象(对象的表现形式可以是图形、文本名称、表格中的记录行等)可以直接查询其静态属性,按地理空间条件查询统计,按对象类型及层级结构特点查询统计,按对象单个属性条件或多个属性组合条件查询统计等。

5.2.4 数据分析和处理功能

对各监测点的电能质量数据信息进行记录和统计,并作进一步的分析、处理,为电网运行建设和事故分析提供正确的历史数据和基础数据,可自动生成监测报告,包括各种测量结果、响应时间、超标时段等必要信息,并以波形、频谱、趋势图以及报表等形式输出。

6 结语

电气化铁路电能质量监测平台已在胶济电气化铁路沿线电网中投入运行,现已涵盖了数个牵引变电站,陆续会有更多的牵引变电站接入。该监测平台满足国标提出的电能质量监测指标,各监测内容和功能达到了预期的要求。该监测平台的投入运行,能实现对电气化铁路电能质量的实时监视。通过监测牵引变电站的用电情况和电能质量状况,能够及时发现危及无功补偿装置和继电保护自动装置的隐患,指导实施无功补偿和调压措施,有利于电气化铁路电能质量监督治理工作的顺利进行,很好地促进了电网安全经济运行水平的提高。

摘要：提出了一种基于分布式体系软件平台构建的分层、分布式电气化铁路电能质量监测平台。监测平台采用分布式结构设计,实行1对N管理,主要包括主站系统、分站系统和通信通道3个主要组成部分。监测平台对谐波、电压波动和闪变、三相不平衡、功率因数等电能质量指标的监测,完全按照最新国家标准执行,检测方法可根据国标修订情况及时变更。监测平台采用嵌入式Internet技术,透明地支持多种通信方式。分站系统主要组成部分为电能质量监测仪,用于测量功率、电能和三相电能质量数据,包括谐波含量、暂态过程、电压跌落和突增、功率因数、冲击等。监测平台采用SQL Server2000数据库管理系统,有USB通信接口,监测平台对操作员是开放的,监测点的扩展不受限制。电气化铁路电能质量监测平台已在胶济电气化铁路沿线电网中投入运行,现已涵盖了数个牵引变电站。

关键词：电气化铁路,电能质量,监测

参考文献

[1]贺建闽,黄治清,李群湛,等.变电站电能质量监测系统研制[J].铁道学报,2001,25(1):43-47.HE Jianmin,HUANG Zhiqing,LI Qunzhan,et al.Development of substation power quality measurement system[J].Journal of the China Railway Society,2001,25(1):43-47.

[2]王宾,潘贞存,张惠芬.分布式电能质量监测系统硬件平台的设计[J].电子测量与仪器学报,2004,18(2):7-12.WANG Bin,PAN Zhencun,ZHANG Huifen.Design of distributed power quality monitoring system hardware[J].Journal of Elec-tronic Measurement and Instrument,2004,18(2):7-12.

[3]莫俊雄,汪志东,徐义.关于电能质量监测网的若干问题探讨[J].电网技术,2001,25(7):77-79.MO Junxiong,WANG Zhidong,XU Yi.Discussions of monitoring network of electric power system[J].Power System Technology,2001,25(7):77-79.

[4]杜海兵,刘建宏.电能质量监测系统方案探讨[J].上海电力,2005(3):249-251.DU Haibing,LIU Jianhong.Basic consideration and proposal for power quality monitoring system[J].Shanghai Electric Power,2005(3):249-251.

[5]杨淑英.电能质量监测装置研究[J].电力系统及其自动化学报,2004,16(2):58-62.YANG Shuying.Development of electric energy quality monitor device[J].Proceedings of the EPSA,2004,16(2):58-62.

[6]周逊泉,吴国忠.电力牵引系统供电方式及其负荷对电能质量影响的分析研究[J].电气应用,2006,25(4):86-92.ZHOU Xunquan,WU Guozhong.Analysis on power supply mode of electric traction system and the effects of traction load on quality of electric energy[J].Electrotechnical Application,2006,25(4):86-92.

[7]冯红岩,赵双喜,张建成,等.基于双CPU的电能质量监测系统设计与实现[J].继电器,2006,34(7):61-64.FENG Hongyan,ZHAO Shuangxi,ZHANG Jiancheng,et al.Design and implementation of a power quality monitoring system based on dual CPUs[J].Relay,2006,34(7):61-64.

[8]卢志海,厉吉文,周剑.电气化铁路对电力系统的影响[J].继电器,2004,32(11):33-36.LU Zhihai,LI Jiwen,ZHOU Jian.The impact of electrified railway on electric power system[J].Relay,2004,32(11):33-36.

铁路电气 篇11

关键词：电气化铁路 电气电缆 故障电流 信号电缆

1 概述

近年来，我国铁路设计部门和运营部门十分关注电气化铁路电力电缆故障电流对信号电缆的电磁影响问题，为确保列车能安全运行，必须保证铁路信号电缆和信号设备和控制装置之间的信息和电能的传输，在高架桥上分别沿铁路两侧预制电缆槽敷设电气化铁路电力电缆和信号电缆，并统一接地综合地线。另外，在高架路段同槽敷设综合贯通地线和信号电缆，按照最大间隔距离为1个电缆槽的距离布置。笔者结合自己实际的工作经验，对电气化铁路电力电缆故障电力对信号电缆的电磁影响进行讨论分析，难免有不足之处，还望同仁批评指正。

2 电磁影响的产生和分类

电磁影响按照电路线路和设备的干扰耦合机理可以分为两大类：①由于电气化铁路采用不对称的单相交流牵引供电方式，对附近的电路和设备造成了传导耦合影响。②机车在运行中，受到电弓离线与接触导线之间产生火花放电，对附近弱电设施造成影响。按照容性、感性和阻性耦合，对被影响对象产生的电磁影响分为两大类：①对电气设备正常工作产生的影响称为干扰影响，干扰影响计算是以工作频率的3-27次谐波电流为基础进行仿真分析的。②对可能影响人身和设备安全的称为危险影响，危险影响是在50赫兹基础上进行仿真和计算的。

2.1 静电耦合 静电耦合又可以称为容性耦合，是在接触网牵引电压产生的电场内，通过接触网之间存在的耦合电容产生对电路和设备的影响。电容耦合的干扰就是在弱电路与地之间连接了一个电流源，如果在接触网两端施加一个电压，弱电线中就会产生静电感应电压和对地分布的电容，其值与接触网导线和电路距离和架设高度有关。任何的聚集一定电荷的导体在周围空间电场的作用下，导体中的自有电子做有规则的移动，引起电荷重新分布，使导体带电。容性耦合对架空明显或者是无金属套保护的电缆会产生较大的影响。

2.2 磁影响 接触网牵引电流会产生一个交变的电磁场，并通过弱电路之间存在的互感，从而产生一个感应电动势，这个可以称为磁影响，磁影响也可以称作为感性耦合。磁影响在很多程度上会对弱电路和设施造成影响。感应电动势产生过程中，电压与弱电线长度成正比，沿弱电线长度纵向分布。感应电动势中屏蔽系数R在相位上与接触网电流恰好相反，两者可以起到抵消干扰的作用。

2.3 电位影响 电位影响又可以叫做阻性耦合。在接触网牵引电流通过钢轨回流时，使得附近的大地电位升高，接近弱电线路或者设备接地装置的电位也相应增高，容易对设备和弱电路产生影响。

3 信号电缆电磁影响分析和计算

3.1 信号电缆的电磁影响分析 在目前电气化铁路电力电缆发生接地故障时，大部分是单相接地故障，故障电流瞬间值为70-400A范围内，对信号电缆产生较大的电磁影响。地电流影响和外皮回流影响是电力电缆单相接地故障电流对信号电缆的电磁影响的主要部分，本文就选择外皮回流影响对信号电缆的电磁影响进行分析。外皮回流影响主要分为：①在电气化铁路中，电缆故障电流通过电力电缆外皮的方式，与地线回流接通。②通常情况下，电气化铁路信号电缆外皮采用双端接地的方式，因此在故障地线回流中，可能会拾得一部分电流。一般来说，感应电动势对信号电缆会造成一定程度的影响，信号电缆护套和地线回流同样会感应出电动势，两者相辅相成，并且两者所产生的电动势是信号电缆芯线所产生的感应电动势之和。贯通电缆和信号电缆的距离比电力电缆和信号电缆的距离要小的多；再加钢筋混凝土把电力电缆和信号线缆隔离，其屏蔽性在20分贝左右，使得电力电缆外皮回流对信号电缆的影响比较小，可以忽略不计。

3.2 信号电缆的电磁影响计算

①感应电动势Es。故障电流在信号电缆中产生的感应电动势为Es，其计算公式如下：

E■=■Z■l■I■S■S■S■

其中， Z■=jωM

其中Zs干扰回路与信号电缆回流之间的互阻抗；l■为第i个接近段内信号电缆与干扰回路的长度；I■为故障电流；SR、Sm、Sn分别为50赫兹下信号电缆金属护套、同沟多缆以及邻近其他金属导体的实效屏蔽系数，ω为干扰电流角频率；M的干扰回路和信号电缆的互感系数。

②互阻抗

a芯线与贯通地线之间的互阻抗。把Zs1作为信号电缆芯线与贯通地线之间的互阻抗，M为两者之间的互感系数，其计算公式如下：

M=-j■+■e■F■re■+e■F■re■10■

其中γ和η为贯通地线和信号电缆距离地面的高度；ω为干扰电流角频率，ω=2πf；σ为大地磁道率；χ为信号电缆和贯通地线之间的垂直距离。对其公式进行计算分析，可以得到信号线缆与贯通地线之间的互感系数M与距离变化的曲线，如图1所示：

由图1曲线变化可知：信号电缆和贯通地线之间的距离越小，互感系数就越大；随着两者之间的距离增加，互感系数M值就减缓。

b芯线与信号电缆外皮的互阻抗。把Zs2作为信号电缆外皮和芯线之间的互阻抗，其计算公式如下：

Zs2=jω2In■+1-j■×10■+Z■

其中Zi为钢带引起的附加阻抗，a为电缆皮的平均半径。把信号线缆（外护套直径：17.06；钢带厚度：0.20；芯线直径1.53；铜绝缘单线直径0.80；绝缘直径3.50）代入上述公式可得：当信号电缆长度为15km时，信号电缆外皮和芯线之间的互阻抗为0.77+j33.3，当信号电缆2km长时，两者之间的互阻抗为0.1026+j4.44。通常情况下，电气化铁路电力供电电流频率为50赫兹，在频率较低的情况下，电流在两者中的分流主要由两者的直流电阻决定。通过计算可以得到信号线缆外皮直流电阻为2.25Ω.km-1，贯通地线直流电阻为0.255Ω.km-1，分流系数η为0.9。

3.3 计算结果 电气化铁路信号线缆主要由各种控制其电缆和模块化操作元件的电缆组成，控制器电缆最大长度不得超过2km，模块化连接操作元件电缆最大长度不得超过15km。取信号电缆为2km和15km计算产生的感应电动势，探析信号电缆芯线受电磁的影响。实验得出贯通地线、信号电缆外皮和信号电缆芯线电流在15km信号电缆产生电动势为110.4V、238V和348.4V，可以看出信号电缆外皮在很小的电流环境下会产生较大的电动势。对2km的信号电缆进行计算，得出了同样的结果。

4 总结

在我国，为了保护电气化铁路信号电缆感应，通常会采用双端接地的方式，加上信号线缆外皮和芯线间互阻抗大于贯通地线和芯线间的互阻抗，使得流经信号线缆外皮的电流过小，这是信号电缆受电磁影响最主要的一个原因。因此为了减小电流对信号电缆的影响，应该不断的创新技术，减小其互阻抗和互感系数，使得列车能安全有序的运行，促进我国铁路事业的蓬勃发展。

参考文献：

[1]常媛媛，张晨，范季陶，李天石.电气化铁路电力电缆故障电流对信号电缆的电磁影响[J].中国铁道科学，2010，04：85-91.

[2]徐迎辉.客专牵引电流对信号电缆电磁影响研究[D].兰州交通大学，2013.

[3]王燕芩.电气化牵引回流对信号控制系统的干扰分析及防护研究[D].兰州交通大学，2012.

[4]郭剑.直流接地极对电气化铁路的电磁影响[J].高电压技术，2013，01：241-250.

高速电气化铁路弓网关系 篇12

在铁路牵引动力中, 电力机车具有其他机车无可比拟的优势。作为最为绿色、节能、环保的交通方式, 我国的电气化铁路发展从2001年底的电气化铁路总里程17 422.6公里到2010年的29 000公里, 发展非常迅速, 其中高速电气化铁路达到6 500多公里。在牵引方面, 既有韶山型、和谐D又有动车组等, 但是就动力来源看均是采用受电弓自接触网取流模式, 虽然各型机车采用的受电弓型号和外形有所区别, 但其原理基本相似。

在接触网方面, 我国自1958年第一条电气化铁路——宝成铁路宝凤段开通以来经历了多次技术引进吸收, 既有建设初期的苏联模式, 到后来的哈大线的德国REC200系统, 再后来的广深线法国技术, 到如今我国自主的高铁电气化接触网技术。但不管那种模式、那种技术, 接触网本身存在的固有主要特性仍然是相同的:沿铁路露天布置, 线长点多, 工作环境一般, 线路悬挂质量有差异, 无备用设备, 一旦故障停电将中断行车。而随着列车速度的加快, 弓网之间的匹配要求越来越高。尤其是在高速铁路上动车组与接触网之间一旦发生弓网参数不匹配而发生弓网故障, 往往造成接触网大面积故障, 恢复难度大、中断行车时间长, 对运输干扰大。据估计, 在250 km/h时速下的弓网故障的破坏力相当于100 kg TNT炸药爆炸的威力。本文主要从运营维护角度论述高速电气化铁路接触网与受电弓之间的配合关系, 对影响弓网关系稳定性和受电弓采流性能的因素进行论述, 并提出相应建议和措施。

1弓网关系的定义

在电气化铁路中, 无论是电力机车还是动车组, 其动力来源均是由车载受电弓通过与接触网接触线的不间断滑动接触采取电流, 因此, 我们可以将电气化铁路弓网关系定义为:在电气化铁路中, 电力机车 (动车组) 受电弓与接触网之间相互联系的状态。

在高速电气化铁路中, 随着设备制造水平的快速提升, 由于设备自身故障或损坏所造成的行车设备故障或行车事故可能性已降低到相当的水平。但是从运营维护的经验看, 由于弓网关系导致的故障比例却没有得到明显的控制, 甚至随着列车速度的提升, 弓网关系导致的故障的频率和破坏性均呈现一定的上升趋势。

2弓网关系的缺陷分类

弓网关系的问题按照阶段可分为先天性和后天性;先天性的弓网关系缺陷主要由设计思路、设计原则和技术要求所确定;后天性的弓网关系缺陷主要由于施工、维护、运营所产生。本文主要从后一部分展开论述。在实际运营过程中, 弓网关系缺陷从来源上看主要来自两个方面:受电弓的缺陷和接触网的缺陷。

3接触网的缺陷

在当前高速电气化铁路中, 接触网设备从设计到施工, 再到设备、零件的加工生产, 均已向着规范化、标准化、统一化发展, 接触网整体结构呈现单体结构简单、独立性强的特点, 整体可靠性明显提高。从当前高速电气化铁路运营维护的实践看, 由于接触网原因导致的弓网关系缺陷主要表现在:零部件脱落造成打弓、结构参数超标造成钻弓、集中负荷造成硬点、分段绝缘器状态不良打弓等。

3.1 具体案例及原因分析

①零部件脱落造成打弓。2010年2月21日, 杭深客运专线永嘉站下行019#支柱定位管支撑与斜腕臂连接处套管双耳由于施工时螺栓紧固力矩不足, 在运行过程中松脱, 导致该处定位管搭落在接触线上, 打坏通过的D379次动车组受电弓, 影响区间行车105分钟;2010年3月19日, 杭深客运专线宁海至三门县区间下行273#处定位管支撑与定位管连接处套管双耳连接螺栓未安装开口销, 在运行过程中螺栓销脱落, 造成定位管搭落在接触线上, 打坏通过的D5557次动车组受电弓, 影响区间停车119分钟;②接触网结构参数超标造成打弓。2008年3月, 京沪线提速区段安亭至陆家浜下行245#处, 由于该锚段一端下锚坠砣被盗, 造成两端补偿张力不一致, 245#处接触线中锚绳松弛, 低于接触线, 导致通过的D31次动车组通过时发生打弓, 经停电处理后, 换弓运行, 影响行车46分钟;2007年8月29日, 京沪线黄村站14#道岔处电联结由于温度变化, 驰度增大, 导致电联结预留驰度低于接触线, D534次动车组经过时受电弓钻入电联结, 造成弓网故障, 影响正常行车2小时53分;③集中负荷造成硬点。2010年1月至2010年3月, 铁道部动态检测车连续发现杭深线台州南至温岭区间下行K487+916处硬点超过70g, 经过工区对该处进行检查测量发现, 该处为接触线中心锚结线夹, 且中锚绳松弛, 中锚线夹处稍低于两边悬挂点, 形成较为明显集中负载, 经调整后, 中锚线夹处稍高于两边悬挂处, 硬点消失;同样在杭深客运专线绅纺至乐清下行K545+535处动态检测车连续现实接触压力超标, 经检查测量发现该处为绝缘锚段关节, 测量数据显示关节两支接触线等高点处高度低于两端接触线工作支高度, 当受电弓由单支接触线工作状态转化至双支状态时, 压力突然增加, 造成压力超标;调整该处接触线高度, 使等高点处接触线高度略高于两侧接触线工作支高度, 压力超标现象消失;④分段绝缘器状态不良导致打弓。分段绝缘器是接触网设备中最为薄弱的环节, 一方面由于分段绝缘器两端存在一定的电压差, 受电弓通过时容易引起电弧;另外一方面任何分段绝缘器均是一个明显的集中负荷, 受电弓经过时对设备状态的振动较大, 长时间的振荡容易造成分段绝缘器自身参数的变化。2010年8月17日, 杭深客运专线苍南站2～4#道岔间分段绝缘器吊索烧断, 将通过的DJ5600次动检车受电弓打坏。经检查发现该分段绝缘器吊索调节螺栓处脱焊, 吊索下垂直滑道以下, 造成打弓。

3.2 处置措施

由接触网原因导致的弓网关系缺陷因为是由于接触网自身状态不良导致的, 因此调整难度较大, 很难在短时间内一次性全面恢复, 一般采用拆除有缺陷的接触网零部件、降低运行要求, 临时过渡的方式处理, 待运输条件相对宽松的时段再进行全面恢复。

4受电弓的缺陷

在高速铁路中, 各型动车组采用的受电弓无论是哪种型号, 其工作原理均大同小异, 其动作的原理为:

(1) 升弓。压缩空气经电空阀均匀进入传动气缸, 气缸活塞压缩气缸内的降弓弹簧, 此时升弓弹簧使下臂杆转动, 抬起上框架和滑板, 受电弓匀速上升, 在接近接触线时有一缓慢停滞, 然后讯速接触接触线。

(2) 降弓。传动气缸内压缩空气经受电弓缓冲阀迅速排向大气, 在降弓弹簧作用下, 克服升弓弹簧的作用力, 使受电弓迅速下降, 脱离接触网。

弓网之间的受流质量也即是负荷电流通过接触线和受电弓滑板接触面的流畅程度, 它与滑板与接触线间的接触压力、过渡电阻、接触面积有关, 取决于受电弓和接触网之间的相互作用。

从上述受电弓的工作原理和特性可以看出, 受电弓原因导致弓网关系缺陷主要表现在以下几个方面:受电弓滑板接触面不平整, 受电弓升力过大或过小、受电弓基座绝缘不良、受电弓滑板磨损超标等、带电过分相等

4.1 具体案例及原因分析

(1) 受电弓滑板接触面不平整导致故障。

由于接触网接触线在平面上一般按照300拉出值呈“之”字形布置, 因此受电弓中间部分磨损较为严重, 长时间运行就会形成中间凹陷、两侧凸起的状态。2010年5月, 杭深客运专线宁波东站, 动车组D5593次经过1～3#道岔分段绝缘器时发生弓网故障, 受电弓碳滑板撞击分段绝缘器铜滑道, 造成受电弓滑板断裂, 分段绝缘器铜滑道弯曲。经分析该受电弓碳滑板中间磨损严重, 与两侧高差超过17 mm, 凸起的碳板撞上分段绝缘器铜滑道, 发生弓网故障。

(2) 受电弓升力过大或过小导致弓网故障。

目前高速铁路动车组受电弓静态抬升力一般在70～120 kN, 抬升力过大会加快滑板的磨损增大受电弓动态包络线范围, 但是可以改善弓网间受流质量;而静态抬升力过小则有可能使得弓网间离线率增加, 甚至造成电弧烧伤接触线。2007年10月京沪线蚌埠站10道, 电力机车停车时由于风压下降, 造成受电弓与接触线虚接, 造成持续电弧放电, 烧断接触线。

(3) 受电弓支持绝缘子绝缘不良导致故障。

2008年12月京沪线黄河涯站电力机车因受电弓支持绝缘子处积雪堆积, 造成短路, 烧断5道接触线。

(4) 滑板自身磨损严重。

2009年7月萧甬线慈城至蜀山区间动车组D3102次运行至区间224#定位处, 受电弓碳滑板因磨损严重发生断裂, 受损的受电弓继续前行将跨中吊弦打断3根。

(5) 带电过分相。

2006年12月11日, 陇海线杨楼站上行分相处104～106#支柱跨中工支承力索烧断6股, 跨中吊弦断2根, 原因为电力机车过分相处时未断开主断路器, 电力机车带负荷状态从有电区进入无电区, 形成电弧导致承力索烧伤断股。

4.2 处置措施

该类事故的处理应视对接触网的破坏程度而定, 一般进行一次性恢复, 并注意收集有关机车、受电弓的证据;有些情况对接触网的破坏不大, 司机可申请停电处理受电弓。

5弓网缺陷调整措施

5.1 接触网方面

(1) 在高速铁路或客运专线站后施工阶段, 设备管理单位提前介入, 从运营角度监控设计、施工质量, 尽可能减少接触网的“先天不足”;开通初期, 组织全面彻底的平推检查, 将设备的初始故障率降到最低, 快速进入设备稳定期, 重点对零部件的松脱现象进行整治。

(2) 对于无补偿线索, 要严格按照温度曲线预留驰度, 在夏冬两季温度变化较大的时段组织专项对无补偿线索驰度的检查。

(3) 对于动态检测车检测出的缺陷要从设备整体结构进行分析, 调整设备参数, 确保接触网弹性均匀。

(4) 分段绝缘器作为接触网的薄弱环节, 要纳入日常监测的重点, 缩短巡检周期;另外还要积极总结运行经验, 根据不同的工作状态, 选用性能稳定的产品, 从根本上解决隐患。

5.2 受电弓方面

①机务段、动车所加强对机车或动车组出入库的检查, 对于磨损超标的滑板及时进行更换;②受电弓静态抬升力的调整与接触网相适应;③加强车载自动过分相设备的状态的检查, 确保良好的工作状态, 同时司机应做好手动操作准备;④受电弓支持绝缘子应有防污措施, 车顶高压设备应保持可靠绝缘。

6结束语

随着高速电气化铁路运行速度的不断提升, 电力机车和动车组对于受流可靠性的要求也在相应提高, 弓网之间的耦合关系也就越来越重要。在运营阶段如何进一步提高弓网之间的耦合效果, 将是一个重要的研究课题。这需要在今后的高速电气化铁路维护检修过程中不断的积累实践经验。从而提出改善和提高弓网稳定运行的条件和方法。