白志軍

【摘 要】近年來我國電氣化鐵路取得了較快的發(fā)展，在當前鐵路電氣化建設過程中，牽引變電設備作為非常關鍵的設備之一，其直接關系到鐵路電氣化的安全運行。因此在鐵路運行過程中，需要針對牽引變電設備的運行情況及存在的問題進行具體分析，充分運用先進技術來提高鐵路牽引變電設備運行的穩(wěn)定性，并積極采用創(chuàng)新的思維方式，進一步改進和優(yōu)化鐵路牽引變電設備的控制方式，保證其安全、穩(wěn)定的運行，積極推動我國鐵路事業(yè)健康、持續(xù)的發(fā)展。

【關鍵詞】鐵路牽引；變電設備；安全穩(wěn)定

隨著社會經(jīng)濟快速的發(fā)展，近年來我國鐵路建設速度不斷加快，特別是電氣化鐵路建設取得了突飛猛進的發(fā)展。牽引變電設備作為鐵路電氣化建設中非常重要的組成部分，其對于高速鐵路運行的安全性和穩(wěn)定性具有極為重要的意義。在電氣化鐵路運營過程中，應用牽引變電設備為鐵路電力機車提供電能。在鐵路運行過程中，牽引變電設備發(fā)揮著重要的作用。因此要保證鐵路安全穩(wěn)定的運行，首先需要保證鐵路牽引變電設備運行的安全性和穩(wěn)定性。由于鐵路牽引變電設備在運行過程中受到多種外在因素的影響，因此需要運用先進的技術手段，并采取具體的保護措施，優(yōu)化牽引變電設備控制方式，為鐵路正常、穩(wěn)定、安全的運營打下堅實的基礎。

一、高速鐵路牽引供電概述

電氣化鐵路由供電系統(tǒng)和電力機車組成的，其中供電系統(tǒng)包括供電電源和牽引供電系統(tǒng)兩部分。供電電源是指為牽引供電系統(tǒng)提供電力的高壓變電站及相關的輸電線路，牽引供電系統(tǒng)則包括牽引變電站和牽引網(wǎng)兩部分。電力機車通過滑動接觸方式從牽引網(wǎng)獲得電能，通過車載變流器、牽引電機等設備驅動車輛運行。在高速鐵路發(fā)展之前，我國的牽引供電電源的電壓等級一般采用110KV，由于高速鐵路的牽引負荷較普速鐵路增長較大，為了降低大功率牽引負荷中的諧波、負序等對電網(wǎng)的影響，降低牽引變電所母線電壓的波動及線損，高速鐵路供電電源一般選用更高的電壓等級，如220kV，在西北地區(qū)則采用了330kV。高速鐵路具有列車運行速度快、行車間隔小、機車牽引功率大等特點，全并聯(lián)的 AT 供電方式具有牽引供電功率大、供電區(qū)間長、供電可靠性高的特點能夠較好的滿足高速鐵路的供電需求。全并聯(lián) AT 供電方式是常規(guī) AT 供電方式的特殊形式，將上行與下行的接觸網(wǎng)、正饋線及鋼軌分別在牽引變電站、AT 變電所、分區(qū)所通過橫聯(lián)線并聯(lián)起來，該供電方式能進一步降低了接觸網(wǎng)的單位阻抗，減少了線路電壓損耗，改善了供電質量。

二、鐵路牽引變電設備的運行現(xiàn)狀及問題分析

在現(xiàn)代科技不斷進步和發(fā)展的形勢下，為了確保鐵路牽引變電設備的安全穩(wěn)定運行，需要將先進的工藝和材料應用于鐵路電氣化系統(tǒng)之中，實現(xiàn)對舊工藝和舊材料的更新改造。在現(xiàn)有的鐵路牽引變電設備的運行過程中，存在如下方面的問題：

1、螺栓式T型線夾。這種螺栓式T型線夾主要依賴于壓舌的點，來實現(xiàn)導電接觸和連接。然而，由于人工壓接螺栓的方式難免存在力矩方面的偏差，這就會引發(fā)電回路壓接不良的問題。同時，由于檢修的過程中需要打開T型線夾，其中存在復雜的精密零部件，這就增加了檢修作業(yè)的難度。另外，由于外在環(huán)境的不確定性以及牽引供電設備負荷加大的影響，這就使相對狹小的螺栓式T型線夾出現(xiàn)熱積累的現(xiàn)象，存在損壞和燒毀線夾隱患。

2、舊式的網(wǎng)開關接地防雷系統(tǒng)。鐵路牽引變電設備容易受到外界環(huán)境的干擾和影響，致使其容易出現(xiàn)饋線跳閘的問題，并牽連相鄰近的變電設備。同時，舊式的網(wǎng)開關接地防雷系統(tǒng)還存在自身的缺陷性，可能會出現(xiàn)高壓大電流反擊燒傷牽引變電設備的問題。

3、較長的故障診斷時間。當鐵路牽引變電設備出現(xiàn)故障的時候，如果需要較長的故障診斷時間，無疑會貽誤維修時機。由于現(xiàn)有的變電所故障告警方式是采用文字告警的方式，并在主接線圖的下方顯示，容易出現(xiàn)顯示信息繁雜而導致故障告警信息被忽略的現(xiàn)象，或者信息過多而導致維修人員篩選和診斷的時間較長的問題，這樣，就極大地影響了對鐵路牽引變電設備的維修效率。

三、鐵路牽引變電子系統(tǒng)主要技術

1、牽引網(wǎng)供電方式。牽引供電系統(tǒng)供電方式應根據(jù)負荷大小、線路條件及外部電源等因素確定。從保證動車組供電電壓水平和載流能力的要求來看，只要供電系統(tǒng)設計合理，帶回流線的直接供電方式TRNF和自耦變壓器供電方式AT均能滿足高速鐵路需要。AT供電方式與TRNF方式相比，具有以下優(yōu)越性：供電電壓高、牽引網(wǎng)單位阻抗小、電壓損失小，供電容量大、電能損失小；供電臂長，變電所數(shù)量少，可以減少外部電源工程量，減少接觸網(wǎng)電分相數(shù)量，有利于動車組高速運行；有利于高電能的傳輸和接觸網(wǎng)懸掛系統(tǒng)輕型化設計，并滿足進一步提高運輸能力的需要。依據(jù)300-350 km/h高速鐵路、16輛編組時牽引負荷特點，長大干線高速鐵路牽引網(wǎng)應優(yōu)先采用2×25 kV的AT供電方式；對于樞紐地區(qū)的聯(lián)絡線、動車組走行線及動車段（所）等可采用1×25 kV的TRNF供電方式。

2、牽引變壓器結線形式。牽引變壓器結線形式選擇不僅要考慮其能夠滿足高速鐵路牽引供電質量的要求，還應考慮提高變壓器的容量利用率、節(jié)約能源、降低運營費用等因素。單相結線變壓器的優(yōu)點是：變壓器容量利用率高，一次設備簡單，有利于動車組再生制動時，產(chǎn)生電能的內(nèi)部平衡消耗；接觸網(wǎng)電分相數(shù)量較其他形式減少一半，有利于動車組的高速運行。其缺點是：產(chǎn)生的負序較大，對電力系統(tǒng)短路容量要求高。三相V-V接線變壓器的特點是：結構簡單、容量利用率高，產(chǎn)生的負序小，可以根據(jù)每個供電臂的實際負荷情況單獨選取容量；三相-二相平衡接線變壓器的特點是：過載能力強，產(chǎn)生的負序影響小。結合高速鐵路需求和各種變壓器接線方式的技術特點，牽引變壓器接線形式應根據(jù)各地電網(wǎng)的具體情況和牽引變壓器的容量綜合確定，優(yōu)先采用單相結線。遠期牽引變電所安裝容量較大的，可預留V-V接線條件；電力系統(tǒng)短路容量小或牽引變壓器安裝容量大時，應采用V-V接線形式。

3、牽引網(wǎng)的接地與回流。由于采用無砟軌道，鋼軌對地的泄漏電阻增大、列車牽引電流和牽引網(wǎng)短路電流大，與人身和設備安全相關的接觸電壓和鋼軌電位要比常規(guī)鐵路升高許多，必須采用技術手段將其降低至安全標準范圍內(nèi)。沿線接觸網(wǎng)和牽引變電各所的接地應納入綜合接地系統(tǒng)，為降低鋼軌電位，應根據(jù)具體計算確定上、下行保護線（或回流線）是否采用每間隔一定距離設過軌并聯(lián)。

四、鐵路牽引變電設備的安全穩(wěn)定性的措施

1、運用新工藝和新材料，提升鐵路牽引變電設備的運行安全穩(wěn)定性。針對原有的螺栓式T型線夾存在主導電回路壓接不良、維修不便、熱積累的現(xiàn)象和問題，可以采用新型的壓接式線夾替代原有的螺栓式T型線夾，這是由其優(yōu)勢性能所決定的，具體表現(xiàn)為：這種新型的壓接式線夾在不同的截面條件下，可以由相配套口徑的壓接鉗設備，進行一次壓接成型，從而極大地避免了原有的螺栓式T型線夾因人工緊固而產(chǎn)生的力矩不均衡的現(xiàn)象，有效地避免牽引變電設備的主導電回路發(fā)熱損毀的現(xiàn)象。這種新型的壓接式線夾不同于舊式的螺栓式T型線夾，舊式的螺栓式T型線夾有8個螺栓，而新型的壓接式線夾只有兩個螺栓，并且采用雙備母并帶防松的鎖片，具有維修便利的優(yōu)點。經(jīng)過實踐，這種新型的壓接式線夾在實際運行中效果良好。

2、補強接地及防雷保護措施

為了提升鐵路牽引變電設備的運行安全性和穩(wěn)定性，要針對鐵路牽引供電設備中接觸網(wǎng)受環(huán)境影響因素明顯的特點，對原有的網(wǎng)開關接地防雷系統(tǒng)進行如下優(yōu)化措施，以更好地提升鐵路牽引變電設備的運行效能。

（1）補強鐵路牽引變電設備中的接觸網(wǎng)分相處電動隔離開關的本體接地和機構箱接地，改變原網(wǎng)開關接地防雷系統(tǒng)中的接觸網(wǎng)分相隔離開關本體和機構箱共用接地的現(xiàn)象，將鐵路牽引變電設備的開關本體和機構箱接地進行分開設置，并使高壓和低壓接地分隔，這樣就可以較好地避免鐵路牽引變電設備的接觸網(wǎng)故障狀態(tài)時的高壓大電流對低壓變電設備的影響。

（2）通過添加防浪涌保護器的措施，提升鐵路牽引變電設備的防雷能力。在添加防浪涌保護器的設計和舉措過程中，添加方式是由變電所向接觸網(wǎng)開關供電電源、接觸網(wǎng)分相機構箱內(nèi)的電源線路的前端布設和添加，通過這種增設防雷保護裝置的方式，獲得更佳的防雷效果。

（3）為了避免鐵路牽引變電設備的放電現(xiàn)象，可以采用在接觸網(wǎng)隔離開關機構箱的底部加裝絕緣板的方式，實現(xiàn)對二次線的整理，并使其與箱體保持適當?shù)木嚯x。由此可見，我們要汲取原有的鐵路牽引變電設備的接地系統(tǒng)中存在的問題，針對其接地狀況及無防雷保護的狀態(tài)，采用針對性的舉措，以更好地增強和提升鐵路牽引變電設備的安全性和穩(wěn)定性，通過不同的整治措施，減少或者避免因接觸網(wǎng)絕緣子閃絡而引發(fā)的低壓設備的燒壞現(xiàn)象。

3、縮短對鐵路牽引變電設備的故障判定和診斷時間。對原有變電所出現(xiàn)告警信息繁雜而導致故障診斷和判定時間延長的問題，我們要創(chuàng)新思維，注重在第一時間內(nèi)快速篩選和診斷鐵路牽引變電設備的故障，在能滿足系統(tǒng)的功能條件下，可以對原有的變電所的控制后臺加以改進和優(yōu)化，調(diào)用自帶的軟件，對原系統(tǒng)中文字告警的問題，采用虛擬光字牌，對于告警信息繁雜的問題，可以對鐵路牽引變電設備中的信息進行分類顯示、分顏色顯示，如：紅色表示正常運行狀態(tài)；綠色表示告警信號等，這樣可以在值班人員日常巡視的時候，及時快速地發(fā)現(xiàn)牽引變電設備的故障信息，如：控制回路斷線等故障，有利于工作人員快速實現(xiàn)對故障信息的甄別和判斷，從而及時實現(xiàn)對故障的處理。

4、優(yōu)化電力、牽引變電設備的控制方式。在鐵路牽引變電設備的運行之中，為了增強其安全性和穩(wěn)定性，還可以通過對其控制方式的優(yōu)化改進方式，更好地減少設備的故障狀態(tài)。目前交直流系統(tǒng)主要采用的電源是10kV和27.5kV的電源，并以10kV的電源為主要供應電源，然而這種供應方式容易受到外界因素的影響，還存在極其頻繁的單相接地問題，在缺乏低壓斷相保護的條件下，致使交直流設備受到燒傷和損壞，可以對牽引變電設備的控制方式加以改進和優(yōu)化，在10kV電源的低壓一側，加裝斷相保護，這樣可以在線路單相接地的時候，較好地閉鎖低壓電源的“倒切”現(xiàn)象。并且，還可以采用加裝延時裝置避免低壓回路來回切換的問題，有效地規(guī)避線路故障后備投、重合閘等時限，減少低壓設備頻繁切換產(chǎn)生的沖擊，提升鐵路牽引變電設備的安全性和穩(wěn)定性。

總之，我國鐵路電氣化的建設進程中，鐵路牽引變電設備是關鍵的重要設備，對于鐵路電氣化運行有極其密切的影響和聯(lián)系。為了進一步提升鐵路牽引變電設備的運行安全性和穩(wěn)定性，我們需要對鐵路牽引變電設備的影響因素和存在的共性問題，進行深入而全面的分析，要注意總結經(jīng)驗、汲取教訓，運用先進的科技技術和材料，提升鐵路牽引變電設備的穩(wěn)定性，還要用創(chuàng)新的思想，對鐵路牽引變電設備的控制方式加以改進和優(yōu)化，以更好地推動我國鐵路事業(yè)的發(fā)展。

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（作者單位：神華包神鐵路有限責任公司內(nèi)蒙古鄂爾多斯市）