呂林杰

（成都西南交通大學(xué)設(shè)計(jì)研究院有限公司重慶分公司，重慶 401120）

引言

智能時(shí)代越來越多的科學(xué)技術(shù)被應(yīng)用于電力牽引供電體系設(shè)計(jì)與研發(fā)中，發(fā)達(dá)國家紛紛展開了關(guān)于數(shù)字化鐵路的變革，以推動(dòng)新型技術(shù)在鐵路行業(yè)的應(yīng)用。我國近年來也緊跟國際鐵路發(fā)展步伐，致力于完善電力牽引供電技術(shù)體系，2016年頒布的《鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范》（簡稱“2016版電牽設(shè)規(guī)”）更是為相關(guān)設(shè)計(jì)與研發(fā)工作的展開提供了技術(shù)支持和參考標(biāo)準(zhǔn)，使得技術(shù)體系更加完善。

1 鐵路電力牽引供電技術(shù)體系構(gòu)建

1.1 整體技術(shù)體系

鐵路電力牽引供電整體技術(shù)體系如圖1所示，具備多維融合、重構(gòu)自愈、全息感知和智慧運(yùn)維等功能，可為列車運(yùn)行提供優(yōu)質(zhì)的牽引動(dòng)力，滿足列車運(yùn)行的各項(xiàng)需求[1]。具體來講，智能牽引供電設(shè)施具備現(xiàn)場指揮和信息處理功能。智能供電運(yùn)行檢修管理系統(tǒng)能夠智能分析智能牽引供電設(shè)施及各個(gè)車間上傳的數(shù)據(jù)信息，并向各個(gè)車間下發(fā)檢修計(jì)劃。鐵路沿線車間能夠執(zhí)行各項(xiàng)檢修計(jì)劃及運(yùn)行命令，其內(nèi)設(shè)有與管理系統(tǒng)相連接的終端設(shè)備，用來接收、傳輸、運(yùn)行和檢驗(yàn)基本數(shù)據(jù)。

1.2 智能牽引供電設(shè)施

智能牽引供電設(shè)施具備采集、檢測、測量數(shù)據(jù)信息的常規(guī)功能，此外，還具備如表1所示功能。

表1 智能牽引供電設(shè)施功能

最關(guān)鍵的智能牽引供電設(shè)施為牽引供電智能一次設(shè)備，具體構(gòu)成如圖2所示。牽引供電智能一次設(shè)備主體包括牽引變壓器、智能終端、合并單元、在線監(jiān)測和高壓開關(guān)設(shè)備等功能，主要功能有保護(hù)、檢測、監(jiān)測和控制等。站端監(jiān)測單元是設(shè)備的監(jiān)控系統(tǒng)，主要功能有接入設(shè)備、處理數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、綜合展示和監(jiān)測預(yù)警等[2]。

1.3 智能供電調(diào)度系統(tǒng)

智能供電調(diào)度系統(tǒng)具備遠(yuǎn)程監(jiān)測和指導(dǎo)智能牽引供電設(shè)施運(yùn)行、向智能牽引供電設(shè)施發(fā)送命令等功能。常規(guī)供電遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)負(fù)責(zé)完成基本功能，例如，統(tǒng)計(jì)報(bào)表、監(jiān)視及控制智能牽引供電設(shè)施和顯示信息數(shù)據(jù)等。供電調(diào)度運(yùn)行管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)完成高級(jí)功能，如，智能供電調(diào)度、源端維護(hù)等。

1.4 高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

鐵路電力牽引供電體系應(yīng)用的高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)需具備通信快速、功能健全、結(jié)構(gòu)清晰以及便于維護(hù)等基本性能，并且需要應(yīng)用鐵路行業(yè)專用的通信網(wǎng)絡(luò)，方能滿足信息數(shù)據(jù)傳輸對(duì)于實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性的要求。高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由運(yùn)行檢修維護(hù)通道、故障測距通道、廣域測控保護(hù)通道、遠(yuǎn)動(dòng)通道和復(fù)示通道等結(jié)構(gòu)構(gòu)成。

1.5 智能供電運(yùn)行檢修管理系統(tǒng)

智能供電運(yùn)行檢修管理系統(tǒng)需要收集、整理和分析智能牽引供電設(shè)施運(yùn)行的數(shù)據(jù)信息，自動(dòng)生成運(yùn)行檢修管理口令，從生命周期的角度展開對(duì)智能牽引供電設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)的科學(xué)評(píng)估?；竟δ馨☉?yīng)急指揮、外部接口管理、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理和檢測監(jiān)測管理等。高級(jí)功能包括查詢與展示綜合數(shù)據(jù)（對(duì)智能牽引供電設(shè)施檢修數(shù)據(jù)信息進(jìn)行集中加工和處理，得到設(shè)施運(yùn)行的綜合數(shù)據(jù)，并且在各個(gè)部門、各個(gè)專業(yè)內(nèi)展示綜合數(shù)據(jù)，方便各個(gè)部門工作人員查找和應(yīng)用）、預(yù)測和管理設(shè)備故障（基于智能牽引供電設(shè)施運(yùn)行數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)等，對(duì)設(shè)施的運(yùn)行安全性及潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在故障，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)施的健康管理）等。

2 鐵路電力牽引供電體系主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

2.1 “電牽設(shè)規(guī)”定位于保基本保底線

2016版“電牽設(shè)規(guī)”的設(shè)定嚴(yán)格遵循“?；尽焙汀氨５拙€”兩項(xiàng)原則。例如，在25 kV帶電體距跨線建筑物底部的空氣絕緣靜態(tài)間隙方面，正常值依然需保持大于500 mm，困難情況下可以調(diào)整為大于300 mm，這與2005版“電牽設(shè)規(guī)”相同。此條標(biāo)準(zhǔn)沒有發(fā)生變化的主要原因是歐盟標(biāo)準(zhǔn)要求超過270 mm，以及盡量減低跨線建筑工程的改建頻率，由于新建跨線橋的軌面一般為6.65 m，若進(jìn)行改建，則需要投入大量的資金，以提高建設(shè)單位的建設(shè)規(guī)范程度。

2.2 “電牽設(shè)規(guī)”規(guī)定原則性與性能化

2016版“電牽設(shè)規(guī)”相比較2005版“電牽設(shè)規(guī)”，更加貼合鐵路運(yùn)行的原則和性能變化，更加貼近列車運(yùn)行的實(shí)際要求。例如，在錨段長度方面，2016版“電牽設(shè)規(guī)”刪除了2005版“電牽設(shè)規(guī)”中對(duì)于錨段長度測量的定量規(guī)定，鐵路企業(yè)能夠結(jié)合具體的工程需求和列車運(yùn)行需求，針對(duì)不同的列車運(yùn)行速度設(shè)計(jì)最佳的錨段長度，運(yùn)行時(shí)速超過200 km/h的線路，其錨段長度需要控制在2×700 m之內(nèi)，困難情況下可以調(diào)整為控制在2×750 m之內(nèi)。

2.3 “電牽設(shè)規(guī)”給企標(biāo)留下發(fā)揮空間

2016版“電牽設(shè)規(guī)”相比較2005版“電牽設(shè)規(guī)”，減少了關(guān)于鐵路企業(yè)管理的規(guī)定，這為企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定預(yù)留了較大空間，大幅提高了企業(yè)管理與新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行之間的密切程度，以便各鐵路企業(yè)能夠?qū)Ｗ⒂谔厣夹g(shù)管理及技術(shù)發(fā)展，有利于各鐵路企業(yè)進(jìn)一步發(fā)揮其在電力牽引供電技術(shù)體系構(gòu)建方面的技術(shù)優(yōu)勢。

2.4 適當(dāng)提高混凝土基礎(chǔ)強(qiáng)度等級(jí)

近年來，我國正在強(qiáng)制執(zhí)行低標(biāo)號(hào)水泥退市決策，高強(qiáng)鋼筋應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)也在持續(xù)落實(shí)[3]。在此基礎(chǔ)上，2016版“電牽設(shè)規(guī)”規(guī)定電力牽引供電體系需要適當(dāng)提高混凝土基礎(chǔ)強(qiáng)度等級(jí)，施工過程中應(yīng)用的混凝土需要實(shí)現(xiàn)信息化和工廠化生產(chǎn)，混凝土施工則需要實(shí)現(xiàn)專業(yè)化和機(jī)械化施工。具體來講，混凝土最低強(qiáng)度等級(jí)要求為C25，相比較原來的現(xiàn)澆C15、預(yù)制C20，統(tǒng)一得到了提高。

2.5 合理優(yōu)化接觸線強(qiáng)度安全系數(shù)

接觸線設(shè)計(jì)張力是電力牽引供電體系設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)，2005版“電牽設(shè)規(guī)”規(guī)定接觸線強(qiáng)度安全系數(shù)需要超過2.0，即接觸線的磨損程度需要控制在20%之內(nèi)。2016版“電牽設(shè)規(guī)”提高了對(duì)接觸線強(qiáng)度安全系數(shù)的要求，這是充分結(jié)合接觸線運(yùn)行環(huán)境、制作工藝、生產(chǎn)質(zhì)量、允許磨損程度以及補(bǔ)償效率等數(shù)據(jù)之后，最終得到的數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)。在接觸線強(qiáng)度安全系數(shù)得到優(yōu)化之后，其應(yīng)用性能大幅提高，進(jìn)一步滿足了電力牽引供電體系的運(yùn)行需求，可充分發(fā)揮制作材料本身的特性，確保鐵路安全運(yùn)行，提高鐵路企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，真正實(shí)現(xiàn)一舉兩得。

2.6 高壓電纜設(shè)置護(hù)層電壓限制器

2016版“電牽設(shè)規(guī)”規(guī)定電力牽引供電體系供電電纜設(shè)計(jì)需要以《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范》為標(biāo)準(zhǔn)，需結(jié)合實(shí)際工程情況及需求，將供電電纜劃分為不同的接地單元，每個(gè)接地單元都適合應(yīng)用一端通過護(hù)層電壓限制器接地、另一端直接進(jìn)行接地的接地方式，這為高鐵設(shè)規(guī)的修訂提供了余地[4]。

3 結(jié)語

鐵路企業(yè)可從智能牽引供電設(shè)施、智能供電調(diào)度系統(tǒng)、高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和智能供電運(yùn)行檢修管理系統(tǒng)等方面展開鐵路電力牽引供電技術(shù)體系構(gòu)建工作，并且需要嚴(yán)格遵守2016版“電牽設(shè)規(guī)”，充分發(fā)揮主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在電力牽引供電體系構(gòu)建中的安全性、規(guī)范性、先進(jìn)性、可操作性和經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢，積極響應(yīng)國家關(guān)于鐵路行業(yè)建設(shè)的號(hào)召，在提高工程技術(shù)的的同時(shí)，還能夠令相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)更加貼近國際標(biāo)準(zhǔn)。