摘要：高速鐵路作為快捷舒適、超大運量、低碳環保的運輸方式已經成為世界鐵路發展的重要趨勢，是解決客運供需矛盾的重要手段之一。隨著京廣高鐵的投入運營，我國的高鐵建設獲得了跨越式的發展，為經濟社會的發展注入了強大的運輸動力。而電力供電系統是高鐵的核心組成部分，其為列車提供信號和通信供電，重要性不言而喻。本文首先對高鐵電力供電系統進行了概述，然后分析了其系統組成和供電原則，重點介紹了電力遠動控制系統的相關要點，最后對應急電源的選擇進行了說明。

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　　一、高速鐵路電力供電系統概述

　　高速鐵路電力供電系統為除列車牽引供電以外的所有鐵路設施供電，包括鐵路沿線信號電源、通信電源等一級負荷和動力照明等二、三級負荷的供電任務。

　　鐵路供配電系統是從地方變電站接引兩路10kV(35kV)電源，通過鐵路變配電所向鐵路車站、區間負荷供電，鐵路變配電所的間距40—60km，個別區段長達80—90km。高速鐵路區間每隔3km左右有一處負荷點，負荷類型為通信、信號、防災設備等一級負荷及區間攝像機等二級負荷。從變配電所饋出2條l0kV電力線路，沿鐵路敷設向其供電，該電力線路被稱為貫通線，一條稱一級負荷貫通線，另一條稱綜合負荷貫通線，貫通線兩端的鐵路變配電所通過貫通饋線高壓開關柜內電壓互感器與斷路器聯鎖均能為其供電。

　　二、高速鐵路電力供電系統的組成及供電原則

　　(一)系統組成

　　高速鐵路電力系統由鐵路沿線變配電所、10KV貫通電力線路、低壓配電系統及箱式變、室外照明、動力配線、機電設備監控系統、消防自動報警系統、防雷接地等配套電力設施組成。

　　(二)供電原則

　　1、電力供電系統必須滿足客運專線安全、可靠供電的要求，并滿足免維護、少維修、10kV及以上變配電所無人值守的原則要求。

　　2、為保證各用電設備的可靠安全用電，電力供電系統應保證各級供配電系統的相互匹配，除發生大面積自然災害( 如地震、戰爭、電網崩潰等) 或故意損壞外，其可靠性滿足每天24h的運輸需要( 含“維修天窗”時間) 。

　　3、電力供電系統的主要設備標準為模數化、標準化、免維護、少維修。

　　4、電力供電系統與鐵路行車和運輸安全密切相關，所有客運專線各個等級負荷的電源均自電力供電系統接引。

　　5、與行車相關的一級負荷或重要負荷至少從供電網絡接取2路獨立電源。

　　三、電力遠動控制系統

　　(一)系統介紹

　　高速鐵路10kV電力遠動系統是利用計算機、網絡和通信技術，結合鐵路電力系統的實際，對鐵路沿線10kV 配電所、車站10/0.4 變電所及貫通電力線路實現綜合自動化監控的系統。該系統能夠對高、低電壓、電流、有功功率、無功功率及功率因數等參數進行實時監測，實現電力網絡運行狀況的動態顯示和遠程控制，對線路故障性質可以進行自動判斷、切除等功能。電力遠動系統結構見下圖。

　　

 

　　電力遠動系統結構示意圖

　　(二)調度主站硬件系統

　　電力遠動調度主站完成調度員人機交互功能，它為調度員執行運行操作提供了所有入口：顯示各種監控畫面、變配電所接線圖、系統配置斟、實時數據和信息、生產報表管理、告警信息、各種曲線，并具有歷史數據查詢功能;變配電所監控和管理、通信信號電源監控、貫通線分段開關監控等，也是通過工作站的人機交互完成。

　　電力調度主站采用客戶/服務器訪問方式，能有效地使用網絡和各單元的CPU資源，防止功能分布不當而引起通信的“瓶頸”效應。系統采用平銜式雙以太網結構，正常情況下雙網同時工作，自動動態平衡雙網負荷。當某一網絡故障時，非故障網絡能自動接管系統中所有網絡負荷，確保系統正常運行，并實現單網故障情況下系統數據不丟失。

　　(三)通信系統

　　通信系統是電力遠動系統的基礎，也是電力遠動系統的關鍵組成部分，高速鐵路和常速鐵路通信網使用光同步數字傳輸網(SDH)，電力遠動系統通道采用基于SDH的數字通道，根據接入SDH傳輸網的不同方式，電力遠動的通道應用有四種模式。

　　1、基于低速異步數字接口的通信

　　SDH網的接入設備能夠提供低速同步/異步信號的插板稱為數字接口板(DIB)，DIB接入網提供小于64Kbit/s的同步/異步子速率數據，可以直接用作電力遠動系統的通信通道。

　　該接入網方案實質上是數字專線的通信方式，具有可靠性高、效率高的優點，缺點是需要運營商提供DIB接口板，傳輸速率低，當采用Rs-232接口時只能實現點對點通信，當采用Rs-485接口時，可以實現類似Rs-485總線的通信效果。現在鐵路電力遠動基本不采用該方案。

　　2、基于IP的數字專線

　　接入網采用網橋方案，即在SDH設備外置IP轉換器，采用通用網橋/PPP/，連續虛級聯技術，占用n×64K/E1專用電路，實現數字業務的接口轉換和點對點透傳功能，這一方案兼容各種SDH設備，具有專用帶寬、天然隔離，但只能用于點對點傳輸。

　　3、基于路由器方式

　　該方案采用路由器，能提供各節點之間的包交換能力，實現任意點之間的數據交換，網絡側接入能力和擴展能力都得到顯著提高;各路由器之問組成一個環形通道，環的一側故障時，數據可以自動“選徑”經過另一側傳輸，提高了通信系統的可靠性。缺點是由于采用路由器，需要解讀IP包頭來決定數據的傳輸目的，傳輸速率會有所下降。

　　4、數據網方式

　　高速鐵路設置基于SDH的數據網，數據網除能夠傳輸電力遠動數據外，還承載綜合視頻監控系統、動力及環境監控系統等業務，并為辦公系統預留網絡接入條件。

　　數據網系統采用TCP/IP協議，為用戶提供10M/100M和2Mb/S等靈活的接入手段，根據用戶不同帶寬要求，支持靈活的帶寬分割技術，接入層設備能提供16個等級的限速。在專網專用的結構下可提供面向連接的網絡層專線服務和交換型數據業務互聯服務。

　　由于基于SDH的數據網具有巨大優勢，高速鐵路電力遠動一般采用該網絡結構，在高速鐵路電力遠動的每一被控端向通信專業申請1路2M帶寬的TCP/IP網絡接口，調度主站申請2路2M帶寬的TCP/IP網絡接口，通信專業對整個數據網進行監控管理，確保通信通道可靠性。

　　(四)線路故障時的數據分析及故障測距

　　1、數據分析

　　目前，高鐵10kV 貫通電力線路相鄰所間的供電一般采用接力式供電方式，如下圖所示，由甲所供電到乙所，乙所供電到丙所，依次類推。

　　

 

　　電力線路供電示意圖

　　通常情況下，配電所貫通線路采用的保護及自動裝置有速斷保護、過流保護及失壓保護，一次自動重合閘和自動投入裝置。由速斷保護和過流保護完成對饋出線的保護工作，由失壓保護、一次自動重合閘、自動投入裝置完成對饋出線供電的恢復功能。

　　當高壓電力線路發生故障時，根據線路故障性質及配電所線路保護模塊的動作情況，各配電所及開關站數據變化如下：

　　(1)當線路發生瞬時故障時，只有主送所會過流或速斷保護動作。此時，無論主送所自動重合閘動作還是備用所自動投入裝置動作，均能送電成功，因此從主送所到故障點各開關分別感受到一次過電流，故障點另一側各開關都沒有感受到過電流。

　　(2)主、備所均設有過流、速斷保護及相應一次重合閘和備自投功能。當線路發生永久性故障時，主送所過流或速斷保護動作，然后備用所產生一次備自投、主送所產生一次自動重合閘動作或備用所先產生一次備自投后再產生一次自動重合閘動作。無論設定的方式如何，在重合或者備自投后必定會后加速跳開。在設置重合閘的一端到故障點各開關必定感受到兩次過電流，故障點另一側各開關只感受到一次過電流。

　　(3)主、備所均設有過流、速斷保護，且只在備用所設定了備自投而在主、備所均無重合閘。

　　當線路中某點發生永久性短路，主送所過流或速斷保護動作后，備用所備自投動作后必定會后加速跳開。這時線路上各開關都感受到一次過電流，但由于備自投有一定的時間延時，在故障點兩端的開關感受到的過電流時刻是不同的。

　　根據以上數據變化分析，在線路故障時，應當采集各開關站高壓電流值，并要求帶有故障時刻的時標。

　　2、故障測距

　　目前，高速鐵路電力貫通線均采用電纜線路，整條線路參數穩定，這就為電力線路的故障測距提供了有利條件：

　　(1)可以通過配電所采集到的短路電流值進行計算，得到短路點至保護處所的線路阻抗，進而根據電纜線路的單位阻抗算出故障距離。

　　(2)貫通線路行波故障測距技術可作為借鑒和使用。行波故障測距是指當線路發生故障時，在故障點產生向線路兩端運動的電壓、電流行波虛擬電源，通過行波傳播速度和行波到達兩端的時間，計算故障點的位置。行波傳播的速度接近電磁波的速度，其具體速度取決于線路分布參數。行波傳輸的時間由行波故障測距裝置采集計算。

　　四、應急電源的選擇

　　高速鐵路供電的電源一旦事故中斷供電，將會造成重大的政治影響或經濟損失，然而電力故障突發性強，往往不以人們的意志為轉移，因為無論供電部門管理得再嚴格，電網設施再先進，斷電也在所難免。

　　近年來鐵路供電系統的運行實踐經驗證明，從電力網引接兩回路電源進線加備用自投的供電方式，不能滿足一級負荷中特別重要負荷對供電可靠性及連續性的要求，有的發生全部停電事故是由內部故障引起，有的是由電力網故障引起，因地區大電力網在主網電壓上部是并網的，所以鐵路部門無論從電網取幾回電源進線，也無法得到嚴格意義上的兩個獨立電源。因此，電力網的各種故障，可能引起全部電源進線同時失去電源，造成停電事故。

　　始發站或大型中間站備用容量較大，上下車人員較多，因此宜采用三路10kV系統電源、接觸網取電或發電機備用方案，如全線設雙回電力貫通線(或貫通線+接觸網)，各站特別重要的一級負荷接于電力貫通線的一級負荷變壓器，由于變壓器電源來自不同配電所，具備三路電源條件，完全滿足供電可靠性要求，不另設備用電源設備。如全線不設貫通線，則其它各站備用電源容量較小，應急照明及消防報警則采用EPS作為備用電源。各站通信、信號等電子設備則宜采用UPS或蓄電池作備用電源。

　　結語

　　電力供電系統是確保調度指揮、信號、通信、旅客服務等系統重要負荷安全、可靠、不間斷運行的基礎設施，其重要性顯而易見。而鐵路電力遠動技術作為電力供電系統的關鍵技術，代表著當今鐵路電力的發展方向，為鐵路電力發展向著自動化、無人化趨勢邁進打下了堅實的基礎。

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