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摘要:本文簡(jiǎn)單概述了高速鐵路牽引供系統(tǒng)的原理，同時(shí)分析了牽引供電系統(tǒng)的饋線常見問題，最后總結(jié)了牽引供電系統(tǒng)饋線保護(hù)的方式，旨在不斷深入研究饋線系統(tǒng)的保護(hù)，增強(qiáng)牽引供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞:高速鐵路；牽引供電系統(tǒng)饋線；保護(hù)分析

1高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的概述

1．1電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)分析通常情況下，這種牽引供電系統(tǒng)包括牽引網(wǎng)、牽引變電所和電力機(jī)動(dòng)車三個(gè)部分。一般電力系統(tǒng)向該系統(tǒng)提供三相交流電，再由變電所將該三相交流電轉(zhuǎn)換成單相交流電，最后由牽引網(wǎng)向車輛供電1．2變壓器的接線情況高速鐵路的變壓器要適應(yīng)單相且變化迅速的負(fù)荷情況，就要具備良好的性能，通常變壓器具有電容量大、消耗小、負(fù)荷強(qiáng)的特點(diǎn)，常用的接線方式有單相、三相、三相－兩相幾種。單相的接線方式的變壓器的接線簡(jiǎn)單，容量利用率極高，因此需要的出資金投入較少，但是會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)造成很大的影響，對(duì)變電所和接觸網(wǎng)的供電也存在隱患。三相接線的方式能夠供應(yīng)變電所的用電，同時(shí)能夠適應(yīng)不平衡的牽引供電，但是不能實(shí)現(xiàn)容量的充分利用。三相－兩相的接線方式能夠?qū)崿F(xiàn)容量的100%利用，但是接線較為復(fù)雜，需要的設(shè)備數(shù)量多，還有可能產(chǎn)生電位漂移的情況，因此需要較大的資金投入。1．3牽引供電系統(tǒng)的供電方式常見的供電方式有直接供電、自耦變壓器供電、吸流變壓器供電和同軸電纜供電幾種方式，當(dāng)前，我國(guó)最常用的是AT(自耦變壓供電)方式，也有部分選用直接供電與自耦變壓供電結(jié)合的方式。直接供電就是利用接觸網(wǎng)和鋼軌構(gòu)成電氣回路，沒有其他的防干擾措施，這種方式線路簡(jiǎn)單，能量損耗小，但是會(huì)使鋼軌中的部分電流對(duì)周圍其他的通訊設(shè)備造成影響，為了減少這種危害，通常會(huì)在自流回路上加回流線，減少電流流失。自耦變壓供電能夠提供大功率的車輛供電，還能防止對(duì)通訊線路的干擾。這種供電方式的電壓損失較小，阻抗小，能夠?yàn)殚L(zhǎng)距離的線路供電。1．4AT供電方式的優(yōu)點(diǎn)這種供電方式的牽引網(wǎng)電壓比額定電壓高一倍，將正饋線并入的設(shè)計(jì)時(shí)阻抗有效降低，因此，在同一條件下所損失的電能也會(huì)比其他兩種方式少;同時(shí)，AT供電方式的供電距離比其他方式高出約2倍，能夠在大功率的情況下正常供電，有效節(jié)約了變電所的投資;另外，這種方式中正饋線與接觸網(wǎng)采用并行的方式，因此，交變磁場(chǎng)能夠保持平衡，對(duì)周圍的通信設(shè)備的干擾較小，同時(shí)也便于后期的檢測(cè)與維修。

2高速鐵路牽引供電系統(tǒng)饋線故障問題

2．1牽引網(wǎng)導(dǎo)線短路故障這種故障包括F－R短路、T－F短路、T－R短路三種。導(dǎo)線的短路故障一般是由于絕緣子受到環(huán)境因素的影響造成的。絕緣子長(zhǎng)期受到空氣中的灰塵污染，絕緣性能不斷降低，就會(huì)導(dǎo)致線路發(fā)生短路故障，通常的情況下是瞬時(shí)的電弧短路，但是如果沒有對(duì)該故障進(jìn)行及時(shí)處理，短路故障部分就會(huì)影響周圍的線路和設(shè)備，最壞的情況就是發(fā)生永久性的故障，這樣將帶來巨大的安全問題和財(cái)產(chǎn)損失。2．2牽引網(wǎng)的斷線接地故障牽引網(wǎng)的斷線故障主要分為正饋線斷線和接觸斷線兩種，相比之下，正饋線斷線是最常發(fā)生的故障情況。正饋線斷線問題又包括電源側(cè)懸空時(shí)、非點(diǎn)源側(cè)接地故障和非電源側(cè)懸空時(shí)、電源測(cè)接地故障兩種。2．3異相短路故障通常的高速鐵路選用單項(xiàng)供電的方式，但是，電力供電系統(tǒng)是采用的三相方式供電，為了使二者相對(duì)應(yīng)，一般會(huì)每個(gè)一定的距離設(shè)置一個(gè)分相段，對(duì)相鄰兩個(gè)分相段之間提供不同的兩相供電。在不能供電的區(qū)域采用分相絕緣器，將不同相位的電流隔離。因此，當(dāng)車輛通過分相區(qū)時(shí)，就需要進(jìn)行一系列的人工操作，由于人為因素的不穩(wěn)定，就容易發(fā)生異相短路的故障問題。

3高速鐵路牽引供電系統(tǒng)饋線保護(hù)方式

3．1電流速斷保護(hù)這種保護(hù)方式一般在近端故障發(fā)生時(shí)使用，也可以作為自適應(yīng)距離保護(hù)的備用方式。系統(tǒng)因?yàn)榫哂卸沃C波封鎖功能，因此當(dāng)車輛變壓器發(fā)生勵(lì)磁涌流時(shí)可以有良好的保護(hù)效果，在線路重負(fù)荷的部分可以相應(yīng)的選擇諧波自適應(yīng)的功能。3．2距離保護(hù)這是保護(hù)方式是牽引網(wǎng)的主要保護(hù)方式。距離保護(hù)能夠同時(shí)反應(yīng)線路發(fā)生故障時(shí)電流和電壓的變化，如果利用方向阻抗繼電保護(hù)器，還可以反應(yīng)相角的狀態(tài)變化，是一種高靈敏度的保護(hù)方式。根據(jù)短路點(diǎn)的設(shè)置情況，要合理設(shè)置該點(diǎn)到保護(hù)安裝處的阻抗，因此，這一方法又可以同時(shí)反映線路的短路現(xiàn)象。這種保護(hù)裝置主要利用的是阻抗繼電器，這種繼電器能夠隨著阻抗的變化而動(dòng)作。一般情況下，距離保護(hù)的范圍使隨著牽引網(wǎng)的最小阻抗變化，當(dāng)前最常用的是四邊形阻抗特性繼電器。3．3過流保護(hù)由于車輛的負(fù)荷電流會(huì)隨著行駛的情況發(fā)生變化，因此，電流一般不會(huì)出現(xiàn)恒定值，而是在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行波動(dòng)，一旦電流超過限定的范圍，這個(gè)故障的電流將會(huì)一直存在，直到故障解除。所以，可以根據(jù)電流的持續(xù)情況來鑒別系統(tǒng)的故障，一般過流保護(hù)的方式呈現(xiàn)階梯狀。過流保護(hù)這種方式的時(shí)間和電流的大小具有一定的聯(lián)系，保護(hù)動(dòng)作的時(shí)間長(zhǎng)度隨著電流的增加而減少，二者之間存在一定的曲線關(guān)系，這種保護(hù)方式一般能夠?qū)⑷康木€路進(jìn)行保護(hù)，一般將這種方式作為系統(tǒng)饋線的備用保護(hù)方式，在使用這種方式時(shí)，要注意不能超過最大的電流負(fù)荷。3．4自動(dòng)重合閘如果在系統(tǒng)中設(shè)置重合閘命令，一旦系統(tǒng)的饋線之間瞬間性故障發(fā)生，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出重合閘的命令，保證一定的重合閘時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)的安全;一旦系統(tǒng)發(fā)生了永久性故障，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)重合閘，通過部分電路阻抗段和過電流的保護(hù)，將故障路段而定線路自動(dòng)切除。系統(tǒng)中還要設(shè)置可供重合閘進(jìn)行靈活充電的時(shí)間，以此來確保熱工人工進(jìn)行合閘的安全。如果重合閘沒有成功，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將手動(dòng)合閘功能封鎖。自動(dòng)重合閘還包括延遲和快速兩種方式。(1)快速自動(dòng)重合閘。這種方式的原理是:如果系統(tǒng)的自動(dòng)重合閘的功能開啟，饋線發(fā)生故障就會(huì)將故障的檢測(cè)和快速自動(dòng)重合閘的執(zhí)行功能同時(shí)開放，并分別具有一定的周期。一旦系統(tǒng)在制定的周期內(nèi)有跳閘命令發(fā)出，那么，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)進(jìn)入到延時(shí)等待的狀態(tài)。如果在延時(shí)等待階段順利完成，就說明系統(tǒng)在保護(hù)跳閘的功能已經(jīng)完成，斷路器就會(huì)重新發(fā)出合閘指示，復(fù)原到最初的計(jì)時(shí)狀態(tài)，這一階段也順利玩成，就意味著整個(gè)動(dòng)作已經(jīng)完成，系統(tǒng)又進(jìn)入到新一輪的循環(huán)。(2)延遲自動(dòng)重合閘。快速自動(dòng)重合閘命令的執(zhí)行時(shí)間內(nèi)，如果故障沒有解除，系統(tǒng)就會(huì)將原來的復(fù)原倒計(jì)時(shí)取消，發(fā)出跳閘命令而進(jìn)入合閘倒計(jì)時(shí)狀態(tài)，計(jì)時(shí)結(jié)束后系統(tǒng)就會(huì)重新進(jìn)行一次合閘動(dòng)作。合閘延遲動(dòng)作的指示發(fā)出后，系統(tǒng)又進(jìn)入復(fù)原的倒計(jì)時(shí)狀態(tài)，在該狀態(tài)系統(tǒng)故障如果解除，那么此次循環(huán)結(jié)束，如果失敗，就發(fā)出合閘失敗的指示。3．5電流增量保護(hù)距離保護(hù)的方式適合在牽引網(wǎng)發(fā)生故障的時(shí)候使用，但是，系統(tǒng)一旦發(fā)生高阻抗接地的故障，距離保護(hù)的方式就不能正常使用，因?yàn)槠渥杩雇ǔ?huì)比正常情況下高出幾十倍，這時(shí)候就可以使用電流增量保護(hù)的方式，這種保護(hù)的原理是:利用高速鐵路的大電感，通過短時(shí)間內(nèi)的電流的增量差異來形成正常或故障情況下的饋線保護(hù)的方式。

4結(jié)束語

高速鐵路是我國(guó)重要的交通組成部分，在科學(xué)技術(shù)發(fā)展過程中，要不斷進(jìn)行創(chuàng)新，解決牽引供電系統(tǒng)中饋線的故障問題。在問題分析的同時(shí)，還要進(jìn)行線路和設(shè)備的改革，通過引進(jìn)高性能的饋線布置和保護(hù)方式，不斷優(yōu)化我國(guó)的鐵路系統(tǒng)，促進(jìn)我國(guó)鐵路交通運(yùn)輸事業(yè)的高速發(fā)展。

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作者:余永勝  單位:中鐵五局集團(tuán)電務(wù)城通工程有限責(zé)任公司