谈高速铁路牵引供电系统馈线保护分析

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摘要:本文简单概述了高速铁路牵引供系统的原理，同时分析了牵引供电系统的馈线常见问题，最后总结了牵引供电系统馈线保护的方式，旨在不断深入研究馈线系统的保护，增强牵引供电系统的稳定性。

关键词:高速铁路；牵引供电系统馈线；保护分析

1高速铁路牵引供电系统的概述

1．1电气化铁路牵引供电系统分析通常情况下，这种牵引供电系统包括牵引网、牵引变电所和电力机动车三个部分。一般电力系统向该系统提供三相交流电，再由变电所将该三相交流电转换成单相交流电，最后由牵引网向车辆供电1．2变压器的接线情况高速铁路的变压器要适应单相且变化迅速的负荷情况，就要具备良好的性能，通常变压器具有电容量大、消耗小、负荷强的特点，常用的接线方式有单相、三相、三相－两相几种。单相的接线方式的变压器的接线简单，容量利用率极高，因此需要的出资金投入较少，但是会对电力系统造成很大的影响，对变电所和接触网的供电也存在隐患。三相接线的方式能够供应变电所的用电，同时能够适应不平衡的牵引供电，但是不能实现容量的充分利用。三相－两相的接线方式能够实现容量的100%利用，但是接线较为复杂，需要的设备数量多，还有可能产生电位漂移的情况，因此需要较大的资金投入。1．3牵引供电系统的供电方式常见的供电方式有直接供电、自耦变压器供电、吸流变压器供电和同轴电缆供电几种方式，当前，我国最常用的是AT(自耦变压供电)方式，也有部分选用直接供电与自耦变压供电结合的方式。直接供电就是利用接触网和钢轨构成电气回路，没有其他的防干扰措施，这种方式线路简单，能量损耗小，但是会使钢轨中的部分电流对周围其他的通讯设备造成影响，为了减少这种危害，通常会在自流回路上加回流线，减少电流流失。自耦变压供电能够提供大功率的车辆供电，还能防止对通讯线路的干扰。这种供电方式的电压损失较小，阻抗小，能够为长距离的线路供电。1．4AT供电方式的优点这种供电方式的牵引网电压比额定电压高一倍，将正馈线并入的设计时阻抗有效降低，因此，在同一条件下所损失的电能也会比其他两种方式少;同时，AT供电方式的供电距离比其他方式高出约2倍，能够在大功率的情况下正常供电，有效节约了变电所的投资;另外，这种方式中正馈线与接触网采用并行的方式，因此，交变磁场能够保持平衡，对周围的通信设备的干扰较小，同时也便于后期的检测与维修。

2高速铁路牵引供电系统馈线故障问题

2．1牵引网导线短路故障这种故障包括F－R短路、T－F短路、T－R短路三种。导线的短路故障一般是由于绝缘子受到环境因素的影响造成的。绝缘子长期受到空气中的灰尘污染，绝缘性能不断降低，就会导致线路发生短路故障，通常的情况下是瞬时的电弧短路，但是如果没有对该故障进行及时处理，短路故障部分就会影响周围的线路和设备，最坏的情况就是发生永久性的故障，这样将带来巨大的安全问题和财产损失。2．2牵引网的断线接地故障牵引网的断线故障主要分为正馈线断线和接触断线两种，相比之下，正馈线断线是最常发生的故障情况。正馈线断线问题又包括电源侧悬空时、非点源侧接地故障和非电源侧悬空时、电源测接地故障两种。2．3异相短路故障通常的高速铁路选用单项供电的方式，但是，电力供电系统是采用的三相方式供电，为了使二者相对应，一般会每个一定的距离设置一个分相段，对相邻两个分相段之间提供不同的两相供电。在不能供电的区域采用分相绝缘器，将不同相位的电流隔离。因此，当车辆通过分相区时，就需要进行一系列的人工操作，由于人为因素的不稳定，就容易发生异相短路的故障问题。

3高速铁路牵引供电系统馈线保护方式

3．1电流速断保护这种保护方式一般在近端故障发生时使用，也可以作为自适应距离保护的备用方式。系统因为具有二次谐波封锁功能，因此当车辆变压器发生励磁涌流时可以有良好的保护效果，在线路重负荷的部分可以相应的选择谐波自适应的功能。3．2距离保护这是保护方式是牵引网的主要保护方式。距离保护能够同时反应线路发生故障时电流和电压的变化，如果利用方向阻抗继电保护器，还可以反应相角的状态变化，是一种高灵敏度的保护方式。根据短路点的设置情况，要合理设置该点到保护安装处的阻抗，因此，这一方法又可以同时反映线路的短路现象。这种保护装置主要利用的是阻抗继电器，这种继电器能够随着阻抗的变化而动作。一般情况下，距离保护的范围使随着牵引网的最小阻抗变化，当前最常用的是四边形阻抗特性继电器。3．3过流保护由于车辆的负荷电流会随着行驶的情况发生变化，因此，电流一般不会出现恒定值，而是在一定的范围内进行波动，一旦电流超过限定的范围，这个故障的电流将会一直存在，直到故障解除。所以，可以根据电流的持续情况来鉴别系统的故障，一般过流保护的方式呈现阶梯状。过流保护这种方式的时间和电流的大小具有一定的联系，保护动作的时间长度随着电流的增加而减少，二者之间存在一定的曲线关系，这种保护方式一般能够将全部的线路进行保护，一般将这种方式作为系统馈线的备用保护方式，在使用这种方式时，要注意不能超过最大的电流负荷。3．4自动重合闸如果在系统中设置重合闸命令，一旦系统的馈线之间瞬间性故障发生，系统就会发出重合闸的命令，保证一定的重合闸时间内系统的安全;一旦系统发生了永久性故障，系统就会自动重合闸，通过部分电路阻抗段和过电流的保护，将故障路段而定线路自动切除。系统中还要设置可供重合闸进行灵活充电的时间，以此来确保热工人工进行合闸的安全。如果重合闸没有成功，系统会自动将手动合闸功能封锁。自动重合闸还包括延迟和快速两种方式。(1)快速自动重合闸。这种方式的原理是:如果系统的自动重合闸的功能开启，馈线发生故障就会将故障的检测和快速自动重合闸的执行功能同时开放，并分别具有一定的周期。一旦系统在制定的周期内有跳闸命令发出，那么，系统就会自动进入到延时等待的状态。如果在延时等待阶段顺利完成，就说明系统在保护跳闸的功能已经完成，断路器就会重新发出合闸指示，复原到最初的计时状态，这一阶段也顺利玩成，就意味着整个动作已经完成，系统又进入到新一轮的循环。(2)延迟自动重合闸。快速自动重合闸命令的执行时间内，如果故障没有解除，系统就会将原来的复原倒计时取消，发出跳闸命令而进入合闸倒计时状态，计时结束后系统就会重新进行一次合闸动作。合闸延迟动作的指示发出后，系统又进入复原的倒计时状态，在该状态系统故障如果解除，那么此次循环结束，如果失败，就发出合闸失败的指示。3．5电流增量保护距离保护的方式适合在牵引网发生故障的时候使用，但是，系统一旦发生高阻抗接地的故障，距离保护的方式就不能正常使用，因为其阻抗通常会比正常情况下高出几十倍，这时候就可以使用电流增量保护的方式，这种保护的原理是:利用高速铁路的大电感，通过短时间内的电流的增量差异来形成正常或故障情况下的馈线保护的方式。

4结束语

高速铁路是我国重要的交通组成部分，在科学技术发展过程中，要不断进行创新，解决牵引供电系统中馈线的故障问题。在问题分析的同时，还要进行线路和设备的改革，通过引进高性能的馈线布置和保护方式，不断优化我国的铁路系统，促进我国铁路交通运输事业的高速发展。

参考文献

［1］刘淑萍．高速铁路牵引供电系统继电保护研究［D］．西南交通大学，2015．

［2］易志兴．高速铁路牵引供电系统单芯电缆接地保护方式研究［D］．西南交通大学，2016．

［3］王科．高速铁路牵引供电系统动态建模及电能质量分析［D］．西南交通大学，2015．

［4］孙震洋．高速铁路牵引供电系统运行方式研究［D］．西南交通大学，2014．

［5］王佩刚．高速铁路牵引供电系统继电保护研究［J］．中国高新技术企业，2017(02):104－105．

［6］蒙朝．高速铁路牵引供电系统相关问题的分析［J］．通讯世界，2014(02):98－99．

作者:余永胜  单位:中铁五局集团电务城通工程有限责任公司