摘要：中國從改革開放至今經(jīng)歷了四十年的發(fā)展期，在這四十年間我國從一個(gè)落后的農(nóng)業(yè)國變成了如今高速發(fā)展的工業(yè)國家，而電氣化鐵路的建設(shè)也隨之取得了前所未有的突破。就目前來看，我國的電氣化鐵路發(fā)展正在迎來全新的挑戰(zhàn)，如何保證其運(yùn)營性能已經(jīng)不再是我們需要考慮的問題。怎樣提高電氣化鐵路的穩(wěn)定性、確保其能夠更好的為人民服務(wù)才是我們研究的重點(diǎn)。

　　關(guān)鍵詞：電氣化鐵路;牽引供電系統(tǒng);研究現(xiàn)狀;在線監(jiān)測;關(guān)鍵性技術(shù)

　　1我國電氣化鐵路以及相關(guān)系統(tǒng)的綜述

　　我國電氣化鐵路的安全牽引供電系統(tǒng)的出現(xiàn)主要是因?yàn)殡姎饣�鐵路所需要的安全電能太大，而我國的電氣化鐵路本身卻沒有辦法承載相關(guān)的電能所產(chǎn)生的特殊電流能量。我國電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)主要是通過鐵路牽引變電所，以及安全牽引網(wǎng)這兩個(gè)部分共同組成的，其中的鐵路牽引變電所要依據(jù)真實(shí)用電需求來轉(zhuǎn)變電力，通常利用的牽引變電所主要是由開閉所、分區(qū)亭以及電氣化牽引變電器等相關(guān)的牽引變電安全儀器所共同構(gòu)成，而我們使用的牽引網(wǎng)主要是把牽引變電所中所有轉(zhuǎn)換的電力安全供應(yīng)到對應(yīng)的行動電機(jī)動車上，牽引網(wǎng)主要是由電壓接觸網(wǎng)、正反饋電線、軌道回路和相關(guān)的回流線路共同構(gòu)成的。通常情況下，主要的鐵路牽引供電系統(tǒng)是通過自耦變壓器供電形式、吸流變壓器以及帶回流線供電方式等五種供電方式組成，根據(jù)相關(guān)的真實(shí)電力需求狀況合理、有效地選擇恰當(dāng)?shù)陌踩�供電方式�?/p>

　　電氣方向?qū)＠�知識：評電氣職稱有沒有專利規(guī)定

　　2牽引供電系統(tǒng)供電方式概述

　　就目前來看，世界范圍內(nèi)的高速鐵路建設(shè)已經(jīng)取得了十分可觀的成效，高速鐵路中的牽引供電系統(tǒng)也成為了人們關(guān)注和研究的重點(diǎn)內(nèi)容。這種牽引供電系統(tǒng)一般可以分成兩部分來分析，分別是變電站和接觸網(wǎng)，二者共同配合共同運(yùn)行才能確保牽引供電的正常進(jìn)行。而變電所作為牽引供電系統(tǒng)的核心部分，其主要負(fù)責(zé)的就是將電網(wǎng)中的三相高壓電轉(zhuǎn)變成高速鐵路運(yùn)行所需要的電能并且進(jìn)行降壓供電。另外，變電站還需要將轉(zhuǎn)換完成的電能輸送到接觸網(wǎng)中，確保電力機(jī)車能夠從中調(diào)用電能維持正常運(yùn)行。而為了確保電能調(diào)用的穩(wěn)定性，我們還需要對接觸網(wǎng)的運(yùn)行進(jìn)行研究，其可以稱作是電能輸送的橋梁和媒介。

　　不難看出，接觸網(wǎng)能夠承受電能的多少將會影響到電力機(jī)車的運(yùn)行情況，因此我們必須要采取相應(yīng)的方法保證接觸網(wǎng)的供電和承載電能的能力，從而提高高速鐵路的運(yùn)行效率和質(zhì)量。在設(shè)計(jì)接觸網(wǎng)的過程中，需要考慮到電力機(jī)車運(yùn)行可能造成的機(jī)械振動以及巨大的沖擊力，采取措施進(jìn)行抵消和處理，防止其對穩(wěn)定供電造成影響，保證接觸網(wǎng)的正常性能。另外，從供電電壓的角度來看，中國的電力網(wǎng)絡(luò)普遍采取的是單相50赫茲的交流供電方式，電網(wǎng)輸出的電流電壓通常為220千伏或者110千伏，而牽引供電系統(tǒng)的變電所接收到的正是這種高壓電。牽引供電系統(tǒng)的變電站通常會借助變壓器等設(shè)備對高壓電進(jìn)行處理，而后將電流輸入到接觸網(wǎng)中。通常來說，變電站需要為機(jī)車母線提供的電壓為二十五千伏，因此電力機(jī)車、接觸網(wǎng)等配套設(shè)備的額定電壓也為二十五千伏，但是目前我國大部分的高速鐵路供電電壓都是110千伏，這就使得很多接觸網(wǎng)和配套設(shè)備的工作電壓都與額定電壓有較大的出入，很容易造成配套設(shè)備的運(yùn)行問題。

　　3電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

　　3.1電元子的流向問題

　　電流的負(fù)序是通過牽引電路改換方式接入電力供電網(wǎng)絡(luò)，有許多隱秘的未知的因素造成的，負(fù)序電流會導(dǎo)致變壓器溫度增高，隨之會改變變壓器的載量;第二，電網(wǎng)中的電能質(zhì)量會隨之減少;第三，電線路會發(fā)生相應(yīng)的問題，這是應(yīng)該提前考慮到的。

　　3.2沒有功率的問題

　　科技的變遷，新型電力機(jī)車的普及，大量機(jī)車的做功會不斷增加，雖然還存在許多無法協(xié)調(diào)的問題因素，如機(jī)械的老化使從電網(wǎng)接收了大量無用的功率，做功問題仍有漏洞。除此之外。牽引網(wǎng)和牽引變壓器的影響，也會使相關(guān)機(jī)械的做功降低，從而影響整個(gè)電力網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。

　　4電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)研究的關(guān)鍵性技術(shù)

　　4.1提高牽引變電所可靠性

　　第一，必須要確保設(shè)備的整體質(zhì)量從而避免出現(xiàn)過多的故障。牽引供電系統(tǒng)本身是各種設(shè)備和設(shè)施的總稱，只有提高了各個(gè)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)營穩(wěn)定性，牽引供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性才能得到保證，基礎(chǔ)性設(shè)備的質(zhì)量存在問題的情況下，工作人員進(jìn)行再多的維護(hù)工作也只能是徒勞無功，因此我們還需要從設(shè)備本身入手。具體來說，需要每隔一段時(shí)間對設(shè)備進(jìn)行更新和檢查，充分的了解和掌握不同設(shè)備的運(yùn)行時(shí)長以及其故障情況，避免牽引供電系統(tǒng)中存在超年限運(yùn)行的設(shè)備和零件;加大力度進(jìn)行設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)工作，牽引供電系統(tǒng)的大部分設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境都比較復(fù)雜，且外界因素非常惡劣，這就使得很多設(shè)備的故障率比較高而且使用壽命都比較短，在這種情況下及時(shí)的進(jìn)行維護(hù)就顯得尤為重要;一旦在檢修中發(fā)現(xiàn)了某部分設(shè)備的損壞問題，必須要第一時(shí)間進(jìn)行處理，但同時(shí)需要考慮到經(jīng)濟(jì)投入方面的問題，必須要根據(jù)實(shí)際情況選擇最合理的處理方案，比如某些情況下只需要更換零件就可以維持正常運(yùn)行，就不必對整個(gè)設(shè)備進(jìn)行更換，只有這樣才能更好的保障高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的整體效益。

　　第二，牽引供電系統(tǒng)的變電所一般情況下都是利用雙進(jìn)供電法為牽引接觸網(wǎng)提供電能。而牽引供電系統(tǒng)本身是不具備發(fā)電功能的，其所有的電力能源都來自于國家電網(wǎng)，因此在國家電網(wǎng)的穩(wěn)定性出現(xiàn)問題的時(shí)候，牽引供電系統(tǒng)必定會發(fā)生同樣的問題。在這種情況下，牽引供電系統(tǒng)的維護(hù)已經(jīng)無法解決問題，這是目前我們必須要面對的一個(gè)難題，為了解決這種問題，我們需要盡可能的采取多回路供電法，也就是說同時(shí)安排多個(gè)電力來源以避免牽引供電系統(tǒng)發(fā)生癱瘓。

　　4.2提高牽引網(wǎng)可靠性

　　中國的鐵路網(wǎng)絡(luò)建設(shè)在世界范圍內(nèi)都是占據(jù)前列的，但是同時(shí)，受到復(fù)雜地形地貌以及多種氣候區(qū)的影響，我國電氣化鐵路的建設(shè)目前還不能做到盡善盡美，仍舊存在諸多問題亟待解決。比如說牽引供電系統(tǒng)的備用系統(tǒng)不足，沒有多余的備用供電體系可以做到未雨綢繆，在這種情況下我們必須要盡一切努力確保牽引接觸網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，具體來說我們可以通過以下幾種措施保證牽引網(wǎng)的可靠性：第一，牽引接觸網(wǎng)的很大一部分結(jié)構(gòu)都是直接暴露在外的，外界的天氣因素以及氣候因素很可能對其質(zhì)量產(chǎn)生不可忽視的影響，因此我們必須要保證牽引網(wǎng)的耐腐蝕性，從硬件設(shè)備質(zhì)量以及抗腐蝕處理兩方面入手，選擇優(yōu)質(zhì)的電網(wǎng)材料、做好額外的處理，通過電鍍等方式提高牽引網(wǎng)結(jié)構(gòu)應(yīng)對外界影響的能力。第二，牽引網(wǎng)是變電所與電力機(jī)車之間傳遞電能的橋梁，承擔(dān)著十分重要的責(zé)任，因此我們必須要保證牽引網(wǎng)的每一個(gè)零件的質(zhì)量。在購進(jìn)特殊零件的時(shí)候，需要記錄其生產(chǎn)批號和生產(chǎn)商，這樣一來在發(fā)生故障的時(shí)候才能夠追尋到其來源，并且找到安裝責(zé)任人進(jìn)行及時(shí)的補(bǔ)救和處理。

　　4.3提升電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)的安全分析對策

　　就目前情況來看，我國電氣化鐵路建設(shè)在初期的運(yùn)量普遍不高，安全供電系統(tǒng)的供電能力也沒有得到更加豐富的利用，這也就形成了建設(shè)資源上的極大浪費(fèi)。所以，項(xiàng)目中相關(guān)的技術(shù)操作人員應(yīng)該對電氣化鐵路的安全牽引供電容量逐漸優(yōu)化的問題不斷展開深入的分析討論，確保該系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運(yùn)行的同時(shí)，也盡可能地減少相關(guān)方面的資本投入，實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的最大化。雖然對于電氣化鐵路供電牽引操作系統(tǒng)的安全可靠性討論和分析的舉措，以及相關(guān)思路都已經(jīng)逐漸完善和健全，但是鐵路整體的牽引供電系統(tǒng)同樣存在著很大的安全問題和一系列的挑戰(zhàn)，這樣就容易導(dǎo)致電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)不能夠及時(shí)依照預(yù)期討論和分析把電力不斷傳輸?shù)诫娷噭恿�組，進(jìn)一步可以確保我國電氣化鐵路的安全運(yùn)行日常工作。

　　所以，一定要采取有效的措施來提升電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)的安全可靠性，進(jìn)一步確保電力動車組需要消耗的電量應(yīng)該得到滿足。為了更好地得到我國電氣化鐵路供電牽引系統(tǒng)安全可靠性分析討論的結(jié)果，一定要確保鐵路的牽引變電器以及牽引網(wǎng)的安全設(shè)備的質(zhì)量水平，逐漸降低安全故障的發(fā)生概率，提升鐵路設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)和要求，使得我國鐵路牽引供電系統(tǒng)各種部分的零件、元件的安全質(zhì)量超過標(biāo)準(zhǔn)要求，從而可以在最大限度上減少很多不必要的安全故障發(fā)生，進(jìn)一步有效地提升我國電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)的安全可靠性能。

　　4.4對各供電設(shè)備模塊實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測

　　在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成：

　　1、信號的變送一一一般由相應(yīng)的傳感器來完成，從電氣設(shè)備上檢測出那些反映設(shè)備狀態(tài)的物理量，并將其轉(zhuǎn)換為合適的電信號，傳送到后續(xù)單元。它對監(jiān)測信號起著觀測和讀數(shù)的作用。

　　2、信號的處理一一對傳感器變送來的信號進(jìn)行預(yù)處理，對干擾信號進(jìn)行抑制。

　　3、數(shù)據(jù)采集一一進(jìn)行月轉(zhuǎn)換

　　4、信號的傳輸一一將采集到的信號傳送到后續(xù)單元，對固定型的監(jiān)測系統(tǒng)，須配置專門的信號傳送單元對便攜式的監(jiān)測裝置只需要對信號進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖儞Q和隔離。

　　5、數(shù)據(jù)處理一一對所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，如讀取特征值，并作必要的分析，為故障診斷提供有效的數(shù)據(jù)和信息。

　　6、故障診斷

　　高速電氣化鐵道牽引變電所綜合自動化系統(tǒng)的高壓設(shè)備絕緣在線監(jiān)測模塊包括對變電所的變壓器、高壓斷路器、避雷器和電容型設(shè)備的絕緣和工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測，并及時(shí)對設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行判斷，做出相應(yīng)的處理，以保證鐵路運(yùn)輸?shù)恼�常運(yùn)行。

　　隨著近年來計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的快速發(fā)展，特別是應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場的現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展，可以采用總線式結(jié)構(gòu)的絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)。各個(gè)在線監(jiān)測模塊就近安裝于設(shè)備附近，具有獨(dú)立的信號提取、信號預(yù)處理、刀轉(zhuǎn)換、信號處理功能，并通過現(xiàn)場總線與主機(jī)進(jìn)行通信，真正實(shí)現(xiàn)絕緣參數(shù)和工作狀態(tài)的分散式測量。在線監(jiān)測的數(shù)據(jù)將被送入絕緣診斷系統(tǒng)。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、推理等人工智能技術(shù)，綜合各種離線、在線數(shù)據(jù)，結(jié)合現(xiàn)場人員多年寶貴和豐富的經(jīng)驗(yàn)，對設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行有效檢測。并借助網(wǎng)絡(luò)對信息進(jìn)行傳輸、存儲，及時(shí)地分析處理，給出相應(yīng)的狀態(tài)信息，以利于現(xiàn)場運(yùn)行人員及時(shí)處理，必要時(shí)也可以通過綜合自動化系統(tǒng)的其他模塊做出緊急處理，可以大大的提高整個(gè)牽引供電系統(tǒng)管理水平和自動化程度。

　　高壓設(shè)備在線監(jiān)控系統(tǒng)采用分布式雙層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，第一層由以DSP和32位處理器為核心的各智能在線監(jiān)測單元構(gòu)成，第二層由當(dāng)?shù)乇O(jiān)控單元和工程師工作站構(gòu)成，通訊前置機(jī)作為兩層網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備。

　　系統(tǒng)綜合信號處理、人工智能、通信、DSP、數(shù)據(jù)庫、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，將一個(gè)變電所完整的在線監(jiān)測和診斷任務(wù)分解到不同層的各計(jì)算機(jī)上，相互配合，共同實(shí)現(xiàn)對變電所內(nèi)各高壓設(shè)備的在線監(jiān)測過程。第一層為設(shè)備層，由多個(gè)以DSP和32位處理器為核心的智能在線監(jiān)測單元構(gòu)成，DSP具有高速的數(shù)字信號處理能力，配合外圍的傳感器、濾波、放大、A/D轉(zhuǎn)換等采集電路，采集各高壓設(shè)備的各種在線狀態(tài)信號，通過RAM雙口與32位處理器共同處理后，通過光纖LONWORKS現(xiàn)場總線經(jīng)過通訊前置機(jī)將數(shù)據(jù)上傳到第二層。第二層為監(jiān)測診斷層，當(dāng)?shù)乇O(jiān)控單元和工程師工作站通過以太網(wǎng)互聯(lián)，對通過通訊前置機(jī)傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、顯示以及常規(guī)的報(bào)警和數(shù)據(jù)分析，并采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波變換、模糊規(guī)則、分形法、專家系統(tǒng)等技術(shù)進(jìn)行深入的故障診斷和分析決策。通訊前置機(jī)除完成以太網(wǎng)和光纖LONWORKS網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)功能外，還具有與GPS時(shí)間同步系統(tǒng)和遠(yuǎn)方調(diào)度中心的數(shù)據(jù)通訊功能。

　　4.6對供電設(shè)備模塊數(shù)據(jù)化分析

　　在前面的討論中已經(jīng)指出，由于電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著給電氣化鐵路運(yùn)輸提供電能的重要任務(wù)，所以其設(shè)備的安全運(yùn)行顯得至關(guān)重要。因此對各種高壓設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)的在線監(jiān)測勢在必行。在經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)，需要通過現(xiàn)場工作人員的分析和判斷，并據(jù)此作出相應(yīng)的維護(hù)和運(yùn)行決策。數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)就是要運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，推理等人工智能技術(shù)，綜合各種離線、在線數(shù)據(jù)，結(jié)合現(xiàn)場工作人員多年的寶貴經(jīng)驗(yàn)，對設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行有效檢測，并對設(shè)備狀態(tài)信息進(jìn)行傳輸、存儲及分析處理。這樣就可以共享各方面多名專家的寶貴經(jīng)驗(yàn)財(cái)富，提高電氣化鐵路供電系統(tǒng)的管理水平，保證鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩��?/p>

　　專家系統(tǒng)匯聚人類專家在某一技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)知識，利用計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大軟件功能，根據(jù)專家知識和經(jīng)驗(yàn)導(dǎo)出一系列規(guī)則，由計(jì)算機(jī)代替、模仿人類專家作出系統(tǒng)決策。專家系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于適應(yīng)性強(qiáng)、成本低、危險(xiǎn)性低、持久性、復(fù)合專家知識、可靠性強(qiáng)、響應(yīng)快、始終穩(wěn)定理智和完整的響應(yīng)。

　　在變電所的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)將采集到的數(shù)據(jù)送入當(dāng)?shù)乇O(jiān)測裝置，通過通信前置機(jī)與遠(yuǎn)動系統(tǒng)相連接，通過遠(yuǎn)動通道傳輸數(shù)據(jù)。在遠(yuǎn)動中心設(shè)置專門的高壓設(shè)備在線監(jiān)測服務(wù)器，進(jìn)行設(shè)備的在線監(jiān)測。局域網(wǎng)的組網(wǎng)方式可以采用電纜直接連接也可以采用光纖連接。數(shù)據(jù)服務(wù)器1主要用來存放各個(gè)變電所高壓設(shè)備離線檢測的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)由現(xiàn)場預(yù)防性試驗(yàn)獲得，由現(xiàn)場工作人員在當(dāng)?shù)乇O(jiān)控裝置上輸入，通過網(wǎng)絡(luò)存入數(shù)據(jù)庫。

　　數(shù)據(jù)服務(wù)器2主要用來存放在線監(jiān)測第二層數(shù)據(jù)融合后的各種數(shù)據(jù)以及少量的重要現(xiàn)場數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)由在線監(jiān)測設(shè)備實(shí)時(shí)獲得，但是并不是實(shí)時(shí)傳輸?shù)竭h(yuǎn)動中心。中心服務(wù)器通過運(yùn)用專家系統(tǒng)的各種算法對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行第三層次的融合，給出診斷意見，嚴(yán)重的故障可以發(fā)出跳閘等隔離故障的命令，最終實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測。各方面的專家可以根據(jù)實(shí)際情況隨時(shí)調(diào)看各個(gè)變電所的各種參數(shù)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，及時(shí)擴(kuò)充和完善知識庫，建立由專家系統(tǒng)和專家共同參與故障診斷的多方位診斷監(jiān)測模式。

　　5結(jié)語

　　總而言之，高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的維護(hù)和管理工作決定了其整體的運(yùn)行效果，也就決定了我國鐵路事業(yè)發(fā)展的穩(wěn)定性。因此在今后的工作中，我們必須要就此課題進(jìn)行進(jìn)一步的研究和分析，爭取找到最佳的措施和手段，提高牽引網(wǎng)和變電所的運(yùn)行質(zhì)量，為我國鐵路事業(yè)的進(jìn)步做出努力。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]賈亨強(qiáng).電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)中防雷裝置的安全運(yùn)營管理[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2019(21):273-275.

　　作者：任曉寶