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搜論文知識網(wǎng)電力論文發(fā)表高速鐵路電力供電系統(tǒng)的研究

所屬欄目:電力論文 發(fā)布日期:2014-11-05 15:56 熱度:

   摘要:高速鐵路作為快捷舒適、超大運(yùn)量、低碳環(huán)保的運(yùn)輸方式已經(jīng)成為世界鐵路發(fā)展的重要趨勢,是解決客運(yùn)供需矛盾的重要手段之一。隨著京廣高鐵的投入運(yùn)營,我國的高鐵建設(shè)獲得了跨越式的發(fā)展,為經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展注入了強(qiáng)大的運(yùn)輸動力。而電力供電系統(tǒng)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(tǒng)進(jìn)行了概述,然后分析了其系統(tǒng)組成和供電原則,重點(diǎn)介紹了電力遠(yuǎn)動控制系統(tǒng)的相關(guān)要點(diǎn),最后對應(yīng)急電源的選擇進(jìn)行了說明。

  關(guān)鍵詞:搜論文知識網(wǎng),電力論文發(fā)表,高速鐵路;電力;供電系統(tǒng);遠(yuǎn)動控制;故障

  一、高速鐵路電力供電系統(tǒng)概述

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

  鐵路供配電系統(tǒng)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(qū)間負(fù)荷供電,鐵路變配電所的間距40—60km,個別區(qū)段長達(dá)80—90km。高速鐵路區(qū)間每隔3km左右有一處負(fù)荷點(diǎn),負(fù)荷類型為通信、信號、防災(zāi)設(shè)備等一級負(fù)荷及區(qū)間攝像機(jī)等二級負(fù)荷。從變配電所饋出2條l0kV電力線路,沿鐵路敷設(shè)向其供電,該電力線路被稱為貫通線,一條稱一級負(fù)荷貫通線,另一條稱綜合負(fù)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(guān)柜內(nèi)電壓互感器與斷路器聯(lián)鎖均能為其供電。

  二、高速鐵路電力供電系統(tǒng)的組成及供電原則

  (一)系統(tǒng)組成

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

  (二)供電原則

  1、電力供電系統(tǒng)必須滿足客運(yùn)專線安全、可靠供電的要求,并滿足免維護(hù)、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(shè)備的可靠安全用電,電力供電系統(tǒng)應(yīng)保證各級供配電系統(tǒng)的相互匹配,除發(fā)生大面積自然災(zāi)害( 如地震、戰(zhàn)爭、電網(wǎng)崩潰等) 或故意損壞外,其可靠性滿足每天24h的運(yùn)輸需要( 含“維修天窗”時間) 。

  3、電力供電系統(tǒng)的主要設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)為模數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)化、免維護(hù)、少維修。

  4、電力供電系統(tǒng)與鐵路行車和運(yùn)輸安全密切相關(guān),所有客運(yùn)專線各個等級負(fù)荷的電源均自電力供電系統(tǒng)接引。

  5、與行車相關(guān)的一級負(fù)荷或重要負(fù)荷至少從供電網(wǎng)絡(luò)接取2路獨(dú)立電源。

  三、電力遠(yuǎn)動控制系統(tǒng)

  (一)系統(tǒng)介紹

  高速鐵路10kV電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)是利用計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù),結(jié)合鐵路電力系統(tǒng)的實(shí)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(shí)現(xiàn)綜合自動化監(jiān)控的系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)Ω摺⒌碗妷骸㈦娏鳌⒂泄β省o功功率及功率因數(shù)等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測,實(shí)現(xiàn)電力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀況的動態(tài)顯示和遠(yuǎn)程控制,對線路故障性質(zhì)可以進(jìn)行自動判斷、切除等功能。電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見下圖。

  

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  電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

  (二)調(diào)度主站硬件系統(tǒng)

  電力遠(yuǎn)動調(diào)度主站完成調(diào)度員人機(jī)交互功能,它為調(diào)度員執(zhí)行運(yùn)行操作提供了所有入口:顯示各種監(jiān)控畫面、變配電所接線圖、系統(tǒng)配置斟、實(shí)時數(shù)據(jù)和信息、生產(chǎn)報表管理、告警信息、各種曲線,并具有歷史數(shù)據(jù)查詢功能;變配電所監(jiān)控和管理、通信信號電源監(jiān)控、貫通線分段開關(guān)監(jiān)控等,也是通過工作站的人機(jī)交互完成。

  電力調(diào)度主站采用客戶/服務(wù)器訪問方式,能有效地使用網(wǎng)絡(luò)和各單元的CPU資源,防止功能分布不當(dāng)而引起通信的“瓶頸”效應(yīng)。系統(tǒng)采用平銜式雙以太網(wǎng)結(jié)構(gòu),正常情況下雙網(wǎng)同時工作,自動動態(tài)平衡雙網(wǎng)負(fù)荷。當(dāng)某一網(wǎng)絡(luò)故障時,非故障網(wǎng)絡(luò)能自動接管系統(tǒng)中所有網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷,確保系統(tǒng)正常運(yùn)行,并實(shí)現(xiàn)單網(wǎng)故障情況下系統(tǒng)數(shù)據(jù)不丟失。

  (三)通信系統(tǒng)

  通信系統(tǒng)是電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)的基礎(chǔ),也是電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分,高速鐵路和常速鐵路通信網(wǎng)使用光同步數(shù)字傳輸網(wǎng)(SDH),電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)通道采用基于SDH的數(shù)字通道,根據(jù)接入SDH傳輸網(wǎng)的不同方式,電力遠(yuǎn)動的通道應(yīng)用有四種模式。

  1、基于低速異步數(shù)字接口的通信

  SDH網(wǎng)的接入設(shè)備能夠提供低速同步/異步信號的插板稱為數(shù)字接口板(DIB),DIB接入網(wǎng)提供小于64Kbit/s的同步/異步子速率數(shù)據(jù),可以直接用作電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)的通信通道。

  該接入網(wǎng)方案實(shí)質(zhì)上是數(shù)字專線的通信方式,具有可靠性高、效率高的優(yōu)點(diǎn),缺點(diǎn)是需要運(yùn)營商提供DIB接口板,傳輸速率低,當(dāng)采用Rs-232接口時只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)通信,當(dāng)采用Rs-485接口時,可以實(shí)現(xiàn)類似Rs-485總線的通信效果。現(xiàn)在鐵路電力遠(yuǎn)動基本不采用該方案。

  2、基于IP的數(shù)字專線

  接入網(wǎng)采用網(wǎng)橋方案,即在SDH設(shè)備外置IP轉(zhuǎn)換器,采用通用網(wǎng)橋/PPP/,連續(xù)虛級聯(lián)技術(shù),占用n×64K/E1專用電路,實(shí)現(xiàn)數(shù)字業(yè)務(wù)的接口轉(zhuǎn)換和點(diǎn)對點(diǎn)透傳功能,這一方案兼容各種SDH設(shè)備,具有專用帶寬、天然隔離,但只能用于點(diǎn)對點(diǎn)傳輸。

  3、基于路由器方式

  該方案采用路由器,能提供各節(jié)點(diǎn)之間的包交換能力,實(shí)現(xiàn)任意點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)交換,網(wǎng)絡(luò)側(cè)接入能力和擴(kuò)展能力都得到顯著提高;各路由器之問組成一個環(huán)形通道,環(huán)的一側(cè)故障時,數(shù)據(jù)可以自動“選徑”經(jīng)過另一側(cè)傳輸,提高了通信系統(tǒng)的可靠性。缺點(diǎn)是由于采用路由器,需要解讀IP包頭來決定數(shù)據(jù)的傳輸目的,傳輸速率會有所下降。

  4、數(shù)據(jù)網(wǎng)方式

  高速鐵路設(shè)置基于SDH的數(shù)據(jù)網(wǎng),數(shù)據(jù)網(wǎng)除能夠傳輸電力遠(yuǎn)動數(shù)據(jù)外,還承載綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)、動力及環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)等業(yè)務(wù),并為辦公系統(tǒng)預(yù)留網(wǎng)絡(luò)接入條件。

  數(shù)據(jù)網(wǎng)系統(tǒng)采用TCP/IP協(xié)議,為用戶提供10M/100M和2Mb/S等靈活的接入手段,根據(jù)用戶不同帶寬要求,支持靈活的帶寬分割技術(shù),接入層設(shè)備能提供16個等級的限速。在專網(wǎng)專用的結(jié)構(gòu)下可提供面向連接的網(wǎng)絡(luò)層專線服務(wù)和交換型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)互聯(lián)服務(wù)。

  由于基于SDH的數(shù)據(jù)網(wǎng)具有巨大優(yōu)勢,高速鐵路電力遠(yuǎn)動一般采用該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),在高速鐵路電力遠(yuǎn)動的每一被控端向通信專業(yè)申請1路2M帶寬的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)接口,調(diào)度主站申請2路2M帶寬的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)接口,通信專業(yè)對整個數(shù)據(jù)網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控管理,確保通信通道可靠性。

  (四)線路故障時的數(shù)據(jù)分析及故障測距

  1、數(shù)據(jù)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。

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  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(hù)及自動裝置有速斷保護(hù)、過流保護(hù)及失壓保護(hù),一次自動重合閘和自動投入裝置。由速斷保護(hù)和過流保護(hù)完成對饋出線的保護(hù)工作,由失壓保護(hù)、一次自動重合閘、自動投入裝置完成對饋出線供電的恢復(fù)功能。

  當(dāng)高壓電力線路發(fā)生故障時,根據(jù)線路故障性質(zhì)及配電所線路保護(hù)模塊的動作情況,各配電所及開關(guān)站數(shù)據(jù)變化如下:

  (1)當(dāng)線路發(fā)生瞬時故障時,只有主送所會過流或速斷保護(hù)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(diǎn)各開關(guān)分別感受到一次過電流,故障點(diǎn)另一側(cè)各開關(guān)都沒有感受到過電流。

  (2)主、備所均設(shè)有過流、速斷保護(hù)及相應(yīng)一次重合閘和備自投功能。當(dāng)線路發(fā)生永久性故障時,主送所過流或速斷保護(hù)動作,然后備用所產(chǎn)生一次備自投、主送所產(chǎn)生一次自動重合閘動作或備用所先產(chǎn)生一次備自投后再產(chǎn)生一次自動重合閘動作。無論設(shè)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(shè)置重合閘的一端到故障點(diǎn)各開關(guān)必定感受到兩次過電流,故障點(diǎn)另一側(cè)各開關(guān)只感受到一次過電流。

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

  當(dāng)線路中某點(diǎn)發(fā)生永久性短路,主送所過流或速斷保護(hù)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(guān)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(diǎn)兩端的開關(guān)感受到的過電流時刻是不同的。

  根據(jù)以上數(shù)據(jù)變化分析,在線路故障時,應(yīng)當(dāng)采集各開關(guān)站高壓電流值,并要求帶有故障時刻的時標(biāo)。

  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(shù)穩(wěn)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(jìn)行計算,得到短路點(diǎn)至保護(hù)處所的線路阻抗,進(jìn)而根據(jù)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(shù)可作為借鑒和使用。行波故障測距是指當(dāng)線路發(fā)生故障時,在故障點(diǎn)產(chǎn)生向線路兩端運(yùn)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(dá)兩端的時間,計算故障點(diǎn)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(shù)。行波傳輸?shù)臅r間由行波故障測距裝置采集計算。

  四、應(yīng)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(jīng)濟(jì)損失,然而電力故障突發(fā)性強(qiáng),往往不以人們的意志為轉(zhuǎn)移,因為無論供電部門管理得再嚴(yán)格,電網(wǎng)設(shè)施再先進(jìn),斷電也在所難免。

  近年來鐵路供電系統(tǒng)的運(yùn)行實(shí)踐經(jīng)驗證明,從電力網(wǎng)引接兩回路電源進(jìn)線加備用自投的供電方式,不能滿足一級負(fù)荷中特別重要負(fù)荷對供電可靠性及連續(xù)性的要求,有的發(fā)生全部停電事故是由內(nèi)部故障引起,有的是由電力網(wǎng)故障引起,因地區(qū)大電力網(wǎng)在主網(wǎng)電壓上部是并網(wǎng)的,所以鐵路部門無論從電網(wǎng)取幾回電源進(jìn)線,也無法得到嚴(yán)格意義上的兩個獨(dú)立電源。因此,電力網(wǎng)的各種故障,可能引起全部電源進(jìn)線同時失去電源,造成停電事故。

  始發(fā)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(tǒng)電源、接觸網(wǎng)取電或發(fā)電機(jī)備用方案,如全線設(shè)雙回電力貫通線(或貫通線+接觸網(wǎng)),各站特別重要的一級負(fù)荷接于電力貫通線的一級負(fù)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(shè)備用電源設(shè)備。如全線不設(shè)貫通線,則其它各站備用電源容量較小,應(yīng)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(shè)備則宜采用UPS或蓄電池作備用電源。

  結(jié)語

  電力供電系統(tǒng)是確保調(diào)度指揮、信號、通信、旅客服務(wù)等系統(tǒng)重要負(fù)荷安全、可靠、不間斷運(yùn)行的基礎(chǔ)設(shè)施,其重要性顯而易見。而鐵路電力遠(yuǎn)動技術(shù)作為電力供電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù),代表著當(dāng)今鐵路電力的發(fā)展方向,為鐵路電力發(fā)展向著自動化、無人化趨勢邁進(jìn)打下了堅實(shí)的基礎(chǔ)。

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