动车牵引电气主接线的可靠性评估

动车牵引电气主接线的可靠性评估

许琼晓秦国永刘明伟

中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛266000

摘要：本文主要针对动车牵引电气主接线的可靠性进行分析，思考了动车牵引电气主接线可靠性如何进行保证，提出了评估的方法和具体的流程，提出了一些建议，希望能够为今后的动车牵引电气主接线工作带来参考。

关键词：动车，牵引电气，主接线，可靠性，评估

前言

在中国快速发展的新形势下，国家高速列车正处于日新月异的跨越式发展阶段。动车牵引电气在高速列车的持续运行提供了重要的动力支持。因此在明确了动车牵引电气主接线的重要性之后，可靠性就成为了其关键因素，如何采取有效的评估措施来确保可靠性，确保其接线的质量符合要求，这直接关系到高速列车运行的稳定与安全。

1、牵引供电系统

1.1牵引变电所、分区所、AT所

牵引变电所的功能就是把系统引入的高电压转换成低电压的交流电，然后再通过馈电线送给铁路沿线的接触网，向电力机车提供电量。由于牵引负荷是单相负荷，因而为了尽可能将单相负荷均匀地分配到电力系统三相中去，牵引变压器通常选择较特别的接线变压器，比如斯科特接线、阻抗匹配平衡接线等变压器，而高速铁路采用V/x接线等牵引变压器，常常在两个牵引变电所的供电区中间设置分区所，以使供电更加灵活。

1.2牵引网

牵引网是由馈电线、接触网、回流线组成的多导线供电的回路。它有很多种供电方式，例如直接供电和带吸流变压器（BT）供电、自耦变压器（AT）供电和全并联AT供电方式。其中BT供电由于大地回流和“半段效应”其对通信线路的防护效果并不理想，同时由于“吸-回”装置将接触网的连接方式变得麻烦，机车的受流条件变得更差，所以现在并不经常使用。

1.2.1直接供电方式。直接供电这种方式相较而言比较简单，电力机车工作所需要的电能是由牵引变电所输出的电能供给的，这种供电方式就是直接供电方式。它有很多好处，结构简单，节省投资，但是也存在弊端，如其回路电阻大，供电距离较短。

1.2.2AT供电方式。随着铁路的提速，以及高速、大功率电力机车的不断投入运行，牵引网需要提供更高的电能，为此引入AT供电方式，牵引变电所主变输出电压为55kV，经AT向接触网供电，一端接接触线，另一端接正馈线，其中点抽头则与钢轨相连。这种供电方式下，馈电电压高，供电能力强，牵引变电所的数量可以减少，从而节省投资。而其接触线和正馈线中的电流近似大小相等、方向相反，所以牵引电流对通信线路的影响较小。目前，我国的大秦、京秦、郑武等普速电气化铁路线路都采用了AT供电方式。

1.2.3全并联AT供电方式。为了进一步提高牵引网电压，减小牵引网电能损失，我国高速铁路普遍采用全并联AT供电方式，即牵引网的上下行线路在AT所和分区所处进行并联的接线方式。。这种供电方式下机车的负荷电流由于并联支路的存在将会有多个供电回路，降低牵引网的电阻值，并且增加了牵引网的供电能力，但是在牵引网故障时，同样存在多个回路给短路点供电，使故障分析更加复杂，同时使其继电保护与普速铁路时有很大不同。

1.3电力机车负荷

电力机车按照牵引驱动电机的不同可以分为直流电力机车（又称交-直电力机车）和交流电力机车（又称交-直-交电力机车）。在普速铁路中通常采用交-直电力机车，而在高速铁路中全部釆用交-直-交电力机车。两种机车由于采用的整流电路不同，使得其谐波成分、功率因数等有很大区别，进而对其继电保护产生影响。

2、电气牵引对电力系统影响

2.1负序影响。电气化铁路采用单相联系工频电力机车，牵引变电所采用Y/Δ接线制，所以每列电气牵引列车对电力系统构成两相制负荷。虽然各牵引变电所相序互相错开，整条电气铁路的三相负荷仍不能平衡，且不平衡负荷时大时小，使得电气铁路产生快速波动的负序电流，并流入电力系统各处。负序电流或负序电压启动后，受它们干扰的继电保护和自动装置频繁误启动。其中距离保护的负序震荡闭锁装置误动后，除了作用于触发声光报警信号外，还可能产生以下后果：

（1）当电气铁路负序信号作用时间较长时，距离保护要转入闭锁状态，使线路在当时失去保护。（2）当铁路负序作用于解除振荡闭锁后，系统又立即发生振荡，则使保护误动而触发跳闸（切断线路）。固原地区电力系统考虑牵引负荷的干扰，从设计到设备选型均考虑了该因素。针对电气化铁路的特点，线路距离保护振荡闭锁采用了快速复归功能。快速复归的作用是，当有冲击负荷、系统操作等情况时使装置能迅速复归，不进入振荡状态，以免在此时发生故障时装置失去快速保护作用；另外，当有冲击负荷、系统操作时装置不对外发信号，以免干扰运行人员。快速复归时间不大于100ms，虽然在原理上未根本解决负序干扰，但在我国甘肃、陕西等电网中已得到了应用，证明基本可保证系统安全运行。

2.2对继电保护装置的影响。容易使电力系统中以负序分量启动的继电保护装置误动作，例如，当负序电流作用时间较长时，常规的距离保护就要转入闭锁状态，使一段时间内距离保护的快速动作段退出运行；而当电铁负序作用于解除闭锁后，如系统此时发生振荡，则距离保护可能误动作跳闸。所以，为消除负序的影响，将增加继电保护装置的复杂性、降低可靠性。

2.3谐波影响。电铁的电力牵引单相整流机车使牵引变压器27.5kV侧电流以及电压发生畸变，所产生的大量高次谐波分量通过牵引变压器的高压侧注入电力系统，并与系统“背景负荷”产生的负序源两者叠加，使系统内部电网的3次、5次谐波在谐振时严重放大。电力机车是一个很大的谐波源，机车类型不同，波形畸变不同，谐波含有率也不同。

3、评估方法

电力系统可靠性分析的主要方法有解析法和仿真法（模拟法）。

解析法是根据电力系统元件的随机参数，建立系统的可靠性数据模型，通过数值计算方法获得系统的各项可靠性指标。由于采用了严格的数学手段，计算结果可信度很高，在给定的简化假设条件下，一般可以求得准确的结果，但电力系统模型中考虑的因素较多，会使解析法变得很复杂，甚至可能失效。其中基于布尔逻辑驱动的马尔可夫过程法，该方法虽准确度较高，但随着元件数量的增加计算量呈指数增长，当系统达到一定程度时，评估可能在计算量上有一定问题。有学者采用的是一种基于不确定性数学理论的电力系统可靠性评估方法，该方法用相匹配的不确定性数表示原始参数；用随机性处理故障状态发生及状态转移等随机事件和过程；用模糊数学、灰色数学和未确知数学或其综合处理具有模糊性、灰色性和未确知性的参量、事件和过程；最后把不确定性数代入计算可靠性指标。另外，还有故障树分析法，故障树分析（简称FTA）是分析大型复杂系统（例如应用于核电站、航天、导弹、化工厂等）安全性与可靠性常用的有效方法，它是以图形的方式表明“系统是怎样失效的”。

4、结束语

综上所述，在分析了动车牵引电气主接线的可靠性影响后，应该积极采取更好的评估方法。本文总结了动车牵引电气主接线的可靠性评估方法，可以为今后的动车牵引电气主接线的相关工作带来参考。

参考文献：

[1]陈小川.铁路供电继电保护与自动化[M].北京：中国铁道出版社，2016.40

[2]刘玉洁，盛彩飞，林飞，游小杰，郑琼林.高速动车组网侧电流谐波特性的研究[J].电气传动，2016，40（1）.22