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落后的農業(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才是我們研究的重點。

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

　　1我國電氣化鐵路以及相關系統(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)主要是因為電氣化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的電能所產生的特殊電流能量。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)這兩個部分共同組成的，其中的鐵路牽引變電所要依據(jù)真實用電需求來轉變電力，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的牽引變電安全儀器所共同構成，而我們使用的牽引網(wǎng)主要是把牽引變電所中所有轉換的電力安全供應到對應的行動電機動車上，牽引網(wǎng)主要是由電壓接觸網(wǎng)、正反饋電線、軌道回路和相關的回流線路共同構成的。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)相關的真實電力需求狀況合理、有效地選擇恰當?shù)陌踩�供電方式�?/p>

　　電氣方向專利知識：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，世界范圍內的高速鐵路建設已經(jīng)取得了十分可觀的成效，高速鐵路中的牽引供電系統(tǒng)也成為了人們關注和研究的重點內容。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行才能確保牽引供電的正常進行。而變電所作為牽引供電系統(tǒng)的核心部分，其主要負責的就是將電網(wǎng)中的三相高壓電轉變成高速鐵路運行所需要的電能并且進行降壓供電。另外，變電站還需要將轉換完成的電能輸送到接觸網(wǎng)中，確保電力機車能夠從中調用電能維持正常運行。而為了確保電能調用的穩(wěn)定性，我們還需要對接觸網(wǎng)的運行進行研究，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車的運行情況，因此我們必須要采取相應的方法保證接觸網(wǎng)的供電和承載電能的能力，從而提高高速鐵路的運行效率和質量。在設計接觸網(wǎng)的過程中，需要考慮到電力機車運行可能造成的機械振動以及巨大的沖擊力，采取措施進行抵消和處理，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備對高壓電進行處理，而后將電流輸入到接觸網(wǎng)中。通常來說，變電站需要為機車母線提供的電壓為二十五千伏，因此電力機車、接觸網(wǎng)等配套設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，很容易造成配套設備的運行問題。

　　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

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

　　3.2沒有功率的問題

　　科技的變遷，新型電力機車的普及，大量機車的做功會不斷增加，雖然還存在許多無法協(xié)調的問題因素，如機械的老化使從電網(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，也會使相關機械的做功降低，從而影響整個電力網(wǎng)絡的發(fā)展。

　　4電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)研究的關鍵性技術

　　4.1提高牽引變電所可靠性

　　第一，必須要確保設備的整體質量從而避免出現(xiàn)過多的故障。牽引供電系統(tǒng)本身是各種設備和設施的總稱，只有提高了各個機械設備的運營穩(wěn)定性，牽引供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性才能得到保證，基礎性設備的質量存在問題的情況下，工作人員進行再多的維護工作也只能是徒勞無功，因此我們還需要從設備本身入手。具體來說，需要每隔一段時間對設備進行更新和檢查，充分的了解和掌握不同設備的運行時長以及其故障情況，避免牽引供電系統(tǒng)中存在超年限運行的設備和零件;加大力度進行設備的維護和保養(yǎng)工作，牽引供電系統(tǒng)的大部分設備的運行環(huán)境都比較復雜，且外界因素非常惡劣，這就使得很多設備的故障率比較高而且使用壽命都比較短，在這種情況下及時的進行維護就顯得尤為重要;一旦在檢修中發(fā)現(xiàn)了某部分設備的損壞問題，必須要第一時間進行處理，但同時需要考慮到經(jīng)濟投入方面的問題，必須要根據(jù)實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行，就不必對整個設備進行更換，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)的維護已經(jīng)無法解決問題，這是目前我們必須要面對的一個難題，為了解決這種問題，我們需要盡可能的采取多回路供電法，也就是說同時安排多個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)絡建設在世界范圍內都是占據(jù)前列的，但是同時，受到復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)的很大一部分結構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量產生不可忽視的影響，因此我們必須要保證牽引網(wǎng)的耐腐蝕性，從硬件設備質量以及抗腐蝕處理兩方面入手，選擇優(yōu)質的電網(wǎng)材料、做好額外的處理，通過電鍍等方式提高牽引網(wǎng)結構應對外界影響的能力。第二，牽引網(wǎng)是變電所與電力機車之間傳遞電能的橋梁，承擔著十分重要的責任，因此我們必須要保證牽引網(wǎng)的每一個零件的質量。在購進特殊零件的時候，需要記錄其生產批號和生產商，這樣一來在發(fā)生故障的時候才能夠追尋到其來源，并且找到安裝責任人進行及時的補救和處理。

　　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在初期的運量普遍不高，安全供電系統(tǒng)的供電能力也沒有得到更加豐富的利用，這也就形成了建設資源上的極大浪費。所以，項目中相關的技術操作人員應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)運行的同時，也盡可能地減少相關方面的資本投入，實現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟效益的最大化。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)，這樣就容易導致電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)不能夠及時依照預期討論和分析把電力不斷傳輸?shù)诫娷噭恿�組，進一步可以確保我國電氣化鐵路的安全運行日常工作。

　　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，進一步確保電力動車組需要消耗的電量應該得到滿足。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果，一定要確保鐵路的牽引變電器以及牽引網(wǎng)的安全設備的質量水平，逐漸降低安全故障的發(fā)生概率，提升鐵路設計的標準和要求，使得我國鐵路牽引供電系統(tǒng)各種部分的零件、元件的安全質量超過標準要求，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對各供電設備模塊實現(xiàn)在線監(jiān)測

　　在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成：

　　1、信號的變送一一一般由相應的傳感器來完成，從電氣設備上檢測出那些反映設備狀態(tài)的物理量，并將其轉換為合適的電信號，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行預處理，對干擾信號進行抑制。

　　3、數(shù)據(jù)采集一一進行月轉換

　　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行適當?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、避雷器和電容型設備的絕緣和工作狀態(tài)進行實時的監(jiān)測，并及時對設備的狀態(tài)進行判斷，做出相應的處理，以保證鐵路運輸?shù)恼�常運行。

　　隨著近年來計算機技術和通信技術的快速發(fā)展，特別是應用于工業(yè)現(xiàn)場的現(xiàn)場總線技術的發(fā)展，可以采用總線式結構的絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)。各個在線監(jiān)測模塊就近安裝于設備附近，具有獨立的信號提取、信號預處理、刀轉換、信號處理功能，并通過現(xiàn)場總線與主機進行通信，真正實現(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、推理等人工智能技術，綜合各種離線、在線數(shù)據(jù)，結合現(xiàn)場人員多年寶貴和豐富的經(jīng)驗，對設備狀態(tài)進行有效檢測。并借助網(wǎng)絡對信息進行傳輸、存儲，及時地分析處理，給出相應的狀態(tài)信息，以利于現(xiàn)場運行人員及時處理，必要時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牽引供電系統(tǒng)管理水平和自動化程度。

　　高壓設備在線監(jiān)控系統(tǒng)采用分布式雙層網(wǎng)絡結構，第一層由以DSP和32位處理器為核心的各智能在線監(jiān)測單元構成，第二層由當?shù)乇O(jiān)控單元和工程師工作站構成，通訊前置機作為兩層網(wǎng)絡互聯(lián)的網(wǎng)關設備。

　　系統(tǒng)綜合信號處理、人工智能、通信、DSP、數(shù)據(jù)庫、計算機網(wǎng)絡等技術，將一個變電所完整的在線監(jiān)測和診斷任務分解到不同層的各計算機上，相互配合，共同實現(xiàn)對變電所內各高壓設備的在線監(jiān)測過程。第一層為設備層，由多個以DSP和32位處理器為核心的智能在線監(jiān)測單元構成，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轉換等采集電路，采集各高壓設備的各種在線狀態(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)過通訊前置機將數(shù)據(jù)上傳到第二層。第二層為監(jiān)測診斷層，當?shù)乇O(jiān)控單元和工程師工作站通過以太網(wǎng)互聯(lián)，對通過通訊前置機傳送的數(shù)據(jù)進行存儲、顯示以及常規(guī)的報警和數(shù)據(jù)分析，并采用神經(jīng)網(wǎng)絡、小波變換、模糊規(guī)則、分形法、專家系統(tǒng)等技術進行深入的故障診斷和分析決策。通訊前置機除完成以太網(wǎng)和光纖LONWORKS網(wǎng)絡的網(wǎng)關功能外，還具有與GPS時間同步系統(tǒng)和遠方調度中心的數(shù)據(jù)通訊功能。

　　4.6對供電設備模塊數(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)擔負著給電氣化鐵路運輸提供電能的重要任務，所以其設備的安全運行顯得至關重要。因此對各種高壓設備進行狀態(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)此作出相應的維護和運行決策。數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)就是要運用神經(jīng)網(wǎng)絡，推理等人工智能技術，綜合各種離線、在線數(shù)據(jù)，結合現(xiàn)場工作人員多年的寶貴經(jīng)驗，對設備狀態(tài)進行有效檢測，并對設備狀態(tài)信息進行傳輸、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)驗財富，提高電氣化鐵路供電系統(tǒng)的管理水平，保證鐵路運輸?shù)陌踩��?/p>

　　專家系統(tǒng)匯聚人類專家在某一技術領域的專業(yè)知識，利用計算機的強大軟件功能，根據(jù)專家知識和經(jīng)驗導出一系列規(guī)則，由計算機代替、模仿人類專家作出系統(tǒng)決策。專家系統(tǒng)的優(yōu)點在于適應性強、成本低、危險性低、持久性、復合專家知識、可靠性強、響應快、始終穩(wěn)定理智和完整的響應。

　　在變電所的設備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)將采集到的數(shù)據(jù)送入當?shù)乇O(jiān)測裝置，通過通信前置機與遠動系統(tǒng)相連接，通過遠動通道傳輸數(shù)據(jù)。在遠動中心設置專門的高壓設備在線監(jiān)測服務器，進行設備的在線監(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)服務器1主要用來存放各個變電所高壓設備離線檢測的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)由現(xiàn)場預防性試驗獲得，由現(xiàn)場工作人員在當?shù)乇O(jiān)控裝置上輸入，通過網(wǎng)絡存入數(shù)據(jù)庫。

　　數(shù)據(jù)服務器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)測設備實時獲得，但是并不是實時傳輸?shù)竭h動中心。中心服務器通過運用專家系統(tǒng)的各種算法對這些數(shù)據(jù)進行第三層次的融合，給出診斷意見，嚴重的故障可以發(fā)出跳閘等隔離故障的命令，最終實現(xiàn)在線監(jiān)測。各方面的專家可以根據(jù)實際情況隨時調看各個變電所的各種參數(shù)數(shù)據(jù)和試驗數(shù)據(jù)，及時擴充和完善知識庫，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結語

　　總而言之，高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的維護和管理工作決定了其整體的運行效果，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行進一步的研究和分析，爭取找到最佳的措施和手段，提高牽引網(wǎng)和變電所的運行質量，為我國鐵路事業(yè)的進步做出努力。

　　參考文獻：

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

　　作者：任曉寶