高速铁路设计规范电力牵引供电部分的主要技术创新.doc

高速铁路设计规范（电力牵引供电部分）的主要技术创新高速铁路设计规范(电力牵引供电部分)的主要技术创新 不U跆烂l 高速铁路设计规范(电力牵引供电部分) 的主要技术创新 朱飞雄 (铁道部经济规划研究院提待高工,北京100038) 摘要:从技术和经济方面,分析高速铁路电力牵引供电系统及其牵引变电,供电调度,接触 网等三个子系统的主要创新点,简要介绍电力牵引供电系统内部各子系统间,电力牵引供电 系统与外部各系统间的接口管理. 关键词:高速铁路;供电;标准;创新 文献标识码:A文章编号:10049746(2010)03001803 Abstract:Thearticleanalyzesthemajorinnovationofpowertractionandfeedingsystemofhighspeedrailandits threesubsystemsoftractionsubstation,powerfeeding,OCSandbrieflyintroducestheinterfacemanagementbetween thesubsystemsofthepowertractionandfeedingsystemaswellastheinterfacemanagementbetweenthepowertrac tionandfeedingsystemwithothersystems. Keywords:highspeedrail;powerfeeding;standard;innovation 高速铁路设计规范电力牵引供电部分的编 制以科学发展观为指导,贯彻铁路建设新理念,瞄 准世界一流水平,坚持原始创新,集成创新和引进 消化吸收再创新,广泛收集了与高速铁路(客运专 线)设计有关的技术文件资料,系统总结了京津,合 宁,合武,石太等高速铁路的经验,认真吸取了武 广,郑西等高速铁路的建设,施工,设计,国际咨询 等成果,大力开展了有针对性的科研攻关和试验测 试,结合京津,武广,合武等线的联调联试工作,对 规范的有关参数进行了现场验证,为我国高速铁路 建设和中国铁路走出去提供了强有力的技术保 障和支撑. 1电力牵引供电系统设计更加安全可靠 电力牵引供电系统包括牵引变电,供电调度, 接触网等子系统.根据高速铁路高速度,高密度,高 可靠的特点,引入了高速铁路电力牵引供电系统的 可靠性,可用性,可维护性和安全性(RAMS)的理 圜 念,给出了相关的参考指标要求,指导电力牵引供 电系统的设备和装置的选型,通过高质量的技术装 备构成高水平的电力牵引供电网络,实现(变电所 值班)无人化,(设备)免维护和少维修,(运行)高可 靠;明确了高速铁路应满足可靠稳定的供电质量, 受流良好的弓网关系,动车组自动过分相等要求, 并通过供电调度系统的全方位监控与信息化管理, 实现了电力牵引供电系统监控自动化,远动化和运 行管理智能化. 1.1牵引变电子系统满足可靠稳定的供电质量要求 与普通的客货共线铁路相比,我国高速铁路具 有高密度,长编组等特点,高速铁路的电力牵引负 荷明显增大.16辆编组动车组以时速350km,间隔 3min运行时,牵引变电所负荷瞬时可达170MVA, 高峰小时可达130MVA,牵引供电专业开发应用了 牵引供电计算仿真软件,计算各种运行状态参数 (如接触网电压及电流分布,轨道电位等)与列车运 行速度的关系,合理确定供电能力,满足高速铁路 供电要求. 1.1.1采用220kV及以上电源,有利于节能和省地 铁路供电电压需要从牵引负荷大小,负荷特 性,供电可靠性及电力系统供电条件和对电力系统 的影响等方面综合考虑决定.除德国高速铁路采用 铁路专用电网l10kV外,日本和法国高速铁路分 别采用275kV,西班牙高速铁路采用225kV或 400kV.针对我国公共电网近年来已把220kV电 压等级向用户开放的新情况,提出了牵引变电所采 用220kV或330kV供电.因220kV比110kV电 压等级供电系统具有较强的负序和谐波承受能力, 有利于牵引变压器采用容量利用率较高,设备较简 单的单相结线,从而减少土地占用,节约电能. 1.1.2采用2x25kV供电方式,有利于高电能的传输 正线牵引网采用2x25kV供电方式,有利于高 电能的传输,接触悬挂的轻型化及系统匹配设计, 有利于减少牵引变电所的数量,从而有利于减少外 部电源的投资和减少电分相.因此,除德国高速铁 路采用带加强线的直供加回流供电方式外,日本, 法国和西班牙高速铁路均采用225kV供电方式, 我国目前已经实施的武广,郑西,合武,合宁客运专 线和京津城际等时速250km及以上铁路工程中正 线均采用2x25kV供电方式. 1.1.3牵引变压器采用单相结线,有利于动车组高 速运行 牵引变压器采用单相结线与采用三相结线相 比,一是接触网上的电分相数量较少,有利于动车 组高速运行;二是单相结线时的两极设备较之三相 结线时的三极设备,电气施工安装及运营维护明显 简化.但单相变压器容量较大,初,近期一般在40, 80MVA,能否采用单相变压器接入公共电力系统, 取决于各地公共电网的具体情况,否则可采用三相 V,v接线.牵引变压器除13本采用特殊结线外,欧洲 高速铁路均采用单相结线.我国目前实施的武广, 广深港客运专线广东境内牵引变电所均采用单相 变压器结线. 1.1.4采用高质量的技术装备,提高牵引供电系统 的可靠性 研发应用了无维修和少维修的220kV六氟化 硫(G/S)组合电器和27.5kV六氟化硫(GIS)开关柜 等成套配电装置,使牵引供电设备由工地现场组装 变为工厂化装配,明显提高了变电工程的质量和牵 引供电系统的可靠性. 确定了牵引变电二次保护要求,牵引变电所采 用了两种故障测距和数据同步采集方法,提高了故 障点测距的可靠性和准确性. 1.2供电调度子系统实现电力牵引供电系统的全 方位监控与信息化管理 提出了铁路供电调度系统的新模式,即将原 分别设置的牵引供电调度,电力调度两个子系统有 机融合在一起,统一了技术平台.具有遥控,遥信, 遥测等功能的铁路供电调度系统与变电所综合自 动化系统对接触网自动检测,自动识别和自动报 警,使电力牵引供电系统实现智能化和变电所(开 闭所,分区所,AT所)无人值班. 牵引变电所的通信通道采用光纤,解决了实回 电缆进所方式的远动系统通信质量不好,严重限制 远动系统功能发挥的问题.实际应用证明提高了通 信的可靠性,从而提高了远动系统的可用性. 明确供电段应设置供电复示系统,使供电段生 产调度实时掌握现场设备运行状态,为制定检修管 理计划提供科学依据.目前供电复示系统已成为生 产调度的重要辅助管理工具. 1.3接触网子系统满足受流良好的弓网关系要求 1.3.1攻克了高速列车重联运行接触网关键技术难题 双受电弓与上方的接触线密切接触并顺畅滑 行是接触网系统的核心技术.从动车组受电弓和接 触网结构人手,以空气动力学,电工学等为理论基 础,分析受电弓和接触网的动态特性和受流技术, 应用我国高速铁路隧道空气动力学效应对隧道内 附属物有关技术标准的研究成果,引入接触网一受 电弓系统波动传播理论,规定采用接触网一受电弓 动态仿真软件预评估高速受流,确定了我国高速铁 路接触网一受电弓动态性能仿真评价指标参数,有 效解决各种不同的接触悬挂类型,受电弓类型以及 对应的弓网配合特性参数,在世界上首次实现接触 网与时速350km动车组联挂,双弓运行,高6.45m (国外不大于5.3m)的接触线适应时速250km动 车组运行. 1-3-2奠定了接触网简统化,标准化,系列化的坚 实基础 总结吸收我国高速铁路的建设运营经验,在我 国接触网简统化,标准化,系列化科研成果的 基础上,给出了我国高速铁路时速250km,300km, 2010年第3期总第95期? 垫丛堕堡盐塑蕉(电力牵引供电部分)的主要技术创新朱飞 350km接触网系统双弓或多弓取流时,各种接触悬 挂方式的导线选型和张力标准等主要技术参数,为 接触网实现简统化,标准化,系列化,简化工程设 计,施工安装,加工制造和运营管理,开展高速铁路 接触网通用参考图编制和形成拥有自主知识产权 的接触网通用图奠定了坚实基础. 1.3_3实现了接触网一受电弓系统的安全运行 提出了线岔始触区,无线夹区等新概念和 站场道岔区接触网平面布置新方法,明确了受电弓 动态包络线(范围),道岔及锚段关节处受电弓始触 区范围,确定了双层集装箱电气列车受电弓的动态 包络线,摒弃了以往设计规范中接触网支柱在道岔 区的标准定位方法,解决了以往受电弓通过道岔 上方的接触网可能出现的钻弓,脱弓,打弓等安全 问题及其他受流质量问题. 1.3.4提高了接触网工程设计的经济合理性 接触线设计张力是关系到接触网工程概算的 关键指标之一.以往接触线按20%磨耗规定其强度 安全系数不小于2.0.通过接触线强度安全系数的 优化,即:按接触线的制造工艺,运行环境,磨耗,下 锚补偿装置和终端锚固线夹等的不同分别给出相 应(折减)系数,间接提高了接触线允许使用张力, 该方法更加接近实际,更能发挥材料本身的特性. 几年来的实践证明既确保了运行安全,又提高了经 济性. 1.3.5降低了接触网工程的造价 根据高速铁路运营维护和桥梁检修的特点,控 制接触网H型钢柱高度,使不运行双层集装箱的时 速300km以上铁路的H型钢柱高度由原8.5m缩 小为约7.4m(桥梁地段)或约7.9m(路基地段);使 设计运行双层集装箱的时速250km以下铁路的H 型钢柱高度由原9.5m缩小为约8.55m(桥梁地段) 或约9.05m(路基地段).按H型钢柱(含镀锌费用) 9000元/t计算,时速300350km高速铁路每100 双正线公里可降低工程造价约430万元. 1.3.6保证了接触网与铁路整体的景观协调 开展的高速铁路接触网与景观协调的工程技 术研究对国内外典型铁路的不同地点和区段的接 触网安装方案,技术现状进行了调研,在对铁路用 户需求和工程实例分析的基础上,应用景观设计和 工业设计相结合的美学理论,对接触网的景观效果 进行了分析和研究,研究成果纳入了规范条文及条 ? 文说明. 形成了满足我国高 2坚持系统集成创新,速铁路系统集成的标准和要求 坚持系统集成创新,通过系统集成的方法,使 电力牵引供电工程内部各子系统之间,电力牵引供 电工程与其外部各系统之间实现了技术标准匹配, 技术接口完整,技术装备合理的目标,形成了满足 我国高速铁路系统集成的标准和要求. 接口设计是高速铁路工程电力牵引供电设计 的关键技术,接口设计主要包括电力牵引供电与铁 路内部的路基,桥梁,隧道,轨道,通信,信号,信息, 站场,动车组,综合接地,声屏障,房建暖通,给水排 水,动车段(所),综合调度,既有线运营公司等的接 口,电力牵引供电与铁路外部的公共电网运营商的 接口.针对以往电力牵引供电工程与其他工程接口 产生的漏,误,差和相互衔接不佳,对变电工程的所 址选择,接触网工程等的严重影响,以接口管理的 形式,确定了大量的设计技术接口和工程实施接 口,并得到了工程实施验证. 3