摘要：高速铁路和旅客安全是铁路行业的生命线。高速铁路电力牵引供电工程（以下简称“电牵”）质量安全是保证高速铁路和旅客安全的关键环节。我国高速铁路既在集世界先进技术之大成基础上不断创新发展，又需要适应高寒与热带、沿海水网与沙漠风区等不同气候环境和多种地质条件等世界最复杂的运营场景，经常面临许多国外没有遇到的安全难题。其中之一就是如何贯彻预防为主、“主动避险”理念，从源头上预防事故发生和控制事故后果。本文基于高速铁路牵引供电电压在线监测方法探析展开论述。
关键词：高速铁路；牵引供电电压；在线监测方法探析
引言
牵引供电是当前高速铁路供电的主要方式，通常情况下，人们会将牵引供电电压控制在27.5kV，在此过程中，由于现阶段的牵引电压等级正在不断升高，供电系统很容易出现故障。在电力系统运作过程中，工作人员能够通过对高速铁路牵引供电的在线监测来及时发现故障原因，保证列车的安全行驶。
1牵引供电系统可靠性评价体系
本文将牵引供电系统可靠性评价体系划分为5个模块，如图1所示，
各项统计时间指标均以1年为单位，若投运当年统计期间不满1年的则按实际投运时间折算。模块1和模块2从所内供电设备的角度分析了设备的可靠性，模块3和模块4从牵引网供电单元的角度分析了牵引网的可靠性，模块5求取各模块可靠性评价指标的加权平均值。模块1主要对处所（包括牵引变电所、分区所、开闭所和自耦变压器所）中的单台供电设备进行可靠性评价。其中，供电设备包括变压器、断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、电抗器、电容器、电缆线路、母线和组合电器等。可靠性评价指标为：①可用系数；②运行系数；③计划停运系数；④非计划停运系数；⑤计划停运率；⑥非计划停运率；⑦平均连续可用时长；⑧暴露率；⑨可靠系数。模块2根据单台（段）设备可靠性评价结果计算可得同一处所或同一线路中同类多台（段）设备可靠性指标。可靠性评价指标与模块1相同。模块3中牵引网供电单元指在牵引供电系统中能够实现独立停送电的牵引网最小区段。电气化铁路牵引网可靠性指标可以根据供电单元里程或供电单元个数进行计算。其中，牵引网供电单元里程按电气化线路实际长度计算。可靠性评价指标与模块1相同。模块4根据牵引网供电单元可靠性评价结果计算可得运营线路牵引网可靠性。可靠性评价指标与模块1相同，考虑到我国电气化铁路的设计特点及运行特点，需多考虑以下3个指标：①供电单元平均故障停电时间；②平均故障停电次数；③单元故障停电平均持续时间。模块5为以上4个模块分别求取多年可靠性评价指标的加权平均值。
2自动过分相中性区监控
在牵引供电系统中，容易忽视接触网中性区分相处的车网匹配，但其尤为重要。高速铁路牵引供电系统每25～30km即需设置一个电分相，在以往的动车组（电力机车）自动过分相运行中，曾发生因运行环境及线路参数不匹配造成机车电压互感器经过分相区1/3次谐波（16.7Hz）的铁磁谐振[1]，谐振峰值可达59kV，导致电压互感器烧损，影响行车安全，因此加强对动车组（电力机车）自动过分相中性区系统之间的电气参数监测非常重要。动车组（电力机车）自动过分相过程中，进入中性区时，主断路器分闸，牵引变压器与接触网分离，机车高压供电电缆以电压形式或机车PT以电流形式保持能量，此时高压电缆和机车PT构成LC谐振回路，接触网中性区两侧供电臂与中性区接触网形成电容耦合，向LC振荡回路提供能量（图2）。系统发生谐振的条件由整个系统参数匹配决定，一般为外部电源频率的分数次谐波。
因此，在高速铁路牵引供电系统车网匹配供电品质综合监控系统中，加强了对分相处的重点监控与记录。
3牵引供电系统的自愈控制模式
目前我国高铁的牵引变电所、分区所及AT所的变电设备均具有自愈能力。主要变电设备均采用固定备用或互为备用的运行方式，可采取定期检修的模式预防故障，并且智能化水平较高，就地保护测控系统较完善，发生故障时可快速切换。因此，变电设备应采用自愈控制模式，当所内发生单点故障或小范围故障时，应快速诊断、隔离故障并恢复至正常供电状态，避免对动车组运行产生影响。当变电设备发生严重故障导致整所或整个供电臂退出运行时，无法实现自愈，需要采用故障重构模式。在牵引供电系统中，接触网是高铁沿线架空设置的供电设施，为动车组供电。接触网无备用运行，因此不具备自愈能力，接触网故障时采用故障重构模式。
4完善工程验收标准
高速铁路牵引回流不畅或分布不正确可能烧损铁路信号等设备，危及人身和铁路安全。牵引回流路径不可避免地包括贯通地线。有的高速铁路工程项目未将贯通地线的回流引回牵引变电所亭，动态验收时发现回流分布不正确。原因之一是《高速铁路工程动态验收技术规范》TB10761—2013缺少牵引回流分布的要求[4]；二是对《高速铁路设计规范》TB10621—2014的理解不到位。《高速铁路工程动态验收技术规范》TB10761—2013修订已列入国家铁路局2019年计划，修订时应分析研究我国高速铁路十多年的动态验收和运营经验大数据，增加上、下行贯通地线牵引回流不平衡系数等内容。《高速铁路设计规范》TB10621—2014修订时，建议明确规定贯通地线与信号扼流线圈中点连接，使贯通地线的牵引回流顺畅，正确流回到牵引变电所亭。
5在线监测法在高速铁路牵引供电电压检测中的优势
现阶段，在线监测法在高速铁路牵引供电电压检测中的优势主要体现在以下几方面：第一，误差小，相关的对比试验表明，高速铁路牵引供电电压的在线监测的误差小于百分之0.01，因此在线监测法的准确率比较高；第二，成本低，由于在线监测法的结构比较简单，没有复杂的耦合关系，在检测过程中投入的成本也比较少，有助于提高高速铁路的运营效果；第三，有效抑制故障问题扩大，传统检测法的结构复杂，在实施上具有很大的局限性，误差也比较大，而在线监测法操作比较便捷，因此工作人员能够利用在线监测法迅速、准确地找到故障的原因，从而避免故障问题的进一步扩大，提高了铁路系统运作的安全性。综上所述，在线监测法在高速铁路牵引供电电压检测中的优势体现在误差小、成本低、有效抑制故障问题扩大等方面。
结束语
高速铁路牵引供电电压的在线监测能够提升高速铁路系统运作水平。在高速铁路牵引供电中，工作人员通过保证设备性能稳定、减少误差、监测系统运行状态、增强检测结果的准确性，能够实现对电压的在线监测，从而进一步优化高速铁路系统的运行效果。
参考文献
[1]解广.牵引供电在线监测系统算法及实现研究[D].石家庄铁道大学,2014.
[2]魏宏伟,史耀政,王永.国内外电气化铁路牵引电压电能质量标准[C].全国电压电流等级和频率标准化技术委员会.第六届电能质量国际研讨会论文集.全国电压电流等级和频率标准化技术委员会:全国电压电流等级和频率标准化技术委员会秘书处,2012:26-31.
[3]邢小丽.电铁牵引供电系统谐波检测及背景谐波分析方法的研究[D].华北电力大学（河北）,2008.
[4]许岗.牵引电压损失与电力系统短路容量关系的研究[J].电气化铁道,2008(05):16-20.
[5]刘璟.地铁直流牵引供电系统检测与保护的研究[D].江苏大学,2006.