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[摘 要]随着我国经济的发展，人们的生活水平及生活质量都在不断的提升，并且在各个方面都提出了更高的要求。与此同时，人们的出行工具发生了很大的变化，如今已经由普快火车逐渐变为动车和高铁，高铁已经成为了我国重要的交通工具。本文介绍了高速铁路牵引供电系统，系统的介绍了一系列高速铁路牵引中的供变电关键技术，并且分析了高速铁路的供电雷电防护系统和综合监控系统。
[关键词]中国高铁；牵引；供电；技术
中图分类号：TG506 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）28-0056-01
引言
2008年8月1日，我国第1条高速铁路京津城际铁路通车运营，实现了高速动车组350km/h的运营速度目标，这标志着我国高速铁路技术达到世界先进水平。我国高速铁路目前正在快速发展阶段，相应的铁路通道也处于加速建设中。牵引供电系统是为高速动车组提供动力的重要系统，其工作性能的安全可靠，是高速动车组安全运行的重要保障。高速列车在正常行驶中需要大容量、可靠的高电压，即牵引供电系统对电网的要求很高，因此高速铁路牵引供电技术面临着巨大的挑战。
1 高速铁路牵引供电系统概述
高速铁路牵引供电负荷量很大，具有很强的冲击力和不平衡性，因此要保证供电的可靠性，需要全面提升公用电网的供电容量与供电品质，在供电可靠性上远远高于普速的电气化铁路。由于牵引变电所的负荷大，且1个区段内的多个牵引变电所一般属于同一区域性或地方公用电网，从而使高速铁路牵引供电负荷对公用电网、尤其是电力系统受端电网的冲击，远大于普速电气化铁路。
我国的高速铁路主要由三相220kV电网供电。牵引变压器将三相电压转变为两相2×27.5kV分别为左右供电臂供电，自耦变压器，即AT的两个接头分别接：接触线27.5kV，正馈线-27.5kV，而中性线接地并与钢轨相连。由于牵引网采用全并联AT供电方式，沿线平均10～15km需要设置一台AT于AT所和分区所。在复线2×27.5kV供电系统的基础上，在AT所和分区所，横连线将上下行同类线路进行并联。
2 高速铁路牵引供变电技术
2.1 AT供电系统
自耦变压器AT是普通双绕组变压器的一种特殊连接，此种变压器最大的特点就是高压绕组与低压绕组的连接方式，两者之间不但有相互的磁路耦合，而且其电路也有直接联系，所以其传递的功率为感应功率和传导功率之和。由于AT的高低压绕组间有直接电路联系，便要求低压侧与高压侧具有同样的绝缘水平，且其常用于高低侧电压比较接近的场合。
与以往的供电系统不同，全并联AT供电系统的电流分布可以有效的减少供电线路中的电流和电压损失，并且可以大大降低通信线路的电磁干扰。与单线AT供电系统和复线AT供电系统相比，全并联AT供电系统的供电性能较为优越，其不仅能够增加牵引网的传输线路长度，还可以节省线路中牵引变电所的数量，因此，高速铁路牵引供电应该广泛采用全并联AT供电方式。
2.2 高速铁路牵引变电所关键设备
牵引变压器是高速铁路牵引变电所中最为重要的关键设备，目前，单相V/x接线和中点抽出式Scott接线是我国高铁主要采用的来那个中主变压器接线型式。单相V/x接线牵引变压器，V/x变压器包含两个单相三绕组的变压器，分别为左右AT牵引网供电。二次侧绕组中性点抽出并接地，使得两个绕组电压为±27.5kV，分别与T母线和F母线相连，形成AT供电方式，省去了牵引变电所出口处的AT。V/x变压器具有较高的容量利用率和简单的接线方式，因此在中国高铁牵引变电所中应用最为广泛。中性点抽出式Scott牵引变压器，中性点抽出式Scott变压器的二次侧与V/x变压器相似，都是从二次侧中性点抽出并接地，并且提供±27.5kV的电压，Scott变压器能够有效的减少牵引供电系统的对外部电网的功率不平衡的问题，属于一种应用广泛的平衡变压器。
3 高速铁路牵引供电系统的接触网和受电弓
高速铁路牵引供电系统主要由牵引变电所和接触网两部分组成，其最大的作用就是稳定不间断的向动车组供给电能，其系统构成和设备性能要适应高速铁路牵引负荷的特点，接触网与供电质量和动车的速度具有紧密的联系，可以比作是牵引供电系统的主动脉。动车组运行时，是在受电弓与接触导线滑动接触状态下获取电能，为使动车组连续不断地获取电能，要求接触导线与受电弓在运行中保持良好接触，即要求弓网振动小、相互冲击小、离线次数少、离线时间短、导线和滑板磨耗速度慢。
受电弓与接触网在材料组合、电气和机械的耦合联系所组成的系统成为弓网系统。列车接收电能的可靠性和电能品质取决于受电弓与接触网之间的相互作用，即由受电弓和接触网的参数选取和设计方案来决定。弓网系统的电接触性能、动态性能、材料接口及几何相互作用是弓与网相互作用的重要内容，也是限制列车实现更高速度的重要因素。为实现弓网间的良好接触，提高供电品质和可靠性，各国都对接触网和受电弓的结构及主要参数的研究投入了大量精力。
4 牵引供电系统雷电防护
国内外的高速铁路一般情况都是铺设在地表以上的，由于土地资源紧缺，我国也有80%左右的线路设计在高架桥上，而这也将使得接触网系统更加容易受到雷击侵害，因此在建设铁路工程中，增设了一系列防雷装置，比如架设避雷线，敷设接地网等预防措施。一般情况下，雷击可能会导致变电所设备损毁、线路跳闸、相关系统损毁等事故，根据相关设计资料，雷害是造成接触网停电事故的重要原因。由于高架铁路雷害的几率会更高，防雷措施以保护重要设备不被损坏、系统不因雷击而破坏为主。
5 高速铁路综合监控技术
高速铁路四大核心系统之一的供电系统为高速动车组提供动力电源，为通信信号等运行控制系统提供工作电源，是高速铁路安全可靠运行必不可少的支撑系统。高速铁路综合SCADA系统包括：设置在铁路沿线供电站点中的被控站系统、设置在各个铁路局的调度系统，以及连接被控站和调度系统的远程通信网络三大部分，是将先进的计算机技术、信息通信技术、智能分析决策技术、自动控制技术、电力电子技术和传感测量技术高度集成，远程实现对全国范围内高速铁路供电设备运行工况的自动数据采集和监测控制等基本功能，实现海量数据的故障分析与辅助决策、供电运行调度指挥、与高铁其他运行控制系統的协同互动等高级功能。
结束语
高速铁路牵引供电关键技术的研究是中国高速铁路发展的可靠保障，高速铁路牵引供电系统所用的关键技术包括供变电技术、弓网受流、保护系统、综合监控等方面。与此同时，随着科技的进步，要及时吸纳先进的技术，新技术的应用会给高速铁路牵引供电的发展注入新的活力，新型同相供电技术，智能化牵引供电等技术的应用将提高高速铁路牵引供电的运行可靠性。
参考文献
[1]刘辉.季节性冻土地区高速铁路设计施工技术[J].铁道工程学报，2017，34（10）：1-10.
[2]周艳秋.高速铁路牵引供电系统关键技术及其标准制定[J].人生十六七，2017（21）：55.
[3]孙小军.考虑行车运行图的高速铁路牵引供电系统风险评估[D].西南交通大学，2017.
[关键词]中国高铁；牵引；供电；技术
中图分类号：TG506 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）28-0056-01
引言
2008年8月1日，我国第1条高速铁路京津城际铁路通车运营，实现了高速动车组350km/h的运营速度目标，这标志着我国高速铁路技术达到世界先进水平。我国高速铁路目前正在快速发展阶段，相应的铁路通道也处于加速建设中。牵引供电系统是为高速动车组提供动力的重要系统，其工作性能的安全可靠，是高速动车组安全运行的重要保障。高速列车在正常行驶中需要大容量、可靠的高电压，即牵引供电系统对电网的要求很高，因此高速铁路牵引供电技术面临着巨大的挑战。
1 高速铁路牵引供电系统概述
高速铁路牵引供电负荷量很大，具有很强的冲击力和不平衡性，因此要保证供电的可靠性，需要全面提升公用电网的供电容量与供电品质，在供电可靠性上远远高于普速的电气化铁路。由于牵引变电所的负荷大，且1个区段内的多个牵引变电所一般属于同一区域性或地方公用电网，从而使高速铁路牵引供电负荷对公用电网、尤其是电力系统受端电网的冲击，远大于普速电气化铁路。
我国的高速铁路主要由三相220kV电网供电。牵引变压器将三相电压转变为两相2×27.5kV分别为左右供电臂供电，自耦变压器，即AT的两个接头分别接：接触线27.5kV，正馈线-27.5kV，而中性线接地并与钢轨相连。由于牵引网采用全并联AT供电方式，沿线平均10～15km需要设置一台AT于AT所和分区所。在复线2×27.5kV供电系统的基础上，在AT所和分区所，横连线将上下行同类线路进行并联。
2 高速铁路牵引供变电技术
2.1 AT供电系统
自耦变压器AT是普通双绕组变压器的一种特殊连接，此种变压器最大的特点就是高压绕组与低压绕组的连接方式，两者之间不但有相互的磁路耦合，而且其电路也有直接联系，所以其传递的功率为感应功率和传导功率之和。由于AT的高低压绕组间有直接电路联系，便要求低压侧与高压侧具有同样的绝缘水平，且其常用于高低侧电压比较接近的场合。
与以往的供电系统不同，全并联AT供电系统的电流分布可以有效的减少供电线路中的电流和电压损失，并且可以大大降低通信线路的电磁干扰。与单线AT供电系统和复线AT供电系统相比，全并联AT供电系统的供电性能较为优越，其不仅能够增加牵引网的传输线路长度，还可以节省线路中牵引变电所的数量，因此，高速铁路牵引供电应该广泛采用全并联AT供电方式。
2.2 高速铁路牵引变电所关键设备
牵引变压器是高速铁路牵引变电所中最为重要的关键设备，目前，单相V/x接线和中点抽出式Scott接线是我国高铁主要采用的来那个中主变压器接线型式。单相V/x接线牵引变压器，V/x变压器包含两个单相三绕组的变压器，分别为左右AT牵引网供电。二次侧绕组中性点抽出并接地，使得两个绕组电压为±27.5kV，分别与T母线和F母线相连，形成AT供电方式，省去了牵引变电所出口处的AT。V/x变压器具有较高的容量利用率和简单的接线方式，因此在中国高铁牵引变电所中应用最为广泛。中性点抽出式Scott牵引变压器，中性点抽出式Scott变压器的二次侧与V/x变压器相似，都是从二次侧中性点抽出并接地，并且提供±27.5kV的电压，Scott变压器能够有效的减少牵引供电系统的对外部电网的功率不平衡的问题，属于一种应用广泛的平衡变压器。
3 高速铁路牵引供电系统的接触网和受电弓
高速铁路牵引供电系统主要由牵引变电所和接触网两部分组成，其最大的作用就是稳定不间断的向动车组供给电能，其系统构成和设备性能要适应高速铁路牵引负荷的特点，接触网与供电质量和动车的速度具有紧密的联系，可以比作是牵引供电系统的主动脉。动车组运行时，是在受电弓与接触导线滑动接触状态下获取电能，为使动车组连续不断地获取电能，要求接触导线与受电弓在运行中保持良好接触，即要求弓网振动小、相互冲击小、离线次数少、离线时间短、导线和滑板磨耗速度慢。
受电弓与接触网在材料组合、电气和机械的耦合联系所组成的系统成为弓网系统。列车接收电能的可靠性和电能品质取决于受电弓与接触网之间的相互作用，即由受电弓和接触网的参数选取和设计方案来决定。弓网系统的电接触性能、动态性能、材料接口及几何相互作用是弓与网相互作用的重要内容，也是限制列车实现更高速度的重要因素。为实现弓网间的良好接触，提高供电品质和可靠性，各国都对接触网和受电弓的结构及主要参数的研究投入了大量精力。
4 牵引供电系统雷电防护
国内外的高速铁路一般情况都是铺设在地表以上的，由于土地资源紧缺，我国也有80%左右的线路设计在高架桥上，而这也将使得接触网系统更加容易受到雷击侵害，因此在建设铁路工程中，增设了一系列防雷装置，比如架设避雷线，敷设接地网等预防措施。一般情况下，雷击可能会导致变电所设备损毁、线路跳闸、相关系统损毁等事故，根据相关设计资料，雷害是造成接触网停电事故的重要原因。由于高架铁路雷害的几率会更高，防雷措施以保护重要设备不被损坏、系统不因雷击而破坏为主。
5 高速铁路综合监控技术
高速铁路四大核心系统之一的供电系统为高速动车组提供动力电源，为通信信号等运行控制系统提供工作电源，是高速铁路安全可靠运行必不可少的支撑系统。高速铁路综合SCADA系统包括：设置在铁路沿线供电站点中的被控站系统、设置在各个铁路局的调度系统，以及连接被控站和调度系统的远程通信网络三大部分，是将先进的计算机技术、信息通信技术、智能分析决策技术、自动控制技术、电力电子技术和传感测量技术高度集成，远程实现对全国范围内高速铁路供电设备运行工况的自动数据采集和监测控制等基本功能，实现海量数据的故障分析与辅助决策、供电运行调度指挥、与高铁其他运行控制系統的协同互动等高级功能。
结束语
高速铁路牵引供电关键技术的研究是中国高速铁路发展的可靠保障，高速铁路牵引供电系统所用的关键技术包括供变电技术、弓网受流、保护系统、综合监控等方面。与此同时，随着科技的进步，要及时吸纳先进的技术，新技术的应用会给高速铁路牵引供电的发展注入新的活力，新型同相供电技术，智能化牵引供电等技术的应用将提高高速铁路牵引供电的运行可靠性。
参考文献
[1]刘辉.季节性冻土地区高速铁路设计施工技术[J].铁道工程学报，2017，34（10）：1-10.
[2]周艳秋.高速铁路牵引供电系统关键技术及其标准制定[J].人生十六七，2017（21）：55.
[3]孙小军.考虑行车运行图的高速铁路牵引供电系统风险评估[D].西南交通大学，2017.