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【分类号】：TK651.2文献标识码：T
摘要：牵引供电系统在高速铁路安全稳定运行过程中发挥着至关重要的作用，一旦牵引供电系统发生故障将引起高速列车的全面停运。文章对高速铁路牵引供电系统基本组成进行介绍的基础上，对当前高速铁路牵引供电系统故障诊断以及管理存在的重要问题进行了详细的分析，对确保高速铁路牵引供电系统实现更加科学化管理的措施进行了深入探讨。
关键词：高速铁路，牵引供电，科学管理，安全预警
前言
进入新的历史阶段，伴随着我国铁路事业的高度发展，高速铁路呈现出蓬勃发展之势；据统计，“截至 2010 年底，我国高铁投入运营里程达8358千米，高速铁路运营里程已居世界第一，2012 年底我国高速铁路总规模达到13000千米，我国已成为世界上高速铁路发展最快、系统技术最全、集成能力最强、运营里程最长、运营速度最高、在建规模最大的国家。” 伴随着高速铁路事业的飞速发展，其安全性、稳定性也日益引起整个社会的广泛关注。在高速铁路整个系统中发挥核心作用的供电牵引系统的重要性也就不言而喻。
一、高速铁路牵引供电系统基本组成介绍
第一，高速铁路牵引供电系统外部电源。牵引供电系统外部电源在整个高速铁路系统中发挥着“源头”作用，为整个高速列车提供能量持续性供给；供给的方式和途径是通过牵引变压器从电力系统到牵引供电能量的转换来实现的。不同于普通铁路，高速铁路牵引供电系统所接入的电压一般为220千伏。高速铁路牵引供电系统外部电源的主要功能是为高速铁路持续性供电提供更加完备供电保障。
第二，高速铁路牵引供变电所。如果外部电源发挥的作用主要是提供持续性的保障，那么牵引变电所将外部供电根据电力牵引对电流以及电压的不同需求，转化为适用铁路牵引需求的电能，之后将转化后的电能输送到接触网。高速铁路牵引变电所所在整个牵引供电系统发挥着“心脏”般的功能。在整个高速铁路运行线路中，一般每间隔40-50千米就会设立一个变电所，每个变电所所中安装两套设备，确保铁路稳定、持续运行。牵引变电所包含牵引变压器，除此之外也包括给牵引变压器配套的其它相关设备，如开关设备、电压电流、测量设备等。
二、高速铁路传统牵引供电系统故障诊断及管理存在的主要问题
第一，传统牵引供电系统故障诊断及管理的主要特征。传统模式下，对牵引供电系统故障进行的管理主要是对已经出现的故障，是对已经发生故障的诊断、维修，而当故障出现之前，证明系统已经在非常不健康的运行条件下运行过一段时间；传统条件下的对牵引供电故障发生位置以及原因进行排查后也能够使系统恢复到以前状态，但是从很大程度上对铁路运行秩序产生不利影响，对铁路运输带来一定损失，其经济性、时效性不强。
第二，传统牵引供电系统故障诊断及管理存在的主要问题：一是对出现的故障难以查找到真正原因。二是只是针对故障发生后进行的处理。传统条件下的故障诊断只能是对已经出现的故障进行诊断管理，难以实现事先性、预警性预见。三是排除出现故障的时间较长，影响铁路运行秩序。由于只能是针对故障发生之后进行的处理，故障排除需要一定的时间，在此过程中会对铁路运行秩序产生诸多不利影响。
三、高速铁路牵引供电系统科学管理及安全预警的主要措施
第一，采取多元化的牵引供电数据采集与处理技术。该种技术包含对牵引变电所各自动化系统、数据采集与监视控制系统、故障录波装置、接触网检测车等监测数据的精度、正确率以及各系统监测数据相互之间的关联性进行管理，获取高铁牵引供电变压器的局放以及互感器介质损耗信息，并对不同数据的来源以及特征进行综合分析，例如，数据发生的时间与空间等，在相关数据分析处理的基础上建立起多元化的故障预警与诊断数据模型。多元化的牵引供电数据采集处理技术所涉及到的主要层面包含四个板块，分别为数据的采集与处理、牵引设备状态的信息采集与处理、牵引设备基础性的信息采集与处理以及牵引维修信息的采集与处理，在相关数据与信息采集处理的基础上，作出对故障性相关分析、监测特征量的选取以及故障特征的提取等方面的分析结果。
第二，高铁牵引供电正常状态下的综合评价技术。对高铁牵引供电正常状态下的综合评价，主要涉及通过建立相关标准对供电系统正常运行的结构、特征、运行等进行诊断定义，建立包括各项数据指标的重要度和时效性的动态评估指标、设备的重要度评估指标、元件及网络的健康程度指标等一系列指标体系，在此基础上对高速铁路牵引供电系统的正常运行状况是否健康、良性作出全面的评估。
第三，高铁牵引供电故障预警技术。对于高铁牵引供电系统出现的故障，具有一定的必然性，是诸多因素予以累计的结果。当故障发生时，其前期必然经过一段时间的不健康运行状态，当不健康运行状态难以承受正常工作负荷的时候，故障必然发生。究竟故障在哪个环节发生、在哪个设备中发生，则难以作出预先性的判断。如果建立起高铁牵引供电故障预警技术体系，则能够在故障发生之前就能够识别出设备的异常，对潜在发生的故障予以避免，建设事故发生的概率。高铁牵引供电故障预警技术，重点包含两种：一种是对潜在的隐形故障予以预警；第二种是对早期出现的、或已经初露的故障端倪进行的额预警。潜在的隐形故障主要是已经发生却未直接表现出来（或未被发现）的故障，由于其具有随机性和隐蔽性，对于该类故障可以借助于牵引供电故障预警技术中的各设备相互之间关联所形成的制约关系技术予以解决。对于对早期出现的、或已经初露的故障端倪的这种情况，早期故障的特征比较微弱，提取往往比较困难，主要采取保证数据间几何关系和距离测度不变的前提下，展开观测空间卷曲的流形来发现内在主要变量的技术措施。
第四，高铁牵引供电故系统维护技术。对于高铁牵引供电系统而言，采用科学、规范的系统维护技术能够有效延长系统寿命，提高设备性能，提高牵引供电系统的稳定定与安全性。高铁牵引供电系统维护技术包含以下两种：一是主要涉及运行状态检修技术，在科学降低维修成本、提高系统稳定性基础上实现二者的协调；二是主要采用定量方法，对不同线路等级的牵引供电系统维护费用和故障后果损失费用之间实现最优化。高铁牵引供电故系统维护技术，能够有效降低维修保障费用，提高牵引供电系统运行的经济性与可靠性。
四、结语
伴随着经济社会的飞速发展，高速铁路在整个国民经济秩序中所发挥的作用越加突出。而高速铁路牵引供电系统是确保整个高速铁路系统稳定、健康运行的关键环节，尤其是作为高速铁路上电力机车能量的来源，高铁牵引供电系统的安全可靠对整个高速铁路的可靠运行具有非常重要的意义；牵引供电系统一旦发生故障，不仅会影响到铁路运行秩序，为铁路系统带来一定的经济损失，而且在很大程度上也影响到铁路的安全稳定运行。確保高速铁路牵引供电系统管理的科学化，必须要综合采用采取多元化的牵引供电数据采集与处理技术、供电正常状态下的综合评价技术、故障预警技术、供电故障排除与处理技术，以更好的确保高速铁路稳健、安全运行。
参考文献：
[1]吴双； 何正友； 钱澄浩； 臧天磊. 模糊Petri网在高速铁路牵引供电系统故障诊断中的应用[J]. 电网技术， 2011/09.
[2]陈宏伟； 耿光超； 江全元. 电气化铁路牵引供电系统车网耦合的潮流计算方法[J]. 电力系统自动化， 2012/03.
[3]杨媛； 吴俊勇； 吴燕. 基于可信性理论的电气化铁路牵引供电系统RAMS的模糊评估[J]. 北京交通大学学报， 2008/05.
[4]魏喆； 肖晓晖； 童雪梅； 柳亮. 铁路牵引供电系统接触网结构的防灾分析[J]. 铁道学报， 2011/06.
葉玉鹏，兰州交通大学，供用电技术及自动化专业，622301197711176638，中铁建电气化局南方公司
摘要：牵引供电系统在高速铁路安全稳定运行过程中发挥着至关重要的作用，一旦牵引供电系统发生故障将引起高速列车的全面停运。文章对高速铁路牵引供电系统基本组成进行介绍的基础上，对当前高速铁路牵引供电系统故障诊断以及管理存在的重要问题进行了详细的分析，对确保高速铁路牵引供电系统实现更加科学化管理的措施进行了深入探讨。
关键词：高速铁路，牵引供电，科学管理，安全预警
前言
进入新的历史阶段，伴随着我国铁路事业的高度发展，高速铁路呈现出蓬勃发展之势；据统计，“截至 2010 年底，我国高铁投入运营里程达8358千米，高速铁路运营里程已居世界第一，2012 年底我国高速铁路总规模达到13000千米，我国已成为世界上高速铁路发展最快、系统技术最全、集成能力最强、运营里程最长、运营速度最高、在建规模最大的国家。” 伴随着高速铁路事业的飞速发展，其安全性、稳定性也日益引起整个社会的广泛关注。在高速铁路整个系统中发挥核心作用的供电牵引系统的重要性也就不言而喻。
一、高速铁路牵引供电系统基本组成介绍
第一，高速铁路牵引供电系统外部电源。牵引供电系统外部电源在整个高速铁路系统中发挥着“源头”作用，为整个高速列车提供能量持续性供给；供给的方式和途径是通过牵引变压器从电力系统到牵引供电能量的转换来实现的。不同于普通铁路，高速铁路牵引供电系统所接入的电压一般为220千伏。高速铁路牵引供电系统外部电源的主要功能是为高速铁路持续性供电提供更加完备供电保障。
第二，高速铁路牵引供变电所。如果外部电源发挥的作用主要是提供持续性的保障，那么牵引变电所将外部供电根据电力牵引对电流以及电压的不同需求，转化为适用铁路牵引需求的电能，之后将转化后的电能输送到接触网。高速铁路牵引变电所所在整个牵引供电系统发挥着“心脏”般的功能。在整个高速铁路运行线路中，一般每间隔40-50千米就会设立一个变电所，每个变电所所中安装两套设备，确保铁路稳定、持续运行。牵引变电所包含牵引变压器，除此之外也包括给牵引变压器配套的其它相关设备，如开关设备、电压电流、测量设备等。
二、高速铁路传统牵引供电系统故障诊断及管理存在的主要问题
第一，传统牵引供电系统故障诊断及管理的主要特征。传统模式下，对牵引供电系统故障进行的管理主要是对已经出现的故障，是对已经发生故障的诊断、维修，而当故障出现之前，证明系统已经在非常不健康的运行条件下运行过一段时间；传统条件下的对牵引供电故障发生位置以及原因进行排查后也能够使系统恢复到以前状态，但是从很大程度上对铁路运行秩序产生不利影响，对铁路运输带来一定损失，其经济性、时效性不强。
第二，传统牵引供电系统故障诊断及管理存在的主要问题：一是对出现的故障难以查找到真正原因。二是只是针对故障发生后进行的处理。传统条件下的故障诊断只能是对已经出现的故障进行诊断管理，难以实现事先性、预警性预见。三是排除出现故障的时间较长，影响铁路运行秩序。由于只能是针对故障发生之后进行的处理，故障排除需要一定的时间，在此过程中会对铁路运行秩序产生诸多不利影响。
三、高速铁路牵引供电系统科学管理及安全预警的主要措施
第一，采取多元化的牵引供电数据采集与处理技术。该种技术包含对牵引变电所各自动化系统、数据采集与监视控制系统、故障录波装置、接触网检测车等监测数据的精度、正确率以及各系统监测数据相互之间的关联性进行管理，获取高铁牵引供电变压器的局放以及互感器介质损耗信息，并对不同数据的来源以及特征进行综合分析，例如，数据发生的时间与空间等，在相关数据分析处理的基础上建立起多元化的故障预警与诊断数据模型。多元化的牵引供电数据采集处理技术所涉及到的主要层面包含四个板块，分别为数据的采集与处理、牵引设备状态的信息采集与处理、牵引设备基础性的信息采集与处理以及牵引维修信息的采集与处理，在相关数据与信息采集处理的基础上，作出对故障性相关分析、监测特征量的选取以及故障特征的提取等方面的分析结果。
第二，高铁牵引供电正常状态下的综合评价技术。对高铁牵引供电正常状态下的综合评价，主要涉及通过建立相关标准对供电系统正常运行的结构、特征、运行等进行诊断定义，建立包括各项数据指标的重要度和时效性的动态评估指标、设备的重要度评估指标、元件及网络的健康程度指标等一系列指标体系，在此基础上对高速铁路牵引供电系统的正常运行状况是否健康、良性作出全面的评估。
第三，高铁牵引供电故障预警技术。对于高铁牵引供电系统出现的故障，具有一定的必然性，是诸多因素予以累计的结果。当故障发生时，其前期必然经过一段时间的不健康运行状态，当不健康运行状态难以承受正常工作负荷的时候，故障必然发生。究竟故障在哪个环节发生、在哪个设备中发生，则难以作出预先性的判断。如果建立起高铁牵引供电故障预警技术体系，则能够在故障发生之前就能够识别出设备的异常，对潜在发生的故障予以避免，建设事故发生的概率。高铁牵引供电故障预警技术，重点包含两种：一种是对潜在的隐形故障予以预警；第二种是对早期出现的、或已经初露的故障端倪进行的额预警。潜在的隐形故障主要是已经发生却未直接表现出来（或未被发现）的故障，由于其具有随机性和隐蔽性，对于该类故障可以借助于牵引供电故障预警技术中的各设备相互之间关联所形成的制约关系技术予以解决。对于对早期出现的、或已经初露的故障端倪的这种情况，早期故障的特征比较微弱，提取往往比较困难，主要采取保证数据间几何关系和距离测度不变的前提下，展开观测空间卷曲的流形来发现内在主要变量的技术措施。
第四，高铁牵引供电故系统维护技术。对于高铁牵引供电系统而言，采用科学、规范的系统维护技术能够有效延长系统寿命，提高设备性能，提高牵引供电系统的稳定定与安全性。高铁牵引供电系统维护技术包含以下两种：一是主要涉及运行状态检修技术，在科学降低维修成本、提高系统稳定性基础上实现二者的协调；二是主要采用定量方法，对不同线路等级的牵引供电系统维护费用和故障后果损失费用之间实现最优化。高铁牵引供电故系统维护技术，能够有效降低维修保障费用，提高牵引供电系统运行的经济性与可靠性。
四、结语
伴随着经济社会的飞速发展，高速铁路在整个国民经济秩序中所发挥的作用越加突出。而高速铁路牵引供电系统是确保整个高速铁路系统稳定、健康运行的关键环节，尤其是作为高速铁路上电力机车能量的来源，高铁牵引供电系统的安全可靠对整个高速铁路的可靠运行具有非常重要的意义；牵引供电系统一旦发生故障，不仅会影响到铁路运行秩序，为铁路系统带来一定的经济损失，而且在很大程度上也影响到铁路的安全稳定运行。確保高速铁路牵引供电系统管理的科学化，必须要综合采用采取多元化的牵引供电数据采集与处理技术、供电正常状态下的综合评价技术、故障预警技术、供电故障排除与处理技术，以更好的确保高速铁路稳健、安全运行。
参考文献：
[1]吴双； 何正友； 钱澄浩； 臧天磊. 模糊Petri网在高速铁路牵引供电系统故障诊断中的应用[J]. 电网技术， 2011/09.
[2]陈宏伟； 耿光超； 江全元. 电气化铁路牵引供电系统车网耦合的潮流计算方法[J]. 电力系统自动化， 2012/03.
[3]杨媛； 吴俊勇； 吴燕. 基于可信性理论的电气化铁路牵引供电系统RAMS的模糊评估[J]. 北京交通大学学报， 2008/05.
[4]魏喆； 肖晓晖； 童雪梅； 柳亮. 铁路牵引供电系统接触网结构的防灾分析[J]. 铁道学报， 2011/06.
葉玉鹏，兰州交通大学，供用电技术及自动化专业，622301197711176638，中铁建电气化局南方公司