（中国铁路济南局集团有限公司青岛供电段 山东青岛 266002）
摘要：近年来，我国的交通行业有了很大进展，铁路工程建设越来越多。传统监测方法在监测高速铁路牵引供电电压时，误差较大，与实际值不符。为解决上述问题，研究了一种新的高速铁路牵引供电电压在线监测方法，在高速铁路牵引供电网为空载状态下，利用两条导线测量高速铁路牵引供电电压，结合交流电流有效值i和测量电阻R，求出电压有效值U；通过三表法记录电压滤波，使用MATLAB算法对录波电压进行傅里叶分解，实现供电电压在线分析；采取信号发生器和雷击浪涌发生器在CVT和分压器中施加不同的电压信号，得到供电电压实际值，比较两组测量结果，判断监测到的电压值是否准确。为验证监测效果，设计对比实验，实验结果表明，监测结果与实际值误差小于0.01%。说明监测方法具有较高准确率。
关键词：高速铁路；牵引供电；电压监测；在线监测；供电电压
引言
电铁供电电压等级的选取以满足机车牵引供电的供电电压偏差要求为原则，考虑牵引负荷需求、电网条件等因素，结合技术、经济的综合比较来选取。
1牵引供电系统的构成
在铁路系统中，重载铁路从整个供电系统接收电力能源，称为牵引供电系统。牵引供电系统需要进行降压处理，将电力转化成所需的压力等级，保证机车的正常运行。使用电力机车进行机车牵引主要是因为该系统的功率大，作用在在机车运行的时候，提速非常快，因此，要根据专门的外部装置提供所需电能。在铁路线路上，每隔一定距离需要建设一个牵引变电所，这些变电所就是为了给铁路运输机车的运行提供牵引动力，电压的变换也是非常巨大的，一般是将110kV或220kV的电压经牵引变压器降为27.5kV或55kV（2×27.5kV），电压变换是整个系统工作的第一步，然后电能经由馈线、接触网、钢轨和回流线组成的牵引网，最后将电能传递到电力机车上，完成对机车的供电。在供电的过程中，不同的供电方式需要的设备各不相同，同时，辅助设备也是必要的供电元件。
2电铁供电可靠性要求
电力牵引负荷为一级负荷，采用集中供电方式，牵引站应由两路电源供电，当任一路故障时，另一路仍应正常供电。牵引站的两路电源宜取自不同电源点的两座变电站（发电厂）。福建地区近年来新建的几条电气化铁路均有部分段线路经过较为偏远的山区县，地区电网发展较慢，新建电铁牵引变周边或无可靠接入点的情况，届时可考虑：（1）新建开关站以供一个或多个电铁项目接入，但需保证同一牵引变需接入开关站的不同段母线，且开关站的上一级负荷至少有两回电源进线。（2）若牵引变的电源取自同一变电站的情况下，该变电站为GIS站且母线无分段，则变电站扩建间隔期间GIS打耐压环节，将导致全站停电施工、牵引变失电。因此，为保证电铁供电可靠性，需加装母线分段开关。值得注意的是，若牵引变由220kVGIS变电站双回110kV线路供电，则220kV及110kV侧母线均需分段。
3高速铁路牵引供电电压在线监测
3.1高速铁路牵引供电电压在线测量
文中根据国家标准设计了高速铁路牵引供电电压在线测量方法，测定示意图如图1所示。图1中，1代表电压测量轴承座，2和4代表绝缘片，3代表金属片，5代表测量转子。在测量之前必须要对每个设备进行检测，确保设备的绝缘性，通过加入绝缘环提高电阻的绝缘能力，设置测量的高速铁路牵引供电网为空载状态，电压为额定电压，频率为额定频率。测量次数共有2次，第一次测量利用导线A连接大地和轴承座一端，利用导线B连接大地和轴承座另一端，得到图中轴电压U1和U2，测量结束后将导线拆除，调整引线；第二次测量采用直接直接测量的方法得到电压U3。
图1 高速铁路牵引供电电压在线测量示意图
文中采取的测量方法基本设备为高内阻毫伏表，能够直接测量出高速铁路牵引供电电压，根据测量的电压结果得到电流数值。为了提高测量的精准度，在电路中要以串联的方式加入一个较大电阻，防止电流过大烧毁测量仪器，通常加入的电阻要大于500Ω。电压表并联在电路中，利用欧姆定律，得到精准地电压测量值。实际测量时，需要重点检验电机轴承对地绝缘是否合格，所有的绝缘层都要放在轴瓦外侧，便于测量电压。高速铁路牵引供电电压在线测量流程简图如图2所示。
分析上述计算公式，可以发现本文得到的电流值和电压值都是方均根值，指的是电压和电流在一段时间内产生的积分，这样的测量方式可以避开电流表自身内阻对测量结果产生的影响，提高准确性。如果在测量时，必须要加入电流表，需要增大电流表内阻，电流表内阻越大，测量结果越准确。
3.2高速铁路牵引供电电压值分析
为了实现高速铁路牵引供电电压的在线分析，本文利用三表法记录电压滤波，将线电压转化成相电压，通过录波分析得到精准地分析结果。在分析高速铁路牵引供电电压时，首先连接两端的接地地刷，然后判断电机是否运行到额定状态，如果电机运行到额定状态中，搭棒要与转轴连接，接线一端连接示波器输入端，另一端接地，从而分析示波器中的电压波形。利用MATLAB算法对录波电压进行傅里叶分解，分解结果如图3所示。观察图3可知，接入的电压为标准的三相正弦电压，电压波形分为A、B、C三项，波形基本对称，分解之后第5次、第9次、第17次的谐波含量最小，分解的基波电压与实测电压幅值一致。
3.3高速铁路牵引供电电压监测结果验证
对A组、B组得到的时域电压波形图进行求取，进而得到高速铁路牵引供电电压实际值，利用反演计算对比得到的结果，如果A组和B组得到的结果基本吻合，则证明高速铁路牵引供电电压在线监测结果准确（小的数值振荡可忽略不计）；如果A组和B组得到的结果存在很大的数值波动，数值也很难达成一致，则证明得到的监测结果不准确，需要二次监测。
图3 三相电压傅里叶分解
结束语
综上所述，文中利用矢量匹配和反演计算研究了一种新的监测方法，该方法能够针对高速铁路牵引供电电压进行有效监测，通过测量牵引电流得到电压有效值，消除测量误差；在示波器上分析得到的电压数值，实现在线监测，避免外界信息干扰；在CVT和分压器中对监测结果进行分析，确保输出结果的精准度。通过建立专门的质量管理监督组织，在整个施工过程中对工程的质量进行有效地质量控制，保证工程的质量，确保铁路工程建设的顺利推进，为铁路运输事业的发展奠定坚实的基础、做出应有的贡献。
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论文作者:王涛
论文发表刊物:《电力设备》2019年第12期
论文发表时间:2019/10/23
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