电气化铁道论文范文(精选3篇)

电气化铁道论文篇1

【关键词】电气化铁路；负荷特性；计量方案

随着电力技术的快速发展和科学技术的迅速提高，使我国电气化铁路得到了迅速的发展。在进行电气化铁路运行过程中，通常需要将高次谐波电流注入电力系统中，会在一定程度上影响了电力系统的电压波形。在影响了电力运行系统时，会对电网安全和经济运行产生一定的危害，并且也需要制定科学合理的电能计量方案，以此保证电气化铁路的准确性。

1 电气化铁路的影响以及负荷特点

（1）电气化铁路对电网波形的影响。在电气化铁路中注入高次谐波电流，会对电网波形产生一定的影响。电气化铁力对电网波形产生的影响，使得电网波形发生畸变的现象，而在电网电压电流的信号中，使信号也不再是周期正弦信号，没有具备一定的平稳性。在对其进行分析时，电气化铁路会对电力系统谐波产生一定的影响，通常出现污染的现象，由于多次谐波的组合。在组合的多次谐波中，主要是奇次谐波。

（2）电气化铁路符合的特点。在电力系统中，电气化铁路是其主要的不平衡负荷和谐波源负荷。在电气化铁路中，通常是采用单相电力牵引，作为电力机车。当出现不对称的电流时，会对电力系统中的对称运行条件造成一定的影响，使运行条件出现损坏的现象，导致电力系统的负序分量大幅度增加。其次电力机车主要是整流型负荷，它会产生多次的谐波，并且注入电网中。在交流侧方面，电力机车会产生全部的频次谐波，并包括基波。当产生负序分量和谐波时并注入电网，从而会对电力系统产生严重的影响。

在电气化铁路中，电气牵引网的特点主要包括：用电量大、通常分布在较广的铁道线，并覆盖在广泛的公用供电区等。电力机车有着较大的功率和速度，并且负载状况也会发生频繁的状况，电力机车不仅会产生大量的电力谐波，且具备着不断变化的特点，也会对公用电网产生波动的现象，从而对电力系统产生严重的影响。

总而言之，电气化铁路用电负荷的特点主要包括：较大的容量和负序电流、较高的谐波含量；并且三相和电压会出现严重的不平衡现象，并且电流波形畸变等。用电负荷在具备着这些特点后，通常会对公用电网运行产生严重的影响，对电网的安全性和可靠性都产生影响。电气化铁路用电负荷不仅会对电力系统的电能质量和安全运行都会产生严重的影响，也会对电气化铁路牵引站的可靠性供电产生影响。而在危害电气化铁路因素中，主要就是电力谐波。

2 电力谐波计量方案

目前在谐波电能计量方式中主要分为两种，其一是感应式电能表，其二是电子式电能表。首先是感应式电能表，在谐波电能计量方式中，由于感应式电能表在工作时，有着较小的工作频率范围。在工频范围是45Hz-65Hz之间，它的铁芯才会对基波功率和电能进行测量。当输入信号的频率在发生变化后，使电流、电压磁通也会发生变化，而且电压和电流的夹角也会发生变化，从而引起驱动、抑制和补偿等力矩发生变化，造成计量出现误差的现象。当输入信号的频率不断增高时，误差向负方向也会增大，而计量只能得到较少的电量。在感应式电能表工作频率范围小于高次谐波的频率，从而感应式电能表不能在谐波电流中使用。

在电子式电能表对谐波电流进行计量时，由于数字化技术的快速发展，在很大程度上推动了谐波电流计量技术的发展，主要包括谐波和基波有功电能计量芯片和谐波无功电能计量芯片。在谐波电流计量技术中已经实现了非正弦计量。电子式电能表频率需要较宽的范围，当计量原理出现差异性后，在计量谐波电流时也会出现差异性。在利用电子式电能表进行计量时，主要有三种方式。

首先是普通计量方法。采用普通的计量方法对谐波电流进行计算时，需要利用数字乘法器的原理进行计量。在无功计量时，需要利用基波移相90度的方法。在普通电子表计量方式中，谐波源用户通常产生的谐波功率，会与基波功率相反，然后在向电网馈送，在普通电子表计量方式中会产生有功功率，造成总有功率的减少，也降低了有功电能。

其次是基波计量方式。在基波计量方式中，总有功功率与基波有功功率相等，当将非线性负载的影响消除后，通常也没有将对电网有害的谐波进行计算。

最后就是各次谐波叠加的计量方式。各次谐波叠加计量方式中当基波的有功功率加上各次输出谐波有功功率后就等于总有功功率。不仅将供电网电压中所造成损耗的谐波排除后，也计算了对电网有害的谐波有功功率，具备着较高的科学性、合理性和准确性。

3 选择谐波电流计量方案

（1）普通全波电能表。普通全波电能表应用在较广的范围中，有着最长的运行时间。在普通全波电能表中的有功电能中，主要是进行输入的谐波电能计量，将输出的谐波电能排除，主要适合在电网关口、电厂关口和非谐波源用户等进行计量收费，他们的电磁环境负荷都较为纯净。

（2）基波电能表。基波电能表可以有效的防止非线性负载对电能计量产生的影响，并且基波电能表计量出来的结果，通常都是按照谐波源用户的谐波情况。在基波电能表计量方式中，将电能计量点上的负谐波电能进行排除，只是对用户消耗的有功电能进行计量，并没有计量有害的谐波电能，因此，应用基波电能表只能是在电气化铁路等方面，对用户进行计量和收费。

（3）谐波电能表。谐波电能表在计量数据时，会大于和等于普通全波表所计量的数据。当谐波越大时，计量数据就会出现越大的差值。谐波电能表与其他两种计量方式相比有着更好的科学性、准确性和合理性。使用谐波电能表可以将用给谐波源用户消耗的有功电能进行全面的记录，同时也可以准确的计量用户向电网传输的谐波电能。谐波电能表作为有效的科学依据，可以帮助电力公司向用户征收较多的电费，并且也可以向污染电网的用户征收惩罚性电费。采用谐波电能表可以能够有效的抑制谐波污染，使电能质量得到有效的提高，另外也可以作为净化用电环境的有效手段。但是采用谐波电能表，需要耗费大量的成本。

4 总结

在电气化铁路负荷计量方案中，要对电气化铁路用电负荷的特性进行全面的分析，从而制定有效的计量方案。在制定计量方案时，要对普通全波电能表、基波电能表和谐波电能表进行全面的分析，然后根据它们的特性，从而选择最佳的计量方案，以此保证电气化铁路的准确性。

参考文献：

[1]朱彬若.电气化铁路负荷特性分析和计量方案研究[J].第四届全国电磁计量大会文集，2007（05）.

[2]景德炎.电气化铁路负荷特性分析及供电方案相关问题的建议[J].会议论文，2008（11）.

[3]周星明，付连元，马晓燕，杜昊.银川城市电网负荷特性分析及预测[J].宁夏电力，2007（04）.

电气化铁道论文篇2

关键词 电气化铁路；接触网；动态检测

中图分类号U22 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）94-0128-02

0 引言

接触网是在电气化铁道中、沿钢轨上空“之”字形架设的、向电力机车供电的特殊形式的输电线路。接触网主要包含以下几项内容：1）基础设施，主要作用是固定并保持接触悬挂及支持装置在空间的位置状态；2）支持结构，主要作用是支持接触悬挂并保持其在空间的位置状态；3）接触悬挂，主要作用是传输电流给电力机车及保持接触网的状态；4）其他辅助构件，包括附加悬挂、电连接、中锚、绝缘设备、避雷设备、隔离开关、接地装置等。

为适应中国铁路全面提速及动车组列车大面积开行，满足新型信号系统及列控系统的检测需要，本文采用全新的分散式系统结构，增加了牵引回流检测、应答器模拟信息检测等功能，研制出了运用于高速综合检测列车的新型信号动态检测系统。

2 轨道电路检测系统

轨道电路检测系统由轨道电路感应线圈（STM天线）、STM接线盒、和轨道电路采集处理机、数据交换设备等构成。轨道电路信号被STM天线接收形成感应信号，通过信号电缆送入检测系统轨道电路采集处理机，轨道电路接收处理机对信号进行解析处理，处理结果通过数据交换机提供给综合检测系统，进行显示、统计、分析、存储。

轨道电路感应信号进入轨道电路采集处理机后信号通过输入保护、接口匹配，信号调理电路，隔离放大，带通滤波，有效值转换，电平变换等电路，最终转换成适合数据处理芯片采集的信号。由数字信号处理器芯片8051F320对采集到的数据进行IIR数字滤波，形成主感应信号、干扰信号等包络，利用频域分析技术对主感应信号进行数字处理，计算出信号的载频、低频、细化谱、主要成份幅值等信息。

2.1输入保护及接口匹配电路

输入保护电路由稳压二极管组成，利用二极管反向击穿特性。正常工作时不对输入信号造成影响。当输入电压信号异常，超过设置电压范围时，二极管工作在反向击穿特性区，超出的电压通过被释放，从而保护其他电路正常工作。 接口匹配电路由电阻电容网络组成，用于匹配天线接入电路阻抗，使天线工作于最佳状态。

2.2信号调理电路

信号调整电路是整个系统的核心，它包括连续信号调理、干扰信号调理和数字信号调理。连续信号：将信号经过高阻隔离后提供给后级电路。50Hz陷波器把信号中的牵引电流干扰祛除，这部分电路很重要，作用比较明显。信号经跟随器变换后分别送给移频、交流计数带通滤波器，利用有效值变换电路把交流信号变成表示有效值的直流信号，供A/D采集用。干扰信号：电路原理基本同上，信号经过高阻隔离，并进行50Hz滤波、有效值变换等处理后，供A/D采集用。50Hz陷波电路：50Hz陷波电路是抗混叠滤波器。为了防止信号频谱产生混叠，滤波前对信号进行抗混叠滤波。50Hz陷波电路使用UAF42专用滤波芯片。

2.3带通滤波电路

带通滤波电路采用UAF42有源滤波器芯片。它是美国Burr-Brown公司90年代设计、生产的一种性能很好的通用型集成有源滤波器模块。可方便的设计出高通、低通、带通、陷波电路。该模块内部集成四级精密运算放大器、50KΩ±0.5%精密电阻和1000pF±0.5%精密电容，解决了以往有源滤波器设计中难以获得电阻、电容的匹配和损耗等问题。根据公式计算合适的外接电阻就能设计出满足要求的滤波器。机车感应器模拟量信号调理电路设置了中国移频（400Hz～1000Hz）、UM71（1600Hz～2700Hz）、交流计数（20Hz～80Hz）带通滤波器、50Hz干扰带通（45Hz-55Hz）、50Hz干扰陷波器，性能比较理想，调试比较简单。

3 牵引回流检测系统

电力牵引列车通过接触网、受电弓等设备获取电能牵引列车运行，牵引电流经接触网、列车受电弓、列车电力牵引设备等，最终通过钢轨返回大地构成供电回路。在实际运用中因线路原因、列车自身原因等往往会出现左右两条钢轨牵引回流不平衡现像。不平衡的因牵引电流会被机车感应器接收，形成较强的工频干拢，影响机车信号正运用，甚至烧毁机车信号设备。 轨道电路检测系统由牵引回流感应线圈（ASTM天线）、ASTM接线盒、和牵引回流采集处理机、数据交换机、工控计算机等构成。

左右两条钢轨上的牵引回流分别由ASTM天线接收，ASTM天线接收的两路信号通过电缆和相关接线端子接入到牵引回流采集处理机。牵引回流采集处理机分别对两路信号进行模数转换，形成可以被计算机处理的数据。数据通过高速串行通讯接口送入机箱内的嵌入式计算机，由嵌入式计算机对数据进行处理，分别计算出两条钢轨上的牵引电流幅值、电流谐波成份等信息，并将这些处理结果数据通过以数据交换机上传到牵引回流检测系统工控计算机。计算机将牵引回流信息结合综合数据进行综合运算完成牵引回流、牵引回流不平衡率、牵引回流谐波等指标的显示、分析、存储和统计。

4 应答器检测系统

应答器检测系统由车载应答器读取设备（BTM主机）、应答器数据天线（BTM-D）、应答器信号接收天线（BTM-T）、应答器接收处理机、高速数据采集处理卡、工业计算机等构成。实现在车载BTM-D天线通过地面应答器有效范围的瞬间向地面应答器发送能量信号，地面应答器收到能量信号并被激活，对外发送由报文信息调制的FSK射频调制信号。BTM-T天线接收FSK射频调制信号，并由应答器接收处理机对该信号进行处理。

在对应答器检测的过程中应答器被能量信号激活后发出的FSK射频调制信号由应答器信号接收天线接收，该信号通过电缆进入应答器检测处理机，经过谐振放大器进行放大形成具有一定幅度的应答器信号。然后信号被分成两路，其中一路经过自动增益放大形成稳定的FSK调制信号，再经过FSK解调电路解调出原始调制信息数据，解调完成的数据信息由处理器进行一系列软件解码处理。最终获得应答器报文、报文误码率、有效接收报文数量等信息。

另一路信号经线性放大器放大，电平变换电路调整，得到一个反映应答器发射信号强度的模拟信号。该模拟信号由高速数据采集卡进行采集，工控计算机对采集卡获得的数据进行计算处理，解析出信号的上边频、下边频、幅度等信息。

应答器信号上边频、下边频、信号强度、以及报文、报文误码率、有效接收报文数量等信息上传到信号检测系统，检测系统显示界面对应答器报文链接关系进图示分析，并将应答器检测的各项数据结合综合信息进行显示、存储、分析、统计。

5 结论

本论文对电气化铁路的整体结构和检测参数进行了简单的介绍，研究了电气化铁路综合动态检测系统，同时研究了综合动态检测系统组成，包括轨道电路检测系统、牵引回流检测系统、数据采集系统、应答器检测系统，为电气化铁路系统施工、设备安装、验收及竣工后的维护、检修等各个环节提供了有效的数据支持，也为逐步改进电气化铁路设计标准及施工、检修工艺提供了有力的参考依据。

参考文献

[1]周平.铁道概论[M].北京：中国铁道出版社，2009.

[2]于万聚.高速电气化铁路接触网[M].成都：西南交通大学出版社，2003.

[3]马玲.牵引供电规程与规则[M].北京：中国铁道出版社，2012.

[4]陈海军.电力牵引供变电技术[M].北京：中国铁道出版社，2012.

电气化铁道论文篇3

【关键词】接触网；故障分析；可靠性

1.接触网主要故障分析

1.1空间结构尺寸方面故障

接触网不仅要保障向电力机车提供的电流质量良好，而且还要保证在规定的空间几何位置上接触悬挂能牢固地接触，保证受电弓从接触线上取流能平滑并且质量良好。由于机车受电弓有限的宽度和愈来愈快的运行速度，一旦接触网的技术参数发生变化或接触悬挂上零件脱落的情况发生，就会给电力机车或电动车的运行带来很大障碍，严重的情况下还会造成弓网故障。受当时条件限制，建设初期标准偏低的接触网已经不能很好适应当今铁路发展形势，导线质量不一，时常发生断线状况，疲劳耗损较为严重。

1.2绝缘方面故障

绝缘是接触网这一特殊的高压供电设备的重要技术指标之一，接触网不同于地方的供电线，距离机车近且悬挂高度较低，常常遭到环境和混合牵引的机车的污染，具有相当大的绝缘难度。根据绝缘介质来划分，接触网的绝缘主要包括绝缘体绝缘和空气间隙绝缘两种，接触网的正常运行会受到任何一方面放电的影响。鉴于我国设计方面和特殊的自然环境的原因，整个故障占比例较高的就是绝缘方面的故障，其影响范围也较广，应该得到较为严肃认真的对待。

1.3电气联结方面故障

因事先难以发现并且具有严重的危害性，电气烧伤故障作为铁路电气化接触网设备的一类故障，已引起供电运营检修部门的高度重视。由于接触网设备主要在力与电的双重作用下工作，所以接触网故障的主体由机械故障和电气烧伤故障构成。由于接触网运行时间长久和不断增加的牵引运能，越来越突出设备的电气烧伤现象已得到检修部门的关注。供电运营单位为确保供电安全的一个重要任务就是预防和防治接触网设备发生电气烧伤故障。

2.接触网可靠性发展状况

“受流质量、安全可靠、景观设计”是接触网需要解决的三大问题，可靠性列在其中。高速铁路由于具有系统本身结构复杂、设备繁多、任务繁重等特点，一旦出现事故，波及范围及社会政治经济影响都很大，研究接触网的一项重要课题就是研究其供电可靠性。高速铁路的供电可靠性也因高速客运专线铁路的大规模兴建而倍受关注。可靠性工作受到国外的电气公司与各种国际机构（如IEC、IEEE等）的高度重视，专职的可靠性工程师在一些著名的电气公司或可靠性管理部门非常常见。不管有些产品有无规定可靠性指标，公司内部都会开展可靠性研究工作，国外各公司间竞争的一个非常重要的手段就是产品可靠性的高低。国外也有着活跃的可靠性学术交流，目前国际上已将传统的可靠性评估扩展为RAMS评估。该项评估包括对系统可靠性（reliability）、可用性（availability）、可维护性（maintenance）和安全性（safety）的全面评估。现在有关铁道的RAMS国际标准已由最早的EN50126：1999上升为IEC62278：2002。有许多涉及到可靠性的国际学术会议，例如，IEEE霍姆接触会议（每年召开一次）、国际可靠性物理学会议（每年召开一次）、国际电接触会议（每年召开一次）、国际可靠性与维修性会议（每年召开一次）等等。

可靠性理论在我国只有30年的引进历史。我国于1976年了第一个可靠性行业标准[可靠性名词术语]。第一个可靠性国家标准于1979年。80年代，我国在IEc/Tc56有关标准和美国军工标准作为参照下，制定了一批可靠性标准，基本完成了可靠性基础标准配套工作。90年代以来，产品的可靠性工作受到机械工业系统的高度重视，产品的可靠性标准（包括可靠性试验方法）和质量标准中的可靠性指标已经得到普遍使用。1990年，机械电子工业部在[加强机电产品设计工作的规定]第二十四条作出明确规定：新产品鉴定定性时，必须有可靠性试验报告和设计资料。在铁道方面，制定了（113/T1335―1996）[铁道车辆强度设计及试验鉴定规范]。进入21世纪后，（G1150068-2001）[建筑结构可靠度设计统一标准]在建筑领域正式形成。将可靠性原理方法与供电系统科学结合，电气化铁道的供电可靠性评估采用最科学经济的方法充分发挥电气供电设备的潜力，保证铁路运行所需的连续不断电力。

3.接触网可靠性分析的方法

人们根据可靠性分析结果对系统进行评价，发现了许多可靠性分析方法。确定性方法和概率性方法是计算可靠性方法的两大类。概率性方法按照所使用的数学工具又可以分为：解析法和模拟法。确定性方法可用于在预期故障发生的情况下研究系统可靠性水平。以前常用的系统N-1或N-K安全性检验，就是评价确定性可靠性的常用方法。此方法具有考察的状态数有限、能详细而精确的描述每个考察状态的优点。缺点是在于这些状态表的生成受技术人员的经验的决定，有可能漏掉状态，而且状态的严重程度也可能不能察觉的随时间变动。对系统的安全性进行粗略估计可以采用确定性方法的计算结果，改进薄弱环节，但它只能进行一些故障阶数较少的故障类型的事故后果的预想，而且不能预测事故发生的可能性具体有多大。近年来，概率性分析方法已逐渐取代确定性可靠性评估方法。

根据零部件故障和修复的统计值，概率性方法可以计算出系统和节点的运行参数变化区间和风险指标，从而对系统的可靠性作出较为全面和客观的评价。概率性可靠性评价方法分为解析法和模拟法两种。解析法对零部件或系统的寿命过程进行合理的理想化，并将这一寿命过程用数学模型描述，如用指数分布等。再通过运算来求解，得出可靠性指标。网络法、状态空间法和故障树分析法是解析法的常用方法。

在系统设计过程中，通过对系统各组成部分的潜在的故障模式分析，对系统功能的影响分析，按严酷程度对每一个潜在故障模式进行归类类，总结出可采取的预防措施来促进系统可靠性的提高。

4.结语

随着列车不断提速以及电气化铁道运营范围的不断扩大，对接触网可靠性有着越来越高的要求。因此，分析我国的接触网系统故障情况并探讨如何提高接触网系统可靠性显得极为重要。

【参考文献】

[1]李雪，吴俊勇，杨媛.京津城际高速铁路接触网可靠性维修研究[C].2010铁路电气化新技术学术年会论文集，2010.

[2]杨媛.高速铁路供电系统RAMS评估的研究[D].北京大学博士论文，2011.

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