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電氣工程在鐵路施工中的廣泛應用論文
高速鐵路是運輸行業發展的必然趨勢，可以對鐵路的運力資源進行整合，釋放既有鐵路的運力，緩解長期以來的貨運矛盾和客運矛盾，促進經濟的發展。在高速鐵路建設過程中，電氣化技術是一項非常重要的施工內容。隨著電氣自動化技術的不斷發展，其應用范圍也日益廣泛，電氣工程和自動化技術為現代化建設提供了技術支持，特別是對于高速鐵路工程建設來說，電氣工程和自動化技術的應用有效提高了高速鐵路供電系統運行的穩定性和可靠性，促進了我國高速鐵路工程建設的發展。
1.電氣工程及自動化技術在鐵路施工中的應用
電氣工業技術的持續進步，使電氣工程以及自動化技術由相對落后的創同領域進入到一個嶄新的新技術領域，電氣工程技術學科的形成將為我國工業的飛速發展提供技術保障。當前的電氣工程與有關自動化建設已經形成了一個較為獨立的完整體系，從而為電氣工程進軍商業領域創造了條件，而在高速鐵路施工中大力推廣電氣工程以及自動化技術，能夠極大提升鐵路的運載能力。從現階段我國高速鐵路的運力需求來看，大量的外出務工人員、流動人口及能源的分布不均衡，均對鐵路運輸存在較大的依賴性。若與其它運輸方式相比，高速鐵路電力牽引在速度、載重量和環保等方面均呈現較大的優越性，所以這種牽引模必將成為未來鐵路交通運輸業最主要的發展方向。
2.概述鐵路供電的基本特點
2.1 供電系統電壓等級低，變、配電所結構相對單一
以電力系統的角度思維來說，鐵路負荷是終端負荷，面對著最終用戶，因此高速鐵路供電系統通常是10kV配電所與35kV變、配電所，僅有極少數地方具有110kV的變、配電所。因為110kV供電系統需要耗費大量的建設資金，所以高速鐵路系統甚少使用。再加上高速鐵路系統功能要求與應用范圍相似，因此供電系統變、配電所基礎構成幾乎一致，而功能配置和每條線的設計類型也是大同小異。
2.2 供電系統接線方式較為簡單
高速鐵路供電系統各線路的接線組成單一的輻射網，變、配電所分布均勻且相互連接，形成手拉手式的供電方式。其中連接線主要包含有一級負荷貫通線和綜合負荷貫通線兩種。
在重要的鐵路干線供電系統中通常都有一級負荷貫通線和綜合負荷貫通線兩種連接線，譬如京滬高鐵和蘭新客專，兩者都屬于信號雙電源供電的系統。鐵路連接線不僅能夠連接相鄰電所，還能供給自動閉塞信號電源，其中接線方式如圖1。
3.對鐵路電氣工程自動化系統的功能提出較高要求
3.1 供電自動化系統具有安全性和高效性的要求
供電自動化系統是龐大而復雜的體系，主要包含有電力調度系統、MIS、變電所綜合自動化系統、安全監控系統、在線監測系統等。高速鐵路供電自動化系統主要通過運、機、工、電、輛進行分工運作，必須依靠上下層與平行層相互協調才能高效運行，但是在當前體制下高速鐵路自動化系統仍然缺少穩定和可靠的運行調度模式。基于此，深入研究鐵路自動化系統，不斷優化運行模式，這樣不僅能夠滿足業務日益增長的需求，同時還能夠有效提升高速鐵路運行的安全性和高效性，以滿足社會經濟快速發展的基本需求。
3.2 供電自動化系統具有可靠性的要求
雖然高速鐵路供電系統電壓等級相對較低，并且變、配電所結構向相對單一，但是卻對供電自動化系統可靠性提出較高的要求。其中自動閉塞信號的供電中斷時間必須S150ms，不然供電區域自動閉塞信號燈將會全部變成紅色，對高速鐵路穩定運行造成嚴重影響。當前來說，高速鐵路供電系統已經使用了許多方法來提高供電系統的供電可靠性，譬如，利用雙電源供電與安裝備用電源自動投入裝置能夠有效確保供電系統的供電可靠性。針對相鄰配電所可以使用自閉線和貫通線兩種組合連接方式來全面提高線路連接的可靠性。當前高速鐵路供電系統已經使用多種方式來確保供電可靠性，但實際上這些措施只適用于局部區域。只有在貫通線和自閉線兩組線上的車站處布設自動分段裝置，才能夠準確定位和恢復線路故障，從而全面提升鐵路供電系統的供電可靠性。
4.電氣自動化技術的廣泛應用
4.1 分布控制技術的應用
分布控制方式指的是配電自動化終端（FTU）具備著故障自動診斷和隔離的能力，同時通過互相配合還具有網絡重構能力，在此過程中無需系統主站的直接參與。分布控制技術主要包含有電壓時間型與電流計數型，這些技術都是直接由配電自動化終端（FTU）和開關組合形成具備重合功能的分段器。但是受到原理限制，分布控制方式仍然存在著以下幾個問題。
（1）該種方式處理故障和恢復正常供電所花費的時間較長，嚴重沖擊著供電系統和鐵路用戶。
（2）必須要改變變電站出現保護定值與重合閘的動作方式才能完成控制工作。
（3）故障監測分段過多，配合難度較大，動作缺少選擇性。因此，針對于鐵路供電系統不適合采用此種控制模式。
4.2 集中控制技術的應用
集中控制方式主要是通過現場配電自動化終端（FTU）向主站輸送故障信息，主站受到故障反饋信息后進行計算，并提出故障解決方案，并將解決方案信息下達到配電自動化終端（FTU）執行。通常情況下，可以劃分為下面3個層次。
（1）配電終端層將故障信息送達主站。
（2）配電子站對故障區域進行管理和控制。
（3）主站下達故障解決和優化方案。
集中控制方式對于通信系統的可靠性和高效性提出較高的標準要求，在處理系統故障過程中必須要可靠而高效的信息傳遞指令。通常情況下，功能相對強大的主站系統比較適宜使用集中控制方式，通過專用高級應用模塊能夠快速處理網絡故障問題。
4.3 上報變化數據
由于數據傳送可能會受到通道速率限制的影響，導致大量數據充斥信道，因此裝置設置了變化數據優先傳送的模式。其中傳送數據主要包括有變化前后的數值和實踐，通過定值設定能夠得出變化幅度。數據傳送到主站后，上位機存儲所有數據，通過動態曲線描述數據變化趨勢，結合數據曲線變化趨勢來分析故障產生的主要因素。因為故障信息的分辨率是20ms，所以，應當進行周期監測，確保故障信息的完整性。
5.電子工程系統的組成結構與通信結構設計
5.1 自動化控制系統的組成結構
高速鐵路自動化控制系統主要是為了提高供電的安全性和可靠性，其中涵蓋著自動化技術、軟件技術及計算機通信技術等多種學科，利用網絡電力調度系統信息、安全監控信息和MIS管理信息及檢測信息等連接起來，從而統一管理各項信息。
其中，通信協議主要使用以IEC61850/61970/61968為主體的IEC新標準體系。供電自動化系統整體結構如圖2所示。
5.2 鐵路通信系統的結構設計
由于高速鐵路供電系統缺少通信設施，因此需要采用鐵路系統公共通信系統來實現數據傳輸。但是因為公共通信系統服務于所有鐵路部門，通常情況下1RTU和調度端間信息傳輸速率是2Mbit/s，而2RTU，3RTU和調度端間的信息傳輸速率是64Kbit/s。
6.結束語
綜上所述，在高速鐵路電氣工程施工過程中運用自動化技術可以顯著提升電氣系統的工作效率及工作安全性。在實際應用過程中，要積極的借鑒和吸取成熟的技術和經驗，加快鐵路電氣工程自動化技術的改造，提升電氣工程的管理水平，促進鐵路行業的進一步發展。
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