电气化铁路牵引供电系统的稳定运行是铁路运输安全和客运效率的重要保障，电气化铁路牵引供电系统故障频发，给铁路运营和乘客出行带来诸多不便[1]。常见牵引供电故障分析是提高电气化铁路牵引供电系统可靠性和故障处理能力的关键。通过深入分析故障的原因，可以快速找出问题所在，采取科学的解决措施，降低故障发生的可能性和影响。本文将通过分析电气化铁路牵引供电系统常见的故障类型，探讨故障的成因和影响因素，并提出相应的解决方案。通过系统的故障分析，将为电气化铁路牵引供电系统的稳定运行提供理论支持和实用指导。
1国内外牵引供电技术的现状
随着时代的进步，我国对电力牵引供电系统进行不断的完善与改进，目前已经形成了比较完善的电力牵引供电系统标准体系。我国在20年前就提出了“一机两制”的发展思路，即通过将电力牵引变电站建设成一个独立运行的系统，从而实现多个电厂同时发电、输电以及配电等多种功能；而且为了保证各电网之间可以互相协调配合，需要建立统一标准，这样才能够更加有效地解决电力牵引供电系统中存在的诸多问题。我国在2000年初就制定出台了《国家能源交通重点专项规划（2001~2010年）》，其中明确指出要大力推广和应用先进的电力牵引供电系统。经过几年来的实践证明，这项工作取得了很大的成效，特别是在高速公路、城市轨道交通、大型港口码头枢纽站、机场等重要的交通运输行业得到了广泛应用。
2故障问题分析
2.1牵引供电相关故障
对在运营高铁牵引供电故障进行统计分析发现，牵引所内断路器跳闸故障发生的可能性最大。牵引所内断路器发生跳闸的原因多种多样，主要包括雷电、机车故障、过负载等外部因素。
2.2绝缘故障
高铁接触网易受多方面因素影响，导致绝缘故障频发。气候变化、风沙和降雨等自然因素，以及列车运行产生的颗粒物，都可能污染绝缘体表面，形成导电通路，增加故障风险
2.3隔离开关故障
隔离开关作为牵引供电系统中的重要组成之一，其主要作用在于能够有效地中断特定设备和线路的电源，以便对系统进行必要的维护和检修[4]。此外，通过对隔离开关的精准控制，操作人员能够灵活地调整故障线路的供电模式，为系统的稳定运行提供了强大的支持。
3铁路电力系统利用牵引电源技术研究
3.1“电牵设规”定位于保基本保底线
（1）“电牵设规”的制定要以安全为前提。在设计中应充分考虑到电气设备运行过程中可能出现的各种故障问题，并且这些故障会对人身安全造成严重威胁。因此，在编制和实施《电牵设规》时，应该将保护人身安全作为首要原则，确保其不会给人们的生命财产带来威胁。（2）“电牵设规”的内容必须符合国家相关标准规定。根据国家电网公司发布的《电牵变电所技术规范》规定，变电所内所有设备均需要满足以下条件，包括额定工作电压不低于35kV、额定工作电流不超过100mA、额定负荷能力大于10%；每个变压器配备有两套独立的高压隔离开关柜，其中一套用于控制主变母线上的断路器，另一套用来控制辅助变主变；各类电缆敷设方式采用双绞或单绞法进行；变电所的设计容量一般按照500kVA考虑，当实际变电所容量超出上述限值时可以适当增加。此外，为了保证变电所的正常稳定运行，“电牵设规”还要严格遵守下列规定：①在变电所选址时应充分考虑到周围环境及气象条件等因素，尽量选择远离居民区以及人口密集地区；②变电所应选在地形较平坦且无高大建筑物和构筑物的地方建设，并与相邻的其他变电所保持一定安全距离（如200m以内等）；③变电所内应设置避雷器，其安装高度不得小于4m；④变电所内部的电源系统应采取有效的防雷措施，并将雷电流导致室外；“电牵设规”中对于“电牵设规”的具体内容、适用范围以及相关要求都做了明确规定，同时也给出了一些参考标准。其中最为关键的是要做好以下几方面工作：第一，加强对架空线路的保护，尤其是高压配电室、低压配电室内的金属结构及其他电气设备，必须确保其不被雷击损坏，否则会造成重大经济损失。
3.2“电牵设规”给企标留下发挥空间
为进一步规范和促进企业标准的实施与应用，《电牵设规》在第5章、第7章中分别规定了电牵设施设备选型原则及技术要求等内容。同时对于一些特殊情况下的电牵设施设备选型问题也作出了明确规定，如：①当电网发生故障或事故时，需要紧急抢修时，应当优先选择有备用电源保障能力的线路；②当电网出现停电后，应当选择有备用电源保证能力的线路进行抢修作业；③当电网发生大范围停电时，应当优先考虑有备用电源保证能力的线路进行抢修作业；④当电网发生大面积停电时，应当优先考虑有备用电源保证能力的线路进行抢修作业；⑤当电网发生大面积停电后，应当优先考虑有备用电源保证能力的线路进行抢修作业；⑥在变电所内设置主变和次级母线、开关站以及馈线等电气设备。变电所内主变压器容量一般为500kVA以上或者10kA以下，变电所内变电所出线端电压等级为110kV/220kV，并且每条变电所至少配置一台35kV高压断路器作为保护接地装置。
适当提高混凝土基础强度等级①在施工过程中，要严格按照设计图纸的要求来进行。如果发现地基基础出现不均匀沉降或者是倾斜等问题，应该及时采取有效措施加以解决和处理。对于一些比较松软或是软土路基来说，可以通过增加水泥剂量来提升其承载能力；②在进行软土地基处理过程中，需要根据实际地质条件以及工程地质情况来选择相应的材料与设备，并且还要保证所使用到的原材料质量符合要求。比如说，当遇到砂性较强的地区时，则必须采用石灰土来作为填筑材料，而当遇到粉砂层时就可以用碎石来进行填充。另外，为了能够有效地防止地基发生变形现象，也可以利用换填技术来实现。除此之外，还应注意以下几项工作：首先，要做好地基加固施工前准备工作，包括勘察场地、确定土基承载能力及地基类型、分析地基土层特性等，以便于制定科学合理的地基加固方案。然后，要合理设置地基加固范围，避免出现地基下沉现象，从而进一步提高地基整体稳定性。
3.3合理优化接触线强度安全系数
在实际的工作过程中要充分地考虑到接触网的安全问题，要对接触线进行有效的优化和完善。首先，应该保证接触线具有较强的抗拉强度、弹性模量以及屈服应力等；其次，还需要加强绝缘性能，确保绝缘层不被破坏，同时也可以避免由于外界因素导致的电晕放电现象发生；最后还要注意防止因外部环境变化而引起的短路故障。除此之外，还要结合实际情况来确定合理的接触网结构参数，并且要综合考虑到各种因素影响下的接触线安全性能指标要求。比如，当外界环境温度过高时就会导致接触线温度升高，这会使得接触线上产生大量热量，从而导致接触间金属材料受到破坏，进而引发火灾爆炸事故。在实际工作中，一般都是根据线路等级、电压等级、电流大小及接触点数量来决定，因此，为了更好地保障接触线的稳定运行，必须严格按照相关标准规定来选择导体截面尺寸，通常情况下，接触线的最小导体截面距离为1~3倍导线直径，最大导体截面距离为4~8倍导线直径，如果采用的是单芯导线时则导体间距应不小于10m；而对于多芯导线时，其导体间距可以达到15~20m。
3.4合理选用自动化技术
（1）分布控制技术
分布控制是电气自动化领域的关键技术之一，主要是通过与配电自动化终端、开关的组合，形成具备一定重合功能的分段器。分布控制技术主要包括电压时间型和电流技术型两种类型。在分布控制技术应用方面，应重点考虑故障处理和供电恢复方面的问题。如果分布控制耗时过长，会对供电系统造成冲击，进而影响铁路电气系统使用者的安全。因此，在实际运用中需要重点考虑这些问题。此外，需要关注变电站重合阀的动作以及合理调整保护定值，以确保控制工作顺利完成，提高分布控制技术的实际应用效果，保障铁路电气系统的安全、稳定运行。
（2）集中控制技术
集中控制技术是利用自动化配电终端完成故障信息收集，并向主站传输，系统接收所有故障信息后能够自动完成数据计算，并给出排查方案，自动完成故障排除，还可向终端发送排查指令，便于终端快速执行相关方案。运用集中控制技术时，需要保证通信系统的稳定性，以便高效传达信息指令。集中控制技术一般适合应用在铁路系统功能强的主站内，并配置高级模块，以便快速处理网络故障。
3.5合理设计通信结构
电气化铁路电力系统建设的主要目的是确保供电的安全性和稳定性。因此，系统建设需要利用计算机通信及电气自动化控制技术等，通过多学科技术的融合，使通信系统的各个组成部分实现有效连接，供电信息得以统一化管理（具体包括MIS管理、安全控制、电力调度、信息检测等系统），进而实现对电力的合理调度。为了提高通信效率，可以引入基于IEC新标准的配电站智慧辅助系统。
结束语
随着铁路电气化的发展，电力牵引已成为了最重要的牵引方式，但内燃机车的优势尚无法被电力机车所完全取代，因此仍葆有一定的生命力。除了日常的调车作业之外，在国防、救灾抢险等方面，内燃机车仍将起到重要作用。目前，由于石油资源的枯竭不可逆转，因此未来需要重点解决内燃机车的能源问题。在该情况下，开发代用燃料及新型自给式机车势在必行。
参考文献：
[1]伍赛特.我国机车牵引动力发展史及未来趋势研究[J].传动技术，2022，36（4）：43-48.
[2]伍赛特.内燃机车技术发展趋势展望[J].现代工业经济和信息化，2021，11（3）：19-23.
[3]伍赛特.机车电传动系统技术特点及未来发展趋势研究[J].传动技术，2021，35（3）：43-48.
[4]伍赛特.燃气轮机车的应用与发展[J].上海节能，2023（2）：173-176.
