随着我国经济的不断发展, 电气化铁路也在不断加快进程而此时供电安全问题的不断出现也使相研究人员意识到, 供电的安全问题将是电气化铁路发展过程中必经的一条道路, 也是走出瓶颈期的一个突破口。对安全问题的分析能够保障设备安全和人身安全, 在问题分析之后还需要相关工作人员根据具体问题及时做出针对性措施, 同时组织内部从上到下严格遵守规章制度和行为规范, 增强供电安全意识, 树立安全理念, 推动铁路电气化进程。
1. 电气化铁路和供电方式
要想分析电气化铁路供电安全问题, 我们首先要对它的供电方式有个清晰的认识。接触网和变电站是铁路电气化系统的两个重要组成部分, 牵引供电系统的正常运作需要这两者的共同配合, 无论是哪一方面出了问题, 都会对供电安全有一定影响。作为系统的核心部分, 变电站由众多电器元件组成, 如隔离和接地开关、断路器、变压器和电流、电压互感器等等, 它的职责清晰, 主要任务是将三相高压转变为电能, 因为三相高压从国家电网处发出, 与电力机车输入端不相吻合, 变电站能够使转换的电能与其吻合。变电站还有其他的功能, 也是继主要任务之后还要将电能传入系统另一组成部分—接触网。
接触网由五大部分组成, 主要有定位、支持装置、接触悬挂、基础等部分。定位装置部分主要是保证接触线的稳定性, 基础部分和支柱部分共同起到一个固定作用和承载作用。它相当于电力机车供电系统和变电站的桥梁, 接触网在其中起到连接的作用, 变电站会将三相高压转变为电能传入接触网, 而接触网则能够让这个电能被供电模块所使用。由此我们可以看出接触网的电力负荷对铁路的稳定性和运行速度有很大的影响, 要想提高运行速度, 增加铁路的稳定性, 就必须在接触网的电力负荷角度多下研究, 减少弓网和接触网在运行过程中产生的冲击和振动, 因此在设计的时候更要注意弓网耦合条件。
总的来说, 牵引供电设备除了以上的接触网和变电站, 还包括运动系统。我们一般将这些设备根据它的功能分为一次和二次设备。一次设备主要包括隔离开关、变压器等, 他们的功能主要是转换、传递电能, 二次设备则像是一次设备的附属和保护伞, 它用来监控一次设备, 并对其进行保护。
2. 供电设备安全方面
目前, 我国电气化铁路一般首先使用单相变压器, 因为它容量可靠性比较高, 性价比优良, 所需费用较低, 但是同时他也存在一些问题, 它的大概率值会严重影响电力系统的运作, 因此, 现在单相变压器已经不能再很好的适应电气化铁路的高质量要求, 人们开始偏向于SCOTT变压器, 它的价格虽然比单相变压器昂贵, 但是性价比方面也不输于单相变压器, 但也正是因为这昂贵的造价使它不能成为电气化铁路牵引变压器的头号选择。而对于平衡变压器, 我国的尝试和相关经验还比较少, 因此不常出现在我们的选择里, 当然在日后的实践中, 我们也需要突破自身的限制, 从其他国家借鉴一些经验, 进一步开拓我们变压器的选择范围。除了单相、平衡变压器和SCOTT变压器, 我们还可以选择V/X (V/V) 变压器, 它虽然存在三相功率不平衡的问题, 但是综合来说, 这也是目前我们采用最多的变压器。
变压器的选择是一个问题, 供配电安全问题的另一个体现是牵引变电站的系统短路容量。上文提到接触网可能会对铁路的稳定性和运行速度产生负面影响, 为了解决这个问题, 使系统有足够的电压来保证铁路的运作, 国家铁路局会设定数值限制容量, 一般来说以1000MVA为限, 牵引变电站的系统短路容量不得超出这个范围, 但在我国实际实践中, 我们发现供电系统的压降仍然不断在增加, 究其原因, 许多牵引变电站短路容量远远低于1000MVA, 有的甚至只有200MVA, 这严重威胁了供配电的安全。
3. 劳动人身安全问题
电气化铁路的发展需要众多工作人员夜以继日的努力, 同时它也是一份高危工作, 涉及到高空作业、高电压作业, 很容易因为一个疏忽而造成伤亡事故, 因此, 工作人员的安全也是铁路供电安全问题中的重要组成部分。我们在作业的时候要避免感应电对自身的伤害。设备停电往往会对铁路运作产生影响, 因此我们一般采用“V”型天窗作业方式。但是我们都知道, 人身安全电压是36v, 而这种天窗作业方式如果出现没有接地线的情况, 就会使接触网的感应电高于3000V, 这之间差异悬殊, 很容易造成伤亡事故。接触网如v字形分为两部分, 一部分通电, 另一部分不通电, 接触网在电磁感应原理下产生感应电。实际上我们不能准确计算出感应电大小究竟是多少, 因为影响条件较多, 但是感应电对工作人员的伤害是我们不能忽视的。2013年在京沪线上就发生过这样一起感应电伤人事件, 工作人员在列车顶部触电伤亡, 此外还发生过感应电击中工作人员, 致使工作人员坠落造成伤亡的事故。感应电容易引起伤亡, 但是最根本的还是由于相关人员操作不当, 没有连接地线, 接触网没有接地, 现场应急处置工作人员在这方面工作做得不到位。
4. 施工作业安全问题
电气化铁路供电施工作业的环境一般比较恶劣, 具体特点有群体作业、高电压作业、高速度作业、高空作业以及野外作业等。群体作业指的是一项工作经常需要多人协助完成, 例如上面所举的例子, 一部分人进行作业, 而另一部分人则需要完成监控和保护任务, 高电压指的是接触网电压25k V左右, 在高空作业时, 工作地点距离地面六米左右, 此外, 电气化铁路属于告诉交通工具, 工作人员在铁路上工作也属于高速度作业, 野外作业是环境条件最不确定的一项特点, 影响因素众多且影响较大。从以上这些特点我们看出, 铁路供电作业是一份非常需要小心谨慎的工作, 一旦有所疏忽就会发生意想不到的意外, 例如2014年4月焦柳上行线就发生了一起电力机车闯进停电区域的事故, 在进行天窗作业的时候, 工作人员在办理业务的时候没有集中注意力, 不够认真仔细, 使列车两次通过进入停电区, 最终造成C类事故, 而且还是连续发生两次, 后果较为严重。
对于铁路工作人员而言, 都存在一个封锁作业区域, 在这个区域内是不允许作业的, 一般这个区域在上行线区间内, 并且封锁作业区域小于停电区域, 列车的正常运行是不会影响到工作人员的作业安全, 但是即使这样, 电力机车也不允许进入停电区, 因为电力机车带电, 当带电的设备进入停电区就会损坏地线, 在上一节的工作人员人身安全中我们了解到, 接地线对工作人员安全的重要性, 地线的损坏无疑会造成工作人员伤亡, 再加上电气化铁路供电作业特点之一是群体化, 许多工作需要多个工作人员共同完成, 那么同样, 处于易触电环境中的作业人员也会较多, 这样的施工作业是让人非常担忧的。
5. 防范措施
5.1 供电安全保护
牵引供电设备的结构上文我们已经有所了解, 设备分为一次设备和二次设备, 在我们的实践过程中就曾发现过一次和二次设备故障造成变电所运行失常。我们可以从以下几个方面来减免故障。首先, 相关工作人员必须严格遵守操作规范, 停电回路的断开点应清晰, 除了断路器需要断开之外, 还要断开上网隔开。在一些关键流程中需要确认是否有电流, 然后将应有安全措施做到位。其次, 要想工作人员具备一定安全意识, 严格遵守规定, 还需要进一步提高工作人员的专业素质, 相关企业可以定时组织工作人员参加培训, 使他们熟悉掌握各种设备的运行和维修, 了解一次设备和二次设备的作用。最后, 对于一些关键的供电设备, 工作人员要卡控到位, 设备故障会影响系统运作, 在检查的时候如果发现设备存在问题就要及时维修。
5.2 作业安全保护
针对施工作业的安全性, 我们在组织上必须要求纪律的严明和制度的严密, 建立完善的安全制度, 形成条理清晰的体系, 对组织内工作人员的责任要求也要清晰明了, 将每一个环节划分到各个负责人下面, 作业时必须认真仔细。具体来说, 有以下几点防范措施:首先, 接触网分为上行和下行两部分, 无论是上行停电还是下行停电, 电力机车都不能进入。相关调度员就要仔细注意列车的放行, 不能再出现放列车进入停电区的情况。这边提到列车调度员, 其实除了列车调度员之外, 供电调度员也要对自己负责区域内的电分段位置、接触网电分相了如指掌, 同时还要清楚各个股道的情况, 确认是否能够接发电机车之后, 再指挥列车, 注意列车运行状况, 出现问题要及时调整。当发生接触网跳闸情况时, 供电调度员必须第一时间通报这一突发情况, 同时, 和列车调度员协调沟通到位, 避免列车调度员放行, 使列车进入停电区。我们从这一点可以看出两种调度员的工作还是非常重要的, 它不仅强调自身工作的到位, 更强调两者之间的配合, 出现任何情况都要以最快的速度告知对方, 使对方明白状态, 以便及时做出相应对策并做好协调工作。
5.3 人身安全保护
工作人员的人身安全保护主要还应该从感应电方面下手, 从以上事例我们看出, 对工作人员的培训非常重要。单位可以设立考核制度, 以《电气化铁路有关人员电气安全规则》为考核内容, 只有考核过关者才能上岗, 否则还应继续接受培训, 直到专业素质过关, 不会出现不接地线的情况。其次, 单位还可以设立一个监察小组来专门巡查安全问题, 定时进行重点安全问题排查, 排除隐患。此外, 接触网设备从第一次受电到最后停电然后接地这之间都有一个过程, 在这过程中, 设备无论是否停电都视为有电, 要求工作人员与这些设备的距离应该大于两米, 与回流线的距离则要大于一米。如果, 作业地点必须是在接触网带电设备两米之内, 那么必须进行停电接地处理, 并且再三确认地线已经连接, 工作人员才能再次作业。临时接地线一旦撤除, 工作人员必须严格遵守规章制度, 不得再工作。同时安排一位监护工作人员在旁边, 以便随时处理突发危险状况。
5.4 其他优化
接触网可以进行优化升级, 它属于大型现场定制的设备设施, 因此设计的优劣、制造的好坏以及施工的质量是影响接触网的主要原因, 对于接触网的升级也应该从这几点入手。此外, 在分析变压器的时候我们就发现, 我国在某些领域缺少尝试, 没有积累一定经验, 不利于电气化铁路的发展进程, 例如对平衡变压器的知之胜少就限制了我们对于变压器的选择。因此, 我们可以积极借鉴其他现有技术, 参考科学化标准, 例如新建200km/h的电气化铁路时, 可以以250km/h为标准, 采用相应的技术。关于技术的选择和应用, 技术人员可以制定一系列技术方案, 综合企业经济效益, 尽可能的创新运用新技术, 尤其是在工艺管理和设备制造方面, 更要注意技术的提高和借鉴。
电缆的老化也是近几年来我们谈论研究的比较多的一个问题, 有些单位不注意维修, 任由电缆老化, 也会埋下安全隐患, 因此我们现在一般采用冗余配置的方式来铺设光缆, 舍弃原先废旧的电缆, 每个方向铺设光缆和电缆各两条, 这样做的好处是既能解决原先光缆老化不维修的问题, 又能增设一条缆线作为备用。
6. 结束语
本文分析了铁路供电目前存在的三大问题, 并针对人身安全、作业安全以及供电安全提出一些措施, 以期提高供电的安全性, 减少事故的发生, 总之, 电气化铁路供电安全还是一条漫长的路, 需要我们不断探索, 开拓新的领域, 发现的技术, 借鉴其他国家先进经验, 而不能局限于我们目前已经取得的成果, 止步不前。
摘要：要想分析电气化铁路供电安全问题, 我们首先要对它的供电方式有个清晰的认识。接触网和变电站是铁路电气化系统的两个重要组成部分, 除此之外还有运动系统。综合来说V/X (V/V) 变压器是目前我们采用最多的变压器, 虽然它存在三相功率不平衡的问题, 供配电安全问题的另一个体现是牵引变电站的系统短路容量。电气化铁路的发展需要众多工作人员夜以继日的努力, 同时它也是一份高危工作, 很容易因为一个疏忽而造成伤亡事故, 工作人员的人身安全保护主要还应该从感应电方面下手。针对施工作业的安全性, 我们在组织上必须要求纪律的严明和制度的严密, 对组织内工作人员的责任要求也要清晰明了, 将每一个环节划分到各个负责人下面, 作业时必须认真仔细。
关键词：电气化铁路,供电安全,防范措施
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