青藏铁路公司西宁供电段青海西宁810000
摘要：随着我国社会经济的飞速发展，加之人们对出行速度提出的高要求，使得我国铁路建设逐渐朝着高速铁路的方向发展。而高速铁路的正常运行离不开能够为其提供源源不断电能的电力系统，为响应国家提出的低碳环保、节能减排的号召，高速铁路电力系统需要不断优化设计方案，一方面能够保障高铁的正常运行，另一方面能够有效节约电能。
关键词：高速铁路；电力系统；优化设计方案
引言：现阶段我国的高速铁路迎来了高速发展时期，其快捷性和舒适性已经得到了社会各界人士的一致好评，但我国在社会经济发展过程当中提出了可持续发展战略以及节能环保等策略，基于大力倡导节能减排的时代背景下，高速铁路电力系统面临着优化设计方案的问题，将降低能源消耗与提升资源利用率作为优化高速铁路电力系统设计方案的最终目的。本文将重点围绕高速铁路电力系统优化设计方案进行简要分析研究。
一、高速铁路电力系统组成
以合肥至武汉的某段高速铁路为例，在该段线路当中主要使用规格为10kV/10kV,400kVA的调压器、规格为10kV/0.4kV,250kVA的变压器以及从地方变电站所当中接引的10kV电源提供贯通线和车站的全部电力。基站、中继站、直放站等各种站点均匀分布在贯通线当中，并且使用150kVar的电抗器进行补偿。除此之外，在该段铁路的电力系统当中还包括室内和室外照明、机电设备监控系统、消防自动报警系统以及防雷接地等，由此可见高速铁路的电力系统构成要素较多，因此在优化高速铁路电力系统设计方案时需要进行全面充分的考量。
二、高速铁路电力系统设计中的现存问题
（一）变压器负载率低
目前在已知的高速铁路电力系统设计当中普遍存在变压器负载率比较低的问题。车站中变压器负载率在30%到70%，贯通线上变压器负载率为10%到40%之间。这主要是由于考虑负荷发展，提前为加重负荷做准备，另外两条贯通线上的变压器也可以互为备用，但此种方式将会导致变压器容量变大，因此造成成本上升，不利于提升经济性[1]。
（二）电缆所占比重大
笔者发现在现阶段我国的高速铁路当中与贯通线上使用电缆的情况越来越多，鉴于与架空线相比电缆的对地电容非常大，因此导致容性效应的严重程度逐渐加大。当贯通线处于轻载运行状态，只消耗了一小部分的无功系统容性，进而产生无功倒送现象，迫使沿线电压不断上升，当超过正常电压数值时将严重威胁高速铁路电力系统的正常安全运行。另外随着线路长度的不断增加，其电压偏移量也越来越大，当线路长度达到70千米时，末端电压已经高达10.8kV，电压偏移量也达到了8%。
（三）补偿方式不合理
以52千米的线路长度为例，在贯通线上采用并联三处150kVar的固定电抗器作为补偿方案，将该段线路的五分之一和五分之二以及三分之二处作为补偿位置。通过仿真计算可以得知该种补偿方式明显不合理。当线路变压器负载率为40%，线路末端电压却下降至9.412kV,同时只有0.67的进线端功率，而规定电压偏移量不得超过，进线端功率因数最少不得低于0.9，否则将会影响电网侧的正常运行。
三、高速铁路电力系统优化设计方案
（一）选择适当的变压器
高速铁路电力系统优化设计方案首先需要选择合适的变压器，在此过程中可以选择使用综合功率法全面考虑变压器有功与无功损耗，改善原有单纯进行单项比较经常性出现结果矛盾的情况。在使用该方法时，需要引入无功经济当量K，即每当变压器减少1kVar的无功率损耗，联接系统将会随之下降有功损失数值。在对比变压器经济性时首先需要分别准确计算出变压器的综合功率，并且将综合功率损耗数值调至相等状态，若使用SLZ表示变压器临界功率，则有公式其中大容量变压器的空载综合损耗分别用PDZ0和PDZK表示，小容量变压器的空载综合损耗分别用PXZK和表示PXZ0；SXe表示为大容量变压器的额定容量,SDe小容量变压器的额定容量。若实际负载中变压器所需容量S要大于变压器的临界功率，那么推荐使用大容量的变压器；假如实际负载中变压器所需容量要小于变压器的临界功率，那么使用小容量变压器比较经济实惠[2]。
（二）合理挑选电缆及截面
通常情况下，若高速铁路中电力电缆的导线截面越大，则线路损耗率会越小，但整体成本以及维修管护费用将会持续增加；若电力电缆的导线截面越小，则线路损耗率将会越来越大，且极易发生事故，但整体成本以及维修管护费用能够得到有效控制。因此优化高速铁路电力系统设计方案，需要合理挑选电缆截面，以便能够保障系统的正常运行。鉴于高速铁路的特殊性，在选择电缆截面时需要保障其机械强度，因此最好挑选大于50平方毫米的电缆截面；考虑到资金的时间价值，因挑选50到95平方毫米之间电缆截面，此时的电缆截面最具有经济性。
（三）集中分散电抗器补偿
集中分散电抗器补偿及时是在负荷变小的情况下也可以进行连续调节，另外，其能够有效保障线路电压的稳定，避免产生首尾电压差值过大的情况，而且该种方法简单便捷，易于操作非常适合优化高速铁路电力系统设计方案。针对不同的电缆截面需要使用不同的补偿方案，以50平方毫米的导线截面为例，当负载率为50%，将集中补偿设置到0并且切除一组分散固定补偿电抗[3]；当负载率变化至60%，集中补偿设置不变但需要切除两组电抗；当负载率上升至70%以上时则需要全部切除分散固定补偿电抗。
结论：总而言之，人们环保意识的逐渐提高使得对于高速铁路的要求也越来越高，在保证快捷、舒适等性能的前提下，高速铁路的电力系统还需要深入贯彻落实节能减排的号召，尽量使用最少的供电成本和电力能源为高速铁路内部电力系统提供基本电力。本文通过对当前高速铁路电力系统方案的现存问题进行简要分析，提出通过选择适当的变压器、合理挑选电缆及界面、使用集中分散电抗器进行补偿等多种方式优化高速铁路电力系统设计方案，进而不断推动我国的高速铁路事业实现高速发展。
参考文献：
[1]马韫娟，马志福，樊艳，马淑红，张孟彬，李乾社.高速铁路电力系统设计方案优化研究[J].中国科技信息，2015，21:304-305+312.
[2]丁宁，金晓斌，胡静，周寅康.试论高速铁路中电力系统的方案优化设计[J].农业工程学报，2016，04:301-309+402.
[3]陈民武，许臣友，黄文勋，邱璐，孙小凯.基于高速铁路下的供电系统优化设计方案研究[J].中国铁道科学，2016，01:85-92.
[4]黄思睿，吴怡敏，梁泽川，陈民武.浅析高速铁路电源供电的优化设计方案[J].电气应用，2015，20:40-43+81.