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關鍵詞 電氣化鐵路;牽引變壓器;接線方式
中圖分類號U224 文獻標識碼A 文章編號1674-6708(2010)26-0112-02
0 引言
近幾十年來,隨著國民經濟的突飛猛進和工業基礎設施的完善,我國的電氣化鐵路發展迅猛,鐵路線總里程不斷加長,列車載重量不斷增加,鐵路牽引變壓器需求數量隨之越來越多,需求容量也越來越大。我們知道,電氣鐵路的27.5kV(BT制)或55kV(AT制)的單相牽引電網是通過牽引變電所從常規三相電網獲取電能的,牽引變電所的主要作用便是將110kV或220kV三相交流電變換成27.5kV或55kV單相交流電,并供電給電牽引網和電力機車。根據供電方式和具體要求的不同,牽引變壓所采用的牽引變壓器種類也不同,主要有:單相牽引變壓器,V/V接線變壓器,普通三個繞組對稱的三相變壓器,三相―兩相平衡牽引變壓器。本文擬從接線原理、負序和零序影響、容量利用率等方面對兩種特殊接線形式的牽引變壓器加以總結和評述,以期對電氣化鐵路牽引供電系統的研究有所幫助。
1 Le Blanc結線變壓器
1.1 接線原理分析
Le Blanc變壓器繞組結構如圖所示,其初級繞組與普通三相變壓器繞組相同,基于電氣化鐵道的不同要求,它們可以為型或Y型,本文僅分析 型,以防由于不平衡負荷產生的諧波(主要是三次諧波)進入系統。在二次側有5個將三相電源轉化為兩相電源的非對稱繞組,其接線如圖1所示。
1.2 負序和零序影響
二次側各繞組的變比如下
當k=1時,由接線原理圖和繞組匝數關系可得電流關系式:
根據對稱分量法,電壓平衡關系得一次側各相的正負零序電流:
當Iα=Iβ時,原方三相線電流完全對稱,無負序電流存在,故該接線也具有將兩相對稱負荷轉換為原方三相對稱負荷的能力[1]。
1.3 優缺點分析
1)其料利用率稍高,最關鍵的是其制造工藝要求上容易實現;
2)與斯科特變壓器相比,中性點也是不接地,低壓側兩相輸出依然沒有電的聯系;
3)在具有相等容量的情況下,和平衡變壓器相比,體積小、價格低[2]。
2 阻抗匹配牽引變壓器
2.1 接線原理分析
阻抗匹配平衡變壓器的接線如圖2所示。高壓側采用星型接線,每相繞組匝數為W1 ;低壓側采用三角形接線,每相繞組匝數為W2 ,并且還在ab繞組的兩端各接一個外延繞組,其匝數為W= 0.336 W2,這樣可使兩供電臂的電壓Uα和Uβ形成90°的相位差。
副邊繞組三角形結線結構即在非接地相增設兩個外移繞組 。內三角形接線的一角c與軌道,接地網連接。 兩端分別接到牽引側兩相母線上。由兩相牽引母線分別向兩側對應的供電臂牽引網供電。
2.2 負序和零序電流
根據阻抗匹配平衡變壓器的結構,并且變比k=W1/W2=1可得一二次側電流關系:
由上式知,變壓器高壓側沒有零序電流,并且當低壓側電流和負荷阻抗角越接近時,高壓側電流不對稱度就會越小,當低壓側兩供電臂上的負荷阻抗完全相等時,高壓側三相電流完全對稱。在同樣的牽引負荷作用下,新型的阻抗匹配平衡變壓器注人電網的負序電流比普通的Y/-11接線的變壓器要小[3]。
2.3 優缺點分析
1)顯著的減少電力牽引負荷注入電網的負序電流[4-5];
2)平衡繞組與a(或b,c)繞組的匝數比和阻抗匹配系數兩個方面,必須予以考慮.當阻抗匹配系數相匹配時,無論副邊負荷電流大小是否相等,原邊三相電流平衡,即無零序電流。當副邊負荷電流對稱時,原邊三相電流對稱,沒有負序電流對電力系統的影響,原邊三相制的視在功率完全轉化為副邊二相制的視在功率,變壓器容量可全部利用;
3)原邊仍為YN結線,有中性點引出,降低了對變壓器絕緣的要求,減少了投資[6],與高壓中性點接地電力系統匹配方便。副邊仍有結線繞組,三次諧波電流可以流通,使主磁通和電勢波形有較好的正旋度;
4)次邊兩相不對稱負荷時,原邊三相電流依然具有較好的對稱性[6]。對接觸網的供電可實現兩邊供電;
5)設計計算及制造工藝復雜,造價較高。無論從設計上還是制造工藝上來講,要得到預先確定的某一阻抗匹配系數都是相當困難的,因此在設計上和制造工藝上的難度是不言而喻的;
6)分相絕緣器兩端承受的電壓為55kV ,絕緣要求高。
3 結論
在對電氣化鐵路供用電的研究領域里,電力機車作為大功率單相負荷,其運行對三相電網造成的諸多不良影響,一直都是電力方面的研究人員努力解決的問題,而作為電網和牽引網的交叉點的牽引變壓器,便是一個不容忽視的研究課題。本文綜述了國內單相交流供電環境下兩種特殊接線形式的牽引變壓器接線、電氣原理、及其優缺點。這些研究豐富了電鐵研究領域的理論內容,不僅對研究電鐵對三相電網的穩定性影響有重要意義,也可為其他大功率單相交流負荷的具體工程的設計和規劃提供依據,具有一定的理論意義和工程價值。
參考文獻
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關鍵詞：接觸網；受電弓；系統響應；接觸壓力；拉出值；硬點；接觸線高度；激光測距
中圖分類號：U226 文獻標識碼：A
在電力機車的運行過程中，受電弓在接觸懸掛下高速滑動運行，從動力學角度，表現出弓網接觸壓力的作用和受電弓滑板產生橫向振動的動態響應，如圖1表示。
圖1 系統信號分析框圖
目前國內外廣泛采用弓網接觸壓力直接測試方法。但在高速運行時，測量信號容易受到弓網接觸振動造成的電磁火花的干擾；附加的壓力傳感器，增加了滑板重量，改變了滑板的外形，使受電弓的穩定性和安全性受到影響。
本論文提出的測試方法（圖2），是在車頂并排對稱安裝多個激光測距傳感器，通過測試受電弓滑板底部橫向振動位移，從而，計算弓網接觸壓力、拉出值、弓網沖擊（硬點）和接觸線高度等動態參數。
圖2 受電弓滑板響應測試模型
1 弓網接觸響應測試原理
滑板在弓網接觸運行中的振動，可近似認為是兩端固支的滑板彈性梁的橫向彎曲振動、兩端彈性支撐的滑板剛梁上下傳動和平面轉動的復合運動。滑板彎曲振動模態則可以用歐拉-伯努利梁求解。圖2中表示作用在滑板梁的第個節點的弓網接觸激振力，其作用的不同位置示意接觸線拉出值的變化。表示放置于車頂平面對準受電弓滑板底部第個高速激光傳感器的位移測量值，其動態響應關系用傳遞函數可表示成如下矩陣形式：
（1）
（1）式中可通過單位沖擊響應的數字計算得到，于是，根據卷積原理，弓網接觸壓力可表示如下：
（2）
由各激光傳感器測試的離散位移信號，可實時得到弓網沖擊加速度，導線高度和拉出值，表示如下：
（3）
（4）
（5）
上式中為車頂傳感器的基準高度，為激光傳感器的個數，為激光傳感器的分布序號，表示各激光傳感器幾何位置對稱加權系數。
2 滑板梁的動力學分析
將圖2的模型分解為一個兩端固定支撐的受電弓彈性滑板梁和一個兩端等剛度彈性支撐的受電弓剛性滑板梁。先分別求出各自的動態響應，然后在靜平衡位置的軸上的同一點對橫向響應位移進行疊加。
2.1 受電弓滑板剛梁在平面內的振動
設支撐彈簧剛度為，滑板剛梁長度為、線密度為、質量為、質心為，滑板剛梁繞質心的轉動慣量為，取質心的橫向位移及滑板剛體繞質心的角位移作為廣義坐標（），對滑板進行受力分析，建立受迫振動微分方程如下：
（6）
（7）
令，由此求得剛梁橫向振動的固有頻率和剛梁繞質心轉動的固有頻率為：
（8）
（9）
采用Duhamel積分法求解（6）式和（7）式，由圖3知當弓網接觸力在處作用時，滑板剛體處由橫向振動和繞質心轉動產生的復合橫向振動位移可表示如下：
（10）
2.2 受電弓滑板彈性梁彎曲振動振型函數
以兩端固定支撐的滑板彈性梁在橫截面對稱平面內的橫向位移作為廣義坐標，并設梁的線密度為，抗彎剛度為EI，受力分析如圖4所示。根據達朗貝爾原理和力矩平衡原理可得到滑板梁橫向振動的四階齊次偏微分方程：
（11）
對（11）式用分離變量法求解并應用克雷諾夫函數可得滑板梁固有頻率的計算公式和橫向彎曲振動振型函數：
（12）
（13）
為計算方便，振動滑板梁的計算參數取值如表1所示。
由此求得1階模態的固有頻率為94.5Hz，2階模態的固有頻率為258Hz，3階模態的固有頻率為505Hz，4階模態的固有頻率為829Hz。
（13）式中可以是任意常數。只要將各階固有頻率對應的的值代入該式，即可求得滑板彈性梁橫向彎曲振動的各階相應的主振型。
2.3 受電弓滑板彈性梁動力沖擊響應 （見圖5）
在滑板梁的處，假設有一弓網接觸壓力作用，自由振動運動方程可得到：
（14）
滑板均勻彈性梁的振型函數為式（13），將主振型正則化，利用其正交性特點，可得：
（15）
設各階固有頻率為，主振型為，1，2，3，….則彈性梁動力響應可用模態疊加（坐標變換）表示為：
（16）
利用主振型正交性質，由杜哈美（Duhamel）積分法求解得：
（17）
將式（17）代入式（16），可得滑板彈性梁原廣義坐標的響應：
（18）
3 用數字計算方法求響應矩陣和傳遞函數矩陣
為了求式（1）中的傳遞函數矩陣[]，必須先求下式（19）中的響應矩陣[]。
（19）
傳遞函數矩陣[]和響應矩陣[]的關系為：
（20）
基于系統響應分析數字計算步驟如下：
（1）如圖2所示，先假設在滑板上從左到右第一個確定的輸入節點上作用一個確定的弓網沖擊接觸力，通過式（10）和式（18），分別計算各激光傳感器對應位置的位移響應值、、…、。通過下式：
（21）
即可計算出。
（2）其它矩陣元素的計算方法同上，即通過下式可計算得到。
（22）
（3）由式（20）計算[]。
（4）由式（1）和式（2）計算。
（5）由式（3）、式（4）、式（5）分別計算接觸網幾何參數和動力學參數。
4 響應測試系統仿真
對圖2所示的響應測試模型進行仿真，假設對稱配置5個激光測距傳感器，測試受電弓滑板底部-0.4m，-0.2m，0m，0.2m，0.4m 等5個點的位移，如圖6所示，取2.5，取1720Nm2，取0.8m，取2500 N/m 。
假設依次在受電弓滑板上-0.4m，-0.2m，0m，0.2m，0.4m的地方垂直向下施加110N的弓網接觸壓力，通過式（10）和式（18），分別計算各激光傳感器對應位置的位移響應值、、…、。通過式（21）計算，可得到響應關系矩陣式（23）。
由上式D矩陣求逆，可得到傳遞函數矩陣如式（24）。
如果還是用150N的弓網接觸壓力，在-0.4m和-0.2m，的地方垂直向下施加，并由此得到，再將代入式（2），反過來求得接觸力為150N；如果還是用110N的弓網接觸壓力，在-0.25m的地方垂直向下施加，并由此得到，再將代入式（2），反過來求得接觸力為98.77N，誤差為10%，該誤差主要由激光傳感器的配置位置造成。
如果用150N的弓網接觸壓力在受電弓滑板上-0.4m 處垂直向下施加，如圖7（a）所示，傳感器各點位移響應如圖6（a）所示；在-0.2m、0m、0.2m、0.4m處施加，力的作用圖（圖7（b）-（e））與位移響應圖（圖6（b）-（e））一一對應。
由此可見，采用傳遞函數計算方法的仿真與實際情況基本相符。
結語
基于系統響應原理測試高速鐵路接觸網動態參數的方法，其重要意義在于將測試傳感器完全從受電弓滑板上撤離下來，這是高速鐵路接觸網車載動態測試追求的目標。如果采用圖象處理和激光雷達等非接觸式檢測方式，由于其掃描周期和處理時間的限制，使得該方法從原理上無法實現對弓網高頻動態特性的測試。在實際應用中，作者認為必須在實驗室直接測試數據，然后對數據進行回歸分析，校正核實計算模型。
參考文獻
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【關鍵詞】牽引網；AT；保護方案配置
1.引言
客運專線大多采用AT供電方式，牽引變壓器的一次側采用220kV，二次側2×27.5kV（AT）電壓，牽引變壓器的接線方式為單相接線，接觸網的額定電壓25kV，短時（5min）最高允許電壓29kV，最低工作電壓20kV，非正常情況下為19kV；牽引變電所設有兩臺互為備用的（2×27.5kV）的單相牽引變壓器；27.5kV側的設備采用戶內布置方式，母線采用電動隔離開關分段；饋線采用100%備用方式。
由于客運專線列車運行速度快、效率高、牽引負荷大、供電臂中負荷突變率高，因此為了保證高速客運專線牽引供電系統高效、可靠、安全地運行，牽引網需要配置新型保護裝置。
2.饋線保護的配置
依據AT供電方式牽引供電系統的牽引網特性，AT所和分區所分別都并聯于其中，為了實現繼電保護的可靠性、靈敏性、選擇性、速動性（簡稱四性）的要求，饋線保護配置如下：低電壓啟動過電流保護、I段阻抗保護和自動重合閘保護。
所采用的保護配置原理：
（1）低電壓啟動過電流保護。用于切除過電流故障，對于不對稱的短路故障，由于需要取用故障電流，因此，過電流元件應裝設于電源側，電壓元件可由牽引變壓器的低壓側取得。如果同時滿足電流大于整定值、時限大于動作時限時，繼電器就會動作。
（2）I段阻抗保護。也叫距離保護。距離保護是反應故障點至保護安裝點之間距離（阻抗），并根據距離遠近來確定動作時間的一種保護裝置。通過阻抗繼電器來完成施加于繼電器上的電壓Uk和電流Ik的比值測量，根據比值大小來判斷故障點的遠近，并根據故障點的遠近來確定動作時間。通常把這一比值叫著阻抗繼電器的測量阻抗，可以表示為Zk=Uk/Ik，其中：Zk為測量阻抗，Uk為測量電壓，Ik為測量電流。當短路點至保護安裝處近時，測量阻抗小，動作時間短；當短路點距保護安裝處遠時，測量阻抗大，保護時間長，從而保證了有選擇性的切除故障。
I段阻抗保護為瞬時動作，為了保證選擇性，保護區不能超出供電線路的長度，也就是只有測量阻抗小于該段線路阻抗時才動作。動作的可靠系數為0.8～0.85。
為實現接觸網任何位置發生短路故障時，變電所的出口斷路器都能瞬時動作，即實現I段阻抗保護，則需將整定阻抗設為供電線路全長的1.5倍整定。
（3）自動重合閘保護。當斷路器跳開后，按需要自動投入的一種自動裝置，當控制開關位置與斷路器位置不對應時，啟動。可以大大提高供電的可靠性，糾正斷路器的誤跳閘。
3.AT所和分區所的進線保護配置
AT所和分區所兩者采用的進線保護配置完全相同。根據AT牽引供電系統中AT所的位置及斷路器的設置，為了滿足進線保護的四性要求并與饋線保護相配合，AT所進線保護配置如下：失壓保護和檢有壓重合閘保護。
保護配置原理：
（1）失壓保護。當接觸網停電或由于某種原因使接觸網的電壓降低過多時，即欠壓，一般為0.4UN時，小母線處的斷路器會跳開，把AT所和分區所自動從接觸網上切除，從而縮小了停電范圍。
（2）檢有壓重合閘。當斷路器跳閘后，根據斷路器的整定時限檢測電壓，當檢測到的電壓達到整定值時，一般為0.85UN，則斷路器重合閘。如果電壓沒有達到這一整定值，則斷路器不進行重合閘。
4.AT變壓器的保護配置
AT所和分區所的AT變壓器采用的保護配置完全相同。根據變壓器常出現的故障及AT牽引供電系統中AT所的作用和斷路器的設置，并與饋線保護及進線保護相配合，AT所和分區所的變壓器保護配置設置如下：差動保護、過電流保護、碰殼保護、瓦斯保護、通風和過熱保護。
保護配置原理：
（1）差動保護。能反映變壓器內部相間短路故障、高壓側單相接地短路及匝間層間短路故障，差動保護是輸入的兩端TA電流矢量差，當兩端TA電流矢量差達到設定的動作值時啟動動作元件。差動保護是保護兩端電流互感器之間的故障（即保護范圍在輸入的兩端TA之間的設備上）正常情況流進的電流和流出的電流在保護內大小相等，方向相反，相位相同，兩者剛好抵消，差動電流等于零；故障時兩端電流向故障點流，在保護內電流疊加，差動電流大于零。驅動保護出口繼電器動作，跳開兩側的斷路器，使故障設備斷開電源。
在變壓器勵磁涌流中含有大量的2次諧波分量（一般約占基波分量的40%以上），利用差電流中2次諧波所占的比率K2作為制動系數，來鑒別變壓器空載合閘時的勵磁涌流，只有同時滿足K2值小于D（D為2次諧波制動系數）和比率差動其他判據時才允許保護動作。
（2）過電流保護。由電流繼電器，時間繼電器和信號繼電器組成。電流繼電器接在電流互感器的二次繞組上，組成測量元件用來判斷通過的電流是否超過整定值，時間繼電器通過設定延時時限來防止變壓器空載合閘時保護的誤動作。
正常運行時，過流保護回路的電流繼電器和時間繼電器的輔助接點都是斷開的，當被保護區故障或短路引起電流過大時，電流繼電器線圈啟動，閉合其輔助接點接通時間繼電器的線圈，經過預定的延時，時間繼電器的常開接點閉合，接通斷路器的分閘線圈回路，斷路器的操動機構動作，斷路器自動分閘，切除故障線路，同時啟動信號繼電器，發出斷路器跳閘的預告告警信號，提醒工作人員進行維修。
（3）碰殼保護。也叫接地保護。將正常情況下不帶電，而在絕緣材料損壞后或其他情況下可能帶電的電器金屬部分用導線與接地體可靠連接起來的一種保護接線方式。
把所有的一次電纜都穿過窗口TA，正常時TA相當于一個零序，流過不平衡電流，當變壓器繞組發生接地或碰殼時，流過的電流是接地電流或碰殼電流，不再是不平衡電流，保護裝置會動作，否則不動作。
（4）瓦斯保護。瓦斯保護是變壓器的主要保護，它可以反映油箱內的一切故障。包括：油箱內的多相短路、繞組匝間短路、繞組與鐵芯或與外殼間的短路、鐵芯故障、油面下降或漏油、分接開關接觸不良或導線焊接不良等。瓦斯保護動作迅速、靈敏可靠而且結構簡單。但是它不能反映油箱外部電路（如引出線上）的故障，所以不能作為保護變壓器內部故障的唯一保護裝置。另外，瓦斯保護也易在一些外界因素（如地震）的干擾下誤動作，對此必須采取相應的措施。
重瓦斯：設有相應開關輸入量輸入端子，以便通過該裝置發送本地及中央信號，保護根據該開關量信號進行判定，動作時，發出跳閘或告警信號。輕瓦斯：設有相應開關輸入量輸入端子，以便通過該裝置發送本地及中央信號，保護根據該開關量信號進行判定，動作時，發出告警信號。
（5）通風和過熱保護。設有相應開關輸入量輸入端子，以便通過該裝置發送本地及中央信號，保護根據該開關量信號進行判定，動作時，發出告警信號或啟動通風裝置。
5.結束語
針對客運專線采用AT牽引供電方式其負荷電流值大、功率因數高及諧波含量相對少的特點，本文提出的保護配置方案理論上是可以保證牽引網各個保護之間的相互配合，同時滿足保護的四性要求。為完善AT牽引網的保護配置方案，還需要進行大量仿真和實驗驗證，并能與其它形式牽引變壓器的保護互相配合，以便該保護方案能夠應用于工程實踐當中。
參考文獻
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論文摘要：結合實際闡述電能質量的幾種改善方法與措施；無源濾波器、有源濾波器、靜止型無功補償裝置，介紹了它們的基本組成和原理，這些方法可以有效地解決穩態時的電壓質量問題；文章還就電能質量技術的改進與提高，提出系統化綜合補償技術是解決電能質量問題的“治本”途徑，以解決動態電能質量問題。
一、電能質量指標
電能質量的定義：導致用戶設備故障或不能正常工作的電壓、電流或頻率偏差。這個定義簡單明晰，概括了電能質量問題的成因和后果。隨著基于計算機系統的控制設備與電子裝置的廣泛應用，電力系統中用電負荷結構發生改變，即變頻裝置、電弧爐煉鋼、電氣化鐵道等非線性、沖擊性負荷造成對電能質量的污染與破壞，而電能作為商品，人們會對電能質量提出更高的要求，電能質量已逐漸成為全社會共同關注的問題，有關電能質量的問題已經成為電工領域的前沿性課題，有必要對其相關指標與改善措施作討論和分析。
電能質量指標是電能質量各個方面的具體描述，不同的指標有不同的定義，參考IEC標準、從電磁現象及相互作用和影響角度考慮給出的引起干擾的基本現象分類如下：
(1)低頻傳導現象：諧波、間諧波、電壓波動、電壓與電流不平衡，電壓暫降與短時斷電，電網頻率變化，低頻感應電壓，交流網絡中的直流；(2)低頻輻射現象：磁場、電場；(3)高頻傳導現象：感應連續波電壓與電流，單向瞬態、振蕩瞬態；(4)高頻輻射現象：磁場、電場、電磁場(連續波、瞬態)；(5)靜電放電現象。
對于以上電力系統中的電磁現象，穩態現象可以利用幅值、頻率、頻譜、調制、缺口深度和面積來描述，非穩態現象可利用上升率、幅值、相位移、持續時間、頻譜、頻率、發生率、能量強度等描述。
保障電能質量既是電力企業的責任，供電企業應保證供給用戶的供電質量符合國家標準；同時也是用戶(擁有干擾性負荷)應盡的義務，即用戶用電不得危害供電；安全用電；對各種電能質量問題應采取有效的措施加以抑制。
電能質量指標國內外大多取95％概率值作為衡量依據，并需指明監測點，這些指標特點也對用電設備性能提出了相應的要求。即電氣設備不僅應能在規定的標準值之內正常運行，而且應具備承受短時超標運行的能力。
二、電能質量標準
綜合新頒布的電磁兼容國家標準和發達國家的相關標準，中低壓電能質量標準分5大類13個指標。
(1)頻率偏差：包括在互聯電網和孤立電網中的兩種；
(2)電壓幅值：慢速電壓變化(即電壓偏差)；快速電壓變化(電壓波動和閃變)；電壓暫降(是由于系統故障或干擾造成用戶電壓短時間(10ms～lmin)內下降到90％的額定值以下，然后又恢復到正常水平，會使用戶的次品率增大或生產停頓)；短時斷電(又稱電壓中斷，是由于系統故障跳閘后造成用戶電壓完全喪失(3min，電壓中斷使用戶生產停頓，甚至混亂)；長時斷電；暫時工頻過電壓；瞬態過電壓；
(3)電壓不平衡；
(4)電壓波形：諧波電壓；間諧波電壓；(由較大的波動或沖擊性非線性負荷引起，如大功率的交一交變頻，間諧波的頻率不是工頻的整數倍，但其危害等同于整數次諧波)。
(5)信號電壓(在電力傳輸線上的高頻信號，用于通信和控制)
三、電能質量污染的治理
1、治理的基礎性工作
首先要掌握供電網絡運行狀態，對電能質量開展實時監測，以掌握其動態；第二是分析診斷其變化，即在詳細分析電能質量數據的基礎上，利用仿真軟件對電網結構的固有諧振特性進行計算與分析，排除虛假的諧波干擾；第三是開展系統的合理設計和改造，變電站的設計和投運以及新的電力用戶投運之前都要進行諧波源負荷及電能質量要求等方面的技術咨詢，線路網絡改造和建設也要結合運行負荷的特點和措施，以降低線損，降低設備損失事故，最后才是開展濾波裝置或無功補償裝置的研制、調試和現場測試，以了解治理后的效果，并總結經驗。
2、SVC裝置
近些年來發展起來的SVC裝置是一種快速調節無功功率的裝置，已成功地用于電力、冶金、采礦和電氣化鐵道等沖擊性負荷的補償，它可使所需無功功率作隨機調整，從而保持在非線性、沖擊性負荷連接點的系統電壓水平的恒定。
Qi＝QD+QL-Qc(2)
式(2)中Qi、QD、QL、Qc分別為：系統公共連接點的無功功率、負荷所需的無功功率、可調(可控)電抗器吸收的無功功率、電容器補償裝置發出的無功功率，單位均為kvar。
當負荷產生沖擊無功QD時，將引起
Qi＝QD+QL+Qc(3)
其中Qc=0，欲保持QC不變，即Qi＝0，則QD＝-QL，即SVC裝置中感性無功功率隨沖擊負荷無功功率作隨機調整，此時電壓水平能保持恒定不變。SVC由可控支路和固定(或可變)電容器支路并聯而成，主要有四種型式：
(1)可控硅閥控制空芯電抗器型(稱TCR型)SVC，它用可控硅閥控制線性電抗器實現快速連續的無功功率調節，它具有反應時間快(5～20ms)、運行可靠、無級補償、分相調節，能平衡有功，適用范圍廣，價格便宜等優點。TCR裝置還能實現分相控制，有較好的抑制不對稱負荷的能力，因而在電弧爐系統中采用最廣泛，但這種裝置采用了先進的電子和光導纖維技術，對維護人員要專門培訓提高維護水平。
(2)可控硅閥控制高阻抗變壓器型(TCT型)，優點與TCR型差不多，但高阻抗變壓器制造復雜，諧波分量也略大一些。由于有油，要求一級防火，只宜布置在一層平面或戶外，容量在30Mvar以上時價格較貴，不能得到廣泛采用。
(3)可控硅開關控制電容器型(TSC)：分相調節、直接補償、裝置本身不產生諧波，損耗小，但是它是有級調節，綜合價格比較高。
(4)自飽和電抗器型(SSR型)：維護較簡單，運行可靠，過載能力強，響應速度快，降低閃變效果好，但其噪音大，原材料消耗大，補償不對稱電爐負荷自身產生較大諧波電流，無平衡有功負荷的能力。
3、無源濾波裝置
該裝置由電容器、電抗器，有時還包括電阻器等無源元件組成，以對某次諧波或其以上次諧波形成低阻抗通路，以達到抑制高次諧波的作用；由于SVC的調節范圍要由感性區擴大到容性區，所以濾波器與動態控制的電抗器一起并聯，這樣既滿足無功補償、改善功率因數，又能消除高次諧波的影響。
4、有源濾波器
雖然無源濾波器具有投資少、效率高、結構簡單及維護方便等優點，在現階段廣泛用于配電網中，但由于濾波器特性受系統參數影響大，只能消除特定的幾次諧波，而對某些次諧波會產生放大作用，甚至諧振現象等因素，隨著電力電子技術的發展，人們將濾波研究方向逐步轉向有源濾波器(ActivePowerFliter，縮寫為APF)。
APF即利用可控的功率半導體器件向電網注入與諧波源電流幅值相等、相位相反的電流，使電源的總諧波電流為零，達到實時補償諧波電流的目的。它與無源濾波器相比，有以下特點：
a.不僅能補償各次諧波，還可抑制閃變，補償無功，有一機多能的特點，在性價比上較為合理；
b.濾波特性不受系統阻抗等的影響，可消除與系統阻抗發生諧振的危險；
c.具有自適應功能，可自動跟蹤補償變化著的諧波，即具有高度可控性和快速響應性等特點。
關鍵詞：電力電子系統；系統級；模塊級；標準控制和通信結構
Abstract: This paper mainly from the system level integration of electronic power, which refers to the specific power conversion system; the module level, it is also the analysis of three aspects constitute the standard control and communication system and the structure of power electronic system integration study of electric power system in, want to help develop for the electronic system in our country.
Key words: power electronics system; system; module; standard control and communication structure
中圖分類號：TP271+.5 文獻標識碼：A文章編號：2095-2104（2013）
引言：近年來，隨著科學技術的不斷發展，我國社會以對電力電子技術的應用也是越來越普遍，這使得我國社會以及個企業也越來越重視電力電子的系統的集成研究。對于電力電子技術的本身來說，它是一種能夠實現電能的高效變換以及能夠對電能進行高度控制的技術。在現代社會，由于電的利用更加頻繁以及廣泛，最典型的如現在交通行業的電氣化鐵道也即是目前我國的電氣機車以及磁懸浮列車、小區的電動汽車和目前先進的航空電源系統，還有擁有高速處理器的電腦以及電信設備都應用到了電力電子系統，這也表明電力電子系統的集成研究對于這些領域的發展具有極大影響，因此，對于電力電子系統的集成研究是具有極其重要的社會意義以及現實意義。
1. 電力電子系統集成的系統級分析
電子電路系統集成的系統級研究分析的主要內容主要就是建立電力電子系統的架構，以及研究電力電子系統集成的穩定性以及系統正常運行的可靠性，進而能夠解決電力電子系統在集成的各標準模塊有關的問題，本文主要分析的是電力電子系統的界面定義，交互作用，系統的容錯能力以及各模塊在系統中的并聯問題，下面是簡單的闡述分析：
界面定義。界面的定義指的是在電力電子系統的集成中，應該建立合理實際以及科學的集成系統架構,也就是指的是要制定符合系統集成要求的標準規范,這有利于解決系統集成研究中個模塊間的技術參數和指標的分配,從而能夠使得集成系統結構性能的優化以及系統模塊的標準化。
交互作用。交互作用，具體指的就是在進行電力電子系統進行集成時,系統中的濾波器模塊DC/A C,AC/DC以及DC/DC（下文將主要分析）間的作用，這些模塊間的交互作用是能夠影響電力電子系統的性能以及穩定性。
系統的容錯能力。系統的容錯能力的分析也就是為了提高電力電子系統集成后的系統的可靠性,也就是指的是 集成系統后系統本身應該具備的處理系統的欠壓以及短路、過流等等一般故障的能力。
模塊的并聯。這主要指的是如何提高集成系統的擴充性以及可靠性的問題,具體方法就是采用模塊的輸入端并聯以及輸出端并聯的方式使得系統的擴充性更強以及可靠性更強。
2.電力電子系統集成的模塊級分析
對于電力電子系統的集成的模塊級的分析也即是對電力電子標準模塊的研究，就目前我國的電子電子系統集成的模塊級分析來看，主要可以從標準模塊的這子系統中典型的DC/DC模塊為例進行分析，下面對此進行簡單的闡述：
對標準模塊典型的的DC/DC模塊的分析，可以從系統中的三種不同功率對變流器的篩選入手，從篩選之中的條件看出其基本的原理：一般功率，這種功率的標準模塊DC/DC 變流器拓撲初步篩選的標準基本就是按標準模塊的輸入電壓高低，輸出電壓高低以及輸入輸出范圍寬窄，還有就是輸出輸入的功率等級大小入手，確定最適合的DC/DC 變流器；中等功率，這種功率的標準模塊DC/DC 變流器拓撲的篩選和優化是在以一般功率DC/DC 變流器拓撲初步篩選的標準的基礎，以及注意拓撲的適應特性和變換效率以及拓撲損耗可集成性等等；小功率。小功率的標準模塊DC/DC 變流器拓撲初步篩選的標準由于其基本應用于當前的通信網絡以及計算機等等的設備適配器以及各種分布式的電源系統，顯得有點特殊，對于這種小功率的標準模塊的DC/DC 變流器拓撲主要的還是注重的是同步整流驅動也即是整流的效率最為重要。
3. 電力電子系統的標準控制和通信結構
電力電子系統的集成研究中，標磚控制以及通信結構的研究是極其重要的，下面面就從電力電子系統控制中的三相VSI 逆變器為基礎，討論分析電力電子系統的標準控制體系以及通信結構，下面是簡單的闡述：
3.1三相升壓整流器標準控制體系。
三相升壓整流器的標準控制結構的分析可以知道該標準控制的主回路拓撲與三相VSI 逆變器結構基本一樣，而且它的控制結構也也和三相升壓整流器本身的控制結構一樣，簡單的說三相升壓整流器標準控制體系就是以觸發脈沖產生器、SVM 調制器、電流調節器、電壓調節器和坐標變換器和A/D變換電路構成的，但是要注意的是在系統集成中不同的接口有著不同的要求。
3.2電力電子集成系統通信結構。
在電力電子集成系統中，數字式控制通信的一般模式的分析了解，我們可以知道通信結構的組成基本是以三層結構為主的：核心結構，也即是通信結構系統中的標準功率模塊控制器HM以及執行PWM，和通信結構中的空間矢量控制驅動的信號生成以及結構本身的過電流保護等等，控制結構，主要就是指應用控制器AM ，AM的任務就是完成集成系統中的標準功率模塊的信號同步和協調模塊的工作、以及對系統的輸入/輸出電流和系統電壓的控制等等，要注意的是它受到了系統管理器SM 的控制；系統結構，也即是指系統管理器SM，它主要的功能是與集成系統的儀表板和系統的外界的聯系，以及協調系統中的多個標準功率模塊的正常運行。
結束語：總而言之，從目前的電子電子技術的發展來看。電力電子系統集成是它發展的重要方向以及發展的必然趨勢。具體來說，電力電子系統的集成的標準模塊能夠解決電能變換裝置的復雜和不確定性，達到電力電子系統集成后運行可靠性高，功率密度高以及高效低成本的目的。不僅如此，電力電子系統集成本身就是一門融合了電力電子技術以及計算機技術、熱處理技術、電磁兼容等等眾多學科綜合性工程，它的應用能夠與偶東整個社會工業的發展以及能源的高校利用，同時對工業生產過程中自動化變革也具有較大影響和推動作用，因此，對于電力電子系統集成的研究具有極其重要的經濟效益和社會意義。
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關鍵詞：鐵路交通運輸
緒論
（一）研究問題的提出
根據《2006年中國鐵路運輸市場研究報告研究報告》，隨著改革開放的深化以及經濟產業結構的調整，交通運輸企業煥發出前所未有的活力，各種運輸方式發展迅猛。鐵路交通運輸雖然運量逐年增長，但市場份額卻逐年下降，鐵路面臨著越來越嚴峻的挑戰。
在國民經濟各部門中，尤其是在交通運輸部門中，鐵路運輸的發展呈現滯后狀態。這種狀況與“鐵路是國家的重要基礎設施，是國民經濟的重要基礎產業部門，是綜合交通運輸體系的骨干”的地位不相適應，有些地區的線路甚至無法支撐運輸需求的巨大壓力，鐵路運輸發展滯后對經濟發展的制約作用明顯存在。
世界各國經濟發展的一個共同規律是，當一個國家處于經濟起飛階段時，鐵路對于經濟增長往往具有先導性的帶動作用。德國和美國是發達國家的后來者，它們之所以能在19世紀末20世紀初后來居上，一個很重要的原因是他們在當時對作為社會先行資本的鐵路進行高投入，從而帶動和支持了其它產業的大幅度發展，促進了經濟的快速增長。
綜上所述，分析當前鐵路建設存在的問題，研究制定鐵路行業的發展戰略，是一個具有重大理論意義和實踐意義的時代課題。本論文所探討的鐵路運輸行業的發展戰略，即是基于此而做出的一份努力。
（二）論文的主要內容和研究思路
就我國而言，國家鐵路已到了非改革不可的地步，否則就會嚴重制約國民經濟的發展進程。由于鐵路運輸是基礎產業，關系到國計民生，可謂牽一發而動全身，所以在改革實施之前必須要有方向明確、思路清晰的發展戰略的指引，才會使改革向預定目標順利推進。因此論文的主要內容即是圍繞“鐵路運輸行業制定發展戰略的基本前提和戰略方案如何擬定和設計”而展開，也就是說要從理論和方法上論證為鐵路運輸行業制定的發展戰略是在吸取國外鐵路變革經驗的基礎上，適合中國鐵路自己的國情和路情的。
論文的研究思路如下，首先是對我國交通運輸行業存在的問題進行分析并歸結其原因，提出通過制定發展戰略加快鐵路運輸現代化進程的觀點；然后指出鐵路交通運輸行業制定發展戰略的基本前提。最后在借鑒國外鐵路運輸改革實踐和成果的基礎上，所進行的對國家鐵路運輸行業發展戰略方案的設計。
二、我國鐵路交通運輸行業存在問題分析
中國鐵路運輸行業已有127年的歷史。與計算機、通訊、生物等高新技術行業相比，它是個傳統行業。進入21世紀，世界鐵路交通運輸行業正由傳統行業向現代行業轉變。世界發達國家鐵路較高的起點上，以全新的方式，用較短的時間，完成了由傳統行業向現代行業的升級，使鐵路這個傳統行業展現了全新的面貌。中國鐵路交通運輸行業建設起步并不晚，但與世界發達國家相比，差距很大，還存在很多問題。
（一）我國鐵路交通運輸行業現狀
改革開放以前，國家鐵路實行“政企合一”的計劃管理體制。這種管理體制，與國家宏觀計劃經濟的整體基礎相適應，也與鐵路當時自身經營的環境與條件相適應。當時我國經濟技術落后，資金資源嚴重短缺，不可能優先發展資金和技術密集度要求較高的航空和公路運輸，適合中國國情、運價低廉的鐵路運輸因而長期處于壟斷優勢地位，沒有面臨生存競爭方面的任何挑戰。
進入新時期之后，國家經濟運行體制由計劃經濟向市場經濟轉變，鐵路運輸行業隨之出現了許多問題，這些問題集中表現在運能短缺上。運能短缺一方面是鐵路物質基礎相當薄弱的基本情況的客觀存在，另一方面是不斷擴大的對客貨運輸的巨大需求。在二者的共同作用下，鐵路運能短缺的問題不可避免。
進入上世紀90年代，我國國民經濟發展增速，鐵路運能短缺的嚴重后果一覽無余。全社會爆發出來的巨大貨運需求壓向鐵路，國民經濟發展急需的石油、棉花、糧食、煤炭、磷礦石等重要原材料運輸嚴重受阻，影響東部地區電力供應缺口加大，迫使不少工廠半停產運行。因鐵路發展不足制約國民經濟的發展，使鐵路素有“瓶頸”之稱，國家因此而損失巨大。
同時，對局部區域鐵路客運列車而言，一方面有些落后地區根本就沒有開通鐵路交通運輸，如湖北恩施州；另一方面普遍超員嚴重，特別是在重大節假日。客運的全面緊張已成為嚴重的社會問題。
（二）鐵路運輸行業存在運能短缺問題的原因分析
鐵路交通運輸的運能短缺問題除運力基礎與運輸需求矛盾的原因之外，還有其深層次的原因，這主要是：
1、就認識根源而言，關鍵在于現代交通運輸意識的普遍薄弱。人們并未真正理解現代經濟發展交通運輸先行這種根本道理,為保障宏觀經濟高效率、高效益運行所必需的交通富裕度的觀念薄弱,甚至視超常緊張為正常。現代交通運輸意識的缺乏，根植于我國長期的小農經濟及計劃經濟環境之中。環境封閉、交通不便與運輸需求被抑制的長期存在，使人們很難超越小生產者的狹隘眼界去觀察和處理市場經濟條件下大生產、大流通必然面對的諸多問題。
2、就經濟根源而言，關鍵在于不發達經濟的長期存在。百事待舉而資金嚴重短缺，是我國經濟發展中的基本矛盾之一。人們在拮據的經濟條件下，很自然地會選擇將資金投向周期短、見效快、效益高的加工工業及其他產業，而對雖然社會收益廣泛，影響久遠，但周期長、收益慢、直接效益低的鐵路等基礎產業，則往往被置于忽視地位，從而忽視“社會成本”與“直接生產成本”間的協調均衡。而這一協調均衡，又恰恰是欠發達國家經濟快速健康發展的必要條件。我國是發展中國家，整體財力有限，所以需要一個較長時期來改變鐵路的現狀。
三、鐵路交通運輸行業發展戰略的基本前提
經過近十幾年市場經濟導向改革，鐵路交通運輸行業所依存的經濟環境和基礎，已發生了深刻變革，面對新世紀的新形勢，鐵路運輸行業制定發展戰略必須注意兩個基本前提。
（一）將鐵路交通運輸行業放在優先考慮的戰略位置
行業在其生命周期的不同階段，應該采取不同的戰略發展模式。行業生命周期分為開始期、成長期、成熟期、衰退期。曾經有一種觀點認為，鐵路是夕陽產業，已處于行業發展的衰退期，其實無論從我國鐵路與經濟發展的實際情況考察、還是從西方鐵路復蘇的國際比較考察、抑或是從交通運輸可持續發展的角度考察，鐵路都是需要大發展的重要交通運輸方式，它正處于行業的成熟發展期。從我國鐵路運能短缺這一基本事實判斷，鐵路運輸行業處在行業的成長期，應加大發展力度，以盡快發揮其應有的經濟和社會效益；另外，從節約資源兼顧環境保護的角度考察，公路和航空運輸耗費石油巨大，土地資源日益銳減。相反，我國可轉化為電能的煤炭和水利資源豐富，因此，占地較少、對環境影響甚微的鐵路運輸，特別是電氣化鐵路和城市軌道運輸，應成為我國交通運輸體系發展的戰略重點。世界鐵路在全球范圍內重新崛起，正處于行業的成熟發展期；而我國的鐵路運輸行業現處于行業的成長上升期，由此決定了制定的行業發展戰略應保證其優先得到發展。
（二）依行業市場化趨勢制定行業發展戰略規劃
在我國鐵路運輸行業市場化的表現在于：①進入上世紀90年代之后，鐵路貨物運輸需求主體單一的格局己不復存在。多元化的市場經濟主體決定了多元化的運輸需求主體，瞬息萬變的市場行情產生了靈活多樣的運輸需求，使鐵路運輸的經營環境向市場化轉變；②同一時期，鐵路運輸生產正常運行所必備的各種生產要素，如鋼材、水泥、木材和柴油等，在國民經濟市場化的總格局中，也日益市場化，使鐵路運輸生產的供給主要求助于市場，推動其經營成本隨市場價格波動而升降；③鐵路運輸市場化的另一個推動因素是交通運輸市場的激烈競爭，鐵路運輸行業開始留意研究公路、水路、管道和航空運輸的動態和規律，從以前的市場壟斷走向市場競爭。
以上情況說明，鐵路運輸生產的投入和產出兩大領域，均已受到市場機制的制約和支配：鐵路運輸在交通運輸市場上已不再處于以前的絕對壟斷地位。隨著時間的延續，鐵路運輸向深度市場化方向的發展趨勢己不可避免。對鐵路行業而言,就是要根據市場需求,提供其適合公眾需求的特有的產品和服務,制定其行業發展戰略。
四、鐵路交通運輸行業發展戰略方案設計
《中長期鐵路網規劃》提出，到2020年，全國鐵路營業里程要達到10萬公里，主要繁忙干線實現客貨分線，復線率和電化率均達到50%，滿足國民經濟和社會發展需要，主要技術裝備達到或接近國際先進水平。在分析基本前提和借鑒國外鐵路改革經驗的基礎上，從我國的國情和路情出發，鐵路運輸行業的發展戰略方案可作如下描繪和勾勒。
（一）鐵路交通運輸行業發展的戰略步驟選擇
1、實現運輸主業和輔業的分離
根據2005年底鐵道部的統計數據，中國鐵路現在職工人數有228.41萬，其中運輸主業職工152.68萬人，非運輸主業職工隊伍較龐大,這是世界上其他國家的鐵路行業所沒有的現象。鐵路辦社會，大而全，勢必制約鐵路運輸主業的發展。鐵路系統中的社會公共部門，如公檢法、醫院和學校等社會性、事業性單位應剝離出鐵路系統，這些單位可以說都與鐵路運輸沒有直接關系，長期“捆綁”在一起將導致運輸主業專業優勢不突出，競爭能力低下。
另外還應剝離鐵路系統中的輔助產業，即工業、建筑、工程、通信和物資五大公司和若干勘測設計院，還與國家郵電網并存的鐵路通信網等。機務段、車輛段、車務段和工務段等運輸主業中的“多種經營”也應被剔除。這些部門或多經產業雖說與鐵路運輸相關，但由于沒有實行分賬獨立核算，產業屬性不同，容易導致職責不清，扯皮推委。
2、對鐵路運輸行業進行規范股份制改造
股份制是一百多年來被實踐證明為行之有效的資產組織形式，既可以迅速聚集社會資本，又可以完善公司法人治理結構。鐵路行業在完成主輔業分離的前提下，選擇業內的優質資產，即盈利能力強、管理效率高的資產，結合主干線、客運專線和城際客運鐵路等項目建設，尋求境內外投資者，進行股份制改造，可實現企業持續快速發展。
3、通過上市融資
實行股份制改造的目的是拓寬融資渠道，解決鐵路建設資金主要依賴于鐵路建設基金的收取與國家開發銀行的長期借貸而成的長期性的極度短缺問題。其它渠道資金的進入為鐵路加快建設速度和更大程度擴展規模注入了強勁的動力，更重要的是有助于幫助鐵路部門引進新的經營管理理念、建立新機制。而其他渠道資金的籌集主要是通過公司上市來解決的。
相比客運而言，貨運業務彼此獨立性較強，更容易把市場前景較好的優良資產單獨剝離出去進行公司化改制；而且，貨運的國際市場開放程度高，可以更好地吸收地方政府、社會和國際投資。因此，應按照先貨運后客運的次序推動股份制改造成功的企業上市融資。
（二）鐵路交通運輸行業發展的戰略措施選擇
1、積極通過多種方式籌集建設基金
在我國,制約鐵路交通運輸發展的關鍵性問題是資金問題。美國鐵路建設之所以能在1887年一年中鋪軌2萬多公里，一個重要的原因就是擁有發達完善的資本市場，可以迅速吸收國內外的投資資金。我國的資本市場雖不發達，但卻具備了吸收投資的有利條件。首先，我國大陸性地理特征條件，決定了鐵路還遠未達到發展的極限且在綜合交通運輸體系中具有不可替代性；其次，集裝箱、冷凍冷藏、行包快運等具有高附加值的貨運業務正在成為鐵路新的經濟增長點，經過商業性開發、建設和經營之后必將達到較高的投資收益率。在籌集資金的過程中，除了在國內外金融市場上進行股本融資這一方式外，可以選擇的方式還有直接債務融資、利用國際貸款以及融資租賃等。
2、明確政府的角色定位，積極轉變政府職能，推進現代企業規范制改革
在“政企分開”的基礎上，還需要對鐵路運輸行業進行規范的公司制改造，建立有效激勵、嚴格約束、責權利相統一的法人治理機構。對于具備一定市場生存能力的改制企業，可以直接改制為國有股占49%以下，民營資本持股51%以上的非國有法人控股的法人實體；那些暫時生存能力還比較弱的改制企業，可保持國有股占51%至75%的國有法人的控股地位，但仍應強調產權明晰、獨立核算、面向市場、自負盈虧；實在無力經營的可以選擇破產清算或者出售。鐵路的政府主管部門的職能因而轉向宏觀管理和行業管理，不再干預鐵路運輸企業具體的日常生產經營活動，當前的主要任務應是：落實鐵路運輸企業的市場主體地位，完善資產經營責任制；實現政企分開、社企分開、事企分開和減員增效，組建客運公司及專業貨運公司，為實現運輸專業化打下良好基礎。
3、積極推進鐵路行業技術引進開發，提高行業服務質量
科學技術是第一生產力，現代產業進步的最終驅動力是科學技術，包括與之相適宜的管理技術，員工和資金都因科學技術的光明前景而重新優化組合，以實現更高水平的產業生產力。這種技術效應是不可阻擋也無法回避的時代潮流，可謂順之者盛，逆之者衰。我國鐵路系統經過近年來的技術引進和自主開發，鐵路技術的開發應用呈現出加速追趕的趨勢。當前的工作重點是高速鐵路系統技術開發及建設；鐵路行車安全技術保障系統開發；重型優質鋼軌及新型軌枕制造；編組站自動化、裝卸作業機械化及貨場設備制造；鐵路客貨運信息系統開發等。
為順利實現鐵路運輸行業的戰略目標，鐵路運輸系統干部和職工必須轉變工作是完成國家運輸任務的思想，樹立鐵路運輸行業具有服務性特別強、同時競爭性也特別強的觀念，此外還需要不斷的學習和演練來更新自己的服務知識和技能。為此需要在市場機制的引導下，對現有的鐵路系統干部和職工進行全新的思想動員和教育培訓，使之在新的工作環境下各司其職，保證社會的穩定和發展。
4、注重和其他運輸行業的協調配合，創建交通運輸大領域的“共贏”格局
在我國五大運輸行業之間不僅存在著資源和市場的競爭，而且還存在著因各自優劣勢相異而需要協調配合的實際可能。因此就可能會出現兩種結局：惡性競爭與良性競爭。惡性競爭是不突出和強化自己的運輸專業優勢，不講究服務的質量和方式，而是拼命壓低運輸價格，大打價格戰，最后落得個共敗共傷的結局，既浪費了經濟資源，又造成了社會效益的損失；良性競爭與此剛好相反，五大運輸行業堅守各自的目標市場，運輸價格不下降或略微上揚，在運輸服務的質量和方式上下足功夫，靠服務和技術創新來贏得市場，這樣的競爭方式不僅合理配置了經濟資源，而且創造了越來越大的社會效益。
預計隨著市場發育得越來越完善，市場機制作用的越來越普遍和深入，交通運輸領域的行業結構將趨向發達完善，通過且只能通過良性競爭而必然形成“共贏”格局。屆時，處于獨立市場競爭主體地位的鐵路運輸行業將呈現在世人面前，為國民經濟建設發揮其應有的功能和作用。
結論
鐵路運輸行業的發展戰略問題既是一個嚴肅的實踐問題，又是一個重大的理論課題。因為通過中國鐵路建設與發展的歷史回顧和中外鐵路行業的對比分析，很容易得出鐵路運輸行業物質基礎薄弱的結論，發現存在著運能短缺的問題.而僅有這些還遠遠不夠，問題的關鍵是：鐵路運輸行業如何在技術飛速進步、行業競爭激烈的時代條件下確定自己的發展戰略以及如何實現自己的發展戰略。
鐵路運輸行業的發展戰略研究是個內涵豐富、政策性和實踐都很強的課題。囿于篇幅和資料的限制和作者的學識水平，論文只是粗線條地對鐵路運輸行業的發展戰略作了整體上的勾畫和描述，還遠遠沒有深入、細致和全面地揭示事物本身所蘊含的特征和規律，因此論文的不足和缺陷在所難免，在此懇請各位專家、同行批評和指正。
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關鍵詞:變電站自動化可編程控制器
1引言
地鐵的供電系統為地鐵運營提供電能。無論地鐵列車還是地鐵中的輔助設施都依賴電能。地鐵供電電源一般取自城市電網，通過城市電網一次電力系統和地鐵供電系統實現輸送或變換，然后以適當的電壓等級供給地鐵各類設備。
地鐵全面采用變電站自動化設計，由于變電站數量多、設備多，在加上其完善的綜合功能，信息交換量大，而且要求信息傳輸速度快和準確無誤。在變電站綜合自動化系統中，監控系統至關重要，是確保整個系統可靠運行的關鍵。
變電站自動化系統，經過幾代的發展，已經進入了分散式控制系統時代。遙測、遙信、遙控命令執行和繼電保護功能等均由現場單元部件獨立完成，并將這些信息通過通訊系統送至后臺計算機系統。變電站自動化的綜合功能均由后臺計算機系統承擔。
將變電站中的微機保護、微機監控等裝置通過計算機網絡和現代通信技術集成為一體化的自動化系統。它取消了傳統的控制屏臺、表計等常規設備，因而節省了控制電纜，縮小了控制室面積。
2地鐵變電站自動化系統組成
在本地鐵變電站自動化系統設計中，采用分層分布式功能分割方案。系統縱向分三層，即變電站管理層、網絡通訊層和間隔設備層。分層式設計有利于系統功能的劃分，結構清晰明了。系統采用集中管理、分散布置的模式，各下位監控單元安裝于各開關柜內，上位監控單元通過所內通信網絡對其進行監視控制。變電站自動化系統需要對35kV交流微機保護測控裝置、直流1500kV牽引系統微機保護測控裝置、380/220V監測裝置、變壓器及整流器的溫控裝置、直流/交流電源屏等設備進行監控和數據采集。
由于可編程序控制器技術經過幾十年的發展，已經相當成熟。其品種齊全，功能繁多，己被廣泛應用于工業控制的各個領域。用PLC來實現地鐵變電站自動化的RTU功能，能夠很好地滿足“三遙”的要求。本系統采用了ModiconQuantum系列PLC，來實現變電站自動化的RTU功能。Quantum具有模塊化，可擴展的體系結構，用于工業和制造過程實時控制。對應于變電站的電壓等級和點數的多少，可以選用大、中、小型不同容盈的PLC產品。
隨著當地保護裝置功能的日益強大，可以通過與保護裝置的通訊來實現遙控和遙信功能。一些特殊要求的情況下，采用DI,DO,AI模塊來實現遙控和遙信。使用PLC的DI模塊來實現遙信、用PLC的DO模塊來實現遙控、用PLC的AI模塊來實現遙測、用PLC的通信功來完成與微機保護單元的通訊。利用PLC的各種模塊可以很方便的實現“三遙”基本功能。
3地鐵變電站自動化系統設計
3.1系統結構
變電站管理單元內的主監控部分采用可編程控制器PLC。CPU模塊采用80586處理器，主頻66MHz，內存2M，并配有存放數據、可調參數和軟件的RAM和FLASHMEMORY。能對CPU及I/O進行自診斷。
電源模塊，采用冗余配置。電源采用冗余配置，系統輸人兩路直流電源，保證系統在1路電源失電時，系統仍可無擾動安全運行，提高系統的可靠性。通訊模塊采用Modbus+通訊模塊。系統結構如圖1所示:
間隔層的微機保護裝置經過RS一485總線分成幾個組，連接到網橋的Modbus通訊口上，通過網橋收集數據并將這些數據通過MB+網絡送到主監控單元PLC。
系統的主監控單元可通過可編程網橋編制不同的規約，滿足與不同智能設備之間的接口需要。MODBUS網橋NW-BM85C002MB+網橋/多路轉換器，每臺網橋具有4個通訊口與間隔層的智能設備通訊，網橋將MODBUS協議的數據進行協議轉化，通過MB十網絡與PLC建立網絡通訊，同時在中央信號屏中還配有可編程網橋NW一BM85C485，通過MB+網絡與PLC連接，每個可編程網橋具有四個通訊協議可編程的RS一485口，在本方案中對其中的兩個口進行編程，使之通過IEC一60870-7-101與中央控制中心通訊。
系統網絡通訊層向上通過可編程網橋的RS一422接口采用IEC60870-5-101國際標準規約實現與控制中心通訊;向下網絡通訊層通過網橋RS-422接口MODBUS標準規約實現與主變電站內的各開關柜或保護屏內的微機綜合保護測控單元等智能裝置通訊，滿足變電所綜合自動化系統控制、測量、保護的技術要求。通過網橋與智能設備及控制中心通訊，由網橋實現協議轉換，降低PLC的CPU模塊負荷率，提高系統的可靠性。
配置液晶顯示器，用于變電所內監控、軟件維護，設備調試，站控層操作等人機接口。帶有液晶顯示器實現站內數據的顯示和控制。液晶顯示以漢字實時顯示所內所有事故、預告信號、所內各微機綜合保護測控單元的運行狀態。事件變位的內容、時間等。當多個事故信號同時發生時，液晶顯示報警裝置按新舊次序，在所內時間分辨率的范圍內依次顯示各種信息，并能存儲。操作員通過按鈕對顯示進行選擇，必要時操作員可通過該組操作按鈕對開關進行所內集中控制。
“就地一遠方”控制切換裝置。為便于系統運行的需要，在中央信號屏內裝有“就地一遠方”切換開關，實現就地控制和遠方控制之間的方式切換和閉鎖。在變電站控制上，方便分層控制和管理。
系統的電源采用冗余配置，系統輸人兩路直流電源，保證系統在一路電源失電時，系統仍可無擾動安全運行，提高系統的可靠性。
3.2開放式、宜擴展性設計
可以與滿足相應標準規約(profibus,spabus,modbus等)的其它公司相關的(IED)互聯進行信息交換。充分考慮到變電站擴建、改造等因素，間隔層設備基于模塊式標準化設計，可根據要求隨意配置，變電站層設備設置靈活。
網絡通訊層設計考慮到工業以太網、CAN、422、modbus+等現場總線的接口設計，能充分滿足大流量實時數據傳送的實時性和可靠性。
3.3軟件設計
PLC軟件方面，由于PLC以循環掃描和中斷兩種方式來執行程序。為了完成所有RTU功能，PLC采用循環掃描方式，與各個間隔層保護單元進行通訊。通過Modbus總線，讀取各個保護單元的遙測、遙信信息，同時通過總線通訊對各個智能保護裝置進行設點操作，實現對開關的遙控功能。本系統采用了Quantum系列PLC配套的con-cept編程軟件中的FBD方式，進行了PLC的組態，實現了變電站自動化的三遙功能。
如圖2所示的遙控功能的組態。通過使用合適的功能塊的組合，可以實現你所要的功能。其中的功能塊有concept軟件的FFBlibarary提供的標準功能塊，也可以自己定義，自己獨特的功能塊。
遙信的實現，有兩種方式。一種是通訊方式，當變電站設備發生變位時，通過PLC與智能保護裝置的通訊，讀取變位的信息到PLC中，并將其上送給控制中心。另一種為D工模塊方式，通過連接設備的位置繼電器，PLC的DI模塊能夠感知設備的變位信息。
遙測的實現也包含兩種方式。一種是通訊方式，PLC通過與智能保護裝置的通訊，實時獲取保護裝置采集的遙測量信息，相當于由保護裝置完成現場級的采集功能。另一種為AI模塊方式，由PLC自己來完成現場的遙測量采集，并將采集到的數據存放在RAM中。網橋將RAM中的遙測量信息，作為二級數據，實時的與控制中心進行通訊。
網橋中的報文接收分析程序分析控制中心傳來的報文，如果分析認為其是遙控報文，對其進行報文解析，將獲取的遙控對象信息寫入PLC，由PLC程序與智能保護裝置通訊，來完成遙控功能。
3.4系統功能及特點
變電站自動化實施對變電站各種設備進行實時控制和數據采集，實現對各種設備的微機控制、監視、邏輯閉鎖、微機測量以及實現所間開關聯跳功能。
變電站自動化系統的特點:
(1)完善的自檢功能，除通過通信對各單元進行監控外，各單元中保護和監控模塊都具有極強的自檢功能，同時二者相互監視，一旦發生異常，及時報警，提高系統運行可靠性。
(2)開關、刀閘狀態信息采用常開及常閉雙位置接點，通過軟件判斷其合法性。
(3)監控系統采用PLC代替傳統的RTU，各智能模塊采集的數據通過現場總線上傳到通訊控制器。
(4)取消了常規光字牌，采用計算機模擬光字牌，并按不同電壓等級的分層模式來顯示。
(5)簡化防誤閉鎖設計，重要設備之間用硬接線實現閉鎖功能，綜合自動化軟件具備軟件邏輯判別功能，但考慮到已有運行和檢修經驗，一般不在后臺軟件中進行閉鎖。
(6)對暫態變位信號，經軟件處理，采用自保持方式，未經人工確認信號不會消失。
4結束語
在實際運行中，網橋與控制中心的雙通道設計，給運營和檢修帶來了很大的便利。因為是軟件自動切換，克服了進口系統手動切換通道的缺點，通道的狀態由軟件來判斷，大大提高了發現問題的及時性。雙通道同時出現故障的概率并不是很高，實際運營中有在備用通道長時間運行的情況，這樣就給檢修人員預留了充足的時間來檢查問題。
PLC硬件由于應用工業級可靠性設計，因此實際運行中非常可靠，絕少出現死機的情況，可靠性遠高于采用windows操作系統的通用計算機，很好的滿足了供電監控的要求。從交付使用到現在PLC還沒有出現過硬件故障，凸顯了PLC對地鐵的潮濕、高溫環境的適應性。模塊化的設計也使的系統的檢修和更換更為便捷。
需要更改進的方面，就是對通信的改進。由于設計中沒有采用光纖通訊模塊，各設備對由絕緣檢修和線纜破損竄進來的高壓電，不能非常有效的隔離，會造成設備的高壓擊穿，造成不必要的損失，計劃在今后的設計中對于高電壓的隔離方面加以改進，就可以很好的避免這種問題。
參考文獻
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論文關鍵詞：管線綜合規劃 城市規劃 運用
論文摘要：隨著經濟和技術的發展，城市中管線種類還會繼續增多。現代城市日益重視利用地下空間，工程管線大都埋在地下。有些城市還有地下鐵道、地下街、各種地下建筑物和構筑物等。所以城市管線的綜合規劃在城市中起著很重要的作用。
1 管線綜合規劃的分析
隨著經濟和技術的發展，城市中管線種類還會繼續增多。現代城市日益重視利用地下空間，工程管線大都埋在地下。所以城市管線的綜合規劃在城市中起著很重要的作用。城市工程管線綜合規劃應重視近期建設規劃，并應考慮遠景發展的需要。 城市工程管線綜合規劃應結合城市的發展合理布置，充分利用城市地上、地下空間。城市工程管線綜合規劃應與城市道路交通、城市居住區、城市環境、給水工程、排水工程、熱力工程、電力工程、燃氣工程、電信工程、防洪工程、人防工程等專業規劃相協調。統籌安排城市建設地區各類工程管線的空間位置，綜合協調工程管線之間以及與城市其它各項工程之間的矛盾年進行的規劃。城市工程管線規劃必須遵循科學合理，超前意識的原則，各類管線要統籌規劃，綜合安排，執行各專業布置技術規定。城市工程管線綜合所說的各類工程管線系就是市政工程中的常規管線，即給水、排水、電力、電信、燃氣、供熱等工程管線。條文中所謂統籌安排，主要就是采用城市統一坐標系統和標高系統，總體上安排各類工程管線的空間位置，以免發生互不銜接和混亂的現象。需要綜合協調能力，就是要綜合考慮地形、地質條件、城市道路走向，相鄰工程管線平行時的水平距離和相互交叉時的垂直距離，工程管線與其他工程設施之間所要求的距離，城市設施的安全以及環境的美觀等要求，協調解決工程管線之間以及與城市其他各項工程之間的矛盾，使其各得其所，方便其工程的運行。在確定城市管線的時候，要注意確定城市工程管線在地下敷設時的排列順序和工程管線問的最小水平凈距、最小垂直凈距；確定城市工程管線在地下敷設時的最小覆土深度；確定城市工程管線在架空敷設時管線及桿線的平面位置及周圍建（構）筑物、道路、相鄰工程管線間的最小水平凈距和最小垂直凈距。同時由于城市給水、排水、供電、通訊、燃氣等城市基礎設施建設的系統性很強，涉及面很廣，迫切要求有全面系統的城市管線綜合規劃，來統籌安排好各專業管網系統的建設，協調好管線之間的矛盾，徹底解決城市基礎設施建設中網路系統性差，管網間特別是交叉口管位矛盾突出，管線建設返工多，投資浪費等問題。一般在編制詳細規劃階段進行，以各項管線工程的初步設計(或施工詳圖)資料為依據。內容一般為編制工程管線設計綜合平面圖和管線交叉點標高圖；修訂道路橫斷面上管線布置圖。綜合設計不但要確定各種工程管線的平面位置，而且要檢查它們的豎向標高，解決各種管線在交叉處發生的矛盾。根據初步設計資料所作的綜合設計，在每項管線工程完成施工詳圖后，須進行核查。
2 管線綜合規劃在城市中的規劃
在城市中，城市管線的綜合規劃有著很大的作用，對于這方面，我們應該從管線的設計上進行考慮，主要的原則是：城市中的架空線路和地下管線一般都沿城市道路敷設，并盡可能布置在綠帶、人行道和非機動車道范圍內。管線一般與道路的中心線平行；道路交叉口的管線交叉點越少越好；管線之間以及管線同建筑物、構筑物、行道樹木之間要保持一定的水平距離，以滿足技術、衛生和安全等要求。各種地下管線從建筑紅線向道路中心線方向平行布置的次序，在地下管線交叉時，管線之間要有一定的垂直距離。如發生沖突，通常是擬建的管線避讓已建的管線；內部有壓力的管線避讓重力自流的管線；小管線避讓大管線；易彎曲的管線避讓不易彎曲的管線；臨時性管線避讓永久性管線。在城市建設中應盡可能先敷設地下管線，再鋪筑道路路面，盡量避免因敷設地下管線而開挖路面。把城市的主要地下管線集中設置在地下管線廊道中，既可避免因各種管線的建設時間不同，反復開挖路面，又便于檢修，減少占地。但建設費用往往比較大。工程管線在道路下面的規劃位置宜相對固定。從道路紅線向道路中心線方向平行布置的次序，應根據工程管線的性質、埋設深度等確定。分支線少、埋設深、檢修周期短和可燃、易燃和損壞時對建筑物基礎安全有影響的工程管線應遠離建筑物。轉貼于 布置次序宜為：電力電纜、電信電纜、燃氣配氣、給水配水、熱力干線、燃氣輸氣、給水輸水、雨水排水、污水排水。工程管線在庭院內建筑線向外方向平行布置的次序，應根據工程管線的性質和埋設深度確定，其布置次序宜為：電力、電信、污水排水、燃氣、給水、熱力。當燃氣管線可在建筑物兩側中任一側引人均滿足要求時，燃氣管線應布置在管線較少的一側。沿城市道路規劃的工程管線應與道路中心線平行，其主干線應靠近分支管線多的一側，工程管線不宜從道路一側轉到另一側。工程管線干線綜合管溝的敷設，應設置在機動車道下面，其覆土深度應根據道路施工、行車荷載和綜合管溝的結構強度以及當地的冰凍深度等因素綜合確定；敷設工程管線支線的綜合管溝，應設置在人行道或非機動車道下，其埋設深度應根據綜合管溝的結構強度以及當地的冰凍深度等因素綜合確定。城市規劃區內沿圍墻、河堤、建（構）筑物墻壁等不影響城市景觀地段架空敷設的工程管線應與工程管線通過地段的城市詳細規劃相結合。沿城市道路架空敷設的工程管線，其位置應根據規劃道路的橫斷面確定，并應保障交通暢通、居民的安全以及工程管線的正常運行。架空線線桿宜設置在人行道上距路緣石不大于1m的位置；有分車帶的道路，架空線線桿宜布置在分車帶內。電力架空桿線與電信架空桿線宜分別架設在道路兩側，且與同類地下電纜位于同側。對于同一性質消工程管線宜合桿架設。架空熱力管線不應與架空輸電線、電氣化鐵路的債電線交叉敷設。當必須交叉時，應采取保護措施。在工程管線跨越河流時，宜采用管道橋或利用交通橋梁進行架設，應當可燃、易燃工程管線不宜利用交通橋梁跨越河流。工程管線利用橋梁跨越河流時，其規劃設計應與橋梁設計相結合。
3 管線綜合規劃在城市規劃中的運用
對于城市規劃中的管線的綜合規劃，首先就是道路豎向規劃，確定各道路交叉口的豎向標高，為管線綜合規劃的提供基礎。 給水規劃 。需提供各道路下給水管道管徑，及現已鋪設的給水管過交叉口的平面位置、管徑及標高。 排水規劃的時候要求能提供道路下污水管雨水管起點及交叉口標高（包括管道交叉時各支管的標高），現有管線需提供平面位置及過交叉口的管徑及標高。電力方面的運用中需要提供各條道路下電力電纜的孔數及過道路交叉口時采用鋼管或重型PVC管的管徑、豎向穿越空間，及現狀已鋪設的電力電纜過交叉口的平面位置及標高。綜合通訊規劃 ：規劃要求能提供各條道路下通信電纜管孔數、過道路交叉口時采用的鋼管及重型PVC管的管徑、豎向穿越空間及現狀已鋪設的通訊線路過交叉口的平面位置及標高。燃氣規劃 ：需提供燃氣管道的管徑、平面位置、經過交叉口的豎向標高及各條道路上規劃的燃氣管道的管徑，過交叉口的豎向要求。在編制管線綜合規劃前，需要有根據以上要求編制各專業規劃，只有在詳細的專業規劃基礎上才能編制管線綜合規劃。城市工程管線規劃必須遵循科學合理，超前意識的原則，各類管線要統籌規劃，綜合安排，執行各專業布置技術規定。才能方便城市的管道線路建設。
參考文獻：
[1]王璇;陳壽標;對綜合管溝規劃設計中若干問題的思考[J];地下空間與工程學報;2009年04期