轨道交通供电系统是支撑列车安全高效运营的核心基础设施，其可靠性直接决定线路运营的稳定性与乘客体验。可靠性增长试验作为提升系统可靠性的关键手段，需通过模拟实际工况暴露设计与运维缺陷，而负载测试因直接关联设备在不同负载下的性能表现，成为试验中验证系统承受力、定位薄弱环节的核心环节。本文围绕轨道交通供电系统可靠性增长试验的负载测试展开，从工况模拟、参数监测、流程设计等维度，解析其专业逻辑与实施要点。

负载测试的核心目标与工况分类

负载测试的本质是模拟轨道交通供电系统在“日常-高峰-异常”全场景下的负载特性，验证设备在不同负载压力下的性能稳定性与故障抵御能力。其核心目标并非追求“极限负载”，而是精准捕捉系统在“真实运营负载”下的参数变化——例如高峰时段接触网的电压压降、列车启动时的冲击电流对变压器的影响，为可靠性优化提供数据支撑。

根据负载特性差异，测试需覆盖三类核心工况：

一、“正常负载”，对应平峰时段1-2列列车的平均负载（额定负载的50%-70%），重点验证系统的稳态性能。

二、“过载负载”，对应早高峰3-5列列车的超额定负载（110%-130%），关注设备的短时过载能力（如变压器绕组的热点温度）。

三、“冲击负载”，对应列车启动、空调开启的瞬时大电流（2-3倍额定值），验证系统对瞬态扰动的抵御能力（如电压恢复时间、保护装置误动率）。

此外，还需模拟“不对称负载”（单侧接触网满载、另一侧空载）与“再生负载”（列车制动时向电网反馈电能），前者验证三相平衡度，后者测试系统对反向功率的承受能力——例如整流器是否会因再生电能导致过压，无功补偿装置是否能快速调整。

负载测试的关键监测参数与技术要求

负载测试的有效性依赖于对核心参数的精准监测，这些参数直接关联系统可靠性：

一、“电流参数”，需用霍尔传感器（精度±0.5%）或罗氏线圈（带宽1MHz）监测稳态与瞬态电流，重点关注“过载电流持续时间”（如120%过载允许1小时）与“冲击电流峰值”（需≤设备短时耐受电流）。

二、“电压参数”，用高精度电压传感器（±0.2%）监测接触网电压的波动（±5%标称值）与瞬态压降（恢复时间≤0.5秒），避免列车因电压过低停机。

三、“温度参数”，通过光纤传感器（抗电磁干扰）监测变压器绕组温度（≤105℃，A级绝缘）、馈线接头温度（环境+30℃内），因温度过高是绝缘老化的核心诱因。

四、“功率因数与谐波”，用功率分析仪（±0.1%）测功率因数（≥0.9）与谐波畸变率（THD≤5%），避免高次谐波导致设备过热或保护误动。

负载测试的环境模拟与设备配置

为确保测试真实性，需构建“供电系统+列车负载”的交互环境：供电侧需还原牵引变电所（变压器、整流器、馈线）、接触网结构，用模拟器模拟不同容量的设备（如12MVA变压器）；负载侧需用“有源负载模拟器”（双向变流器）模拟列车的“牵引-制动”循环——传统电阻负载无法模拟再生电能，而有源模拟器可精准复现列车启动的恒转矩、加速的恒功率特性，容量需覆盖10列6节编组列车的总功率（约9000kW）。

环境因素也需模拟：测试舱需控制温度（-20℃至40℃）、湿度（30%-90%），因低温会降低绝缘性能，高温会削弱散热效率。部分测试还需模拟“污秽环境”（接触网表面附尘），验证绝缘电阻的下降对负载承受能力的影响。

负载测试的标准化流程设计

测试流程需遵循“循序渐进、风险可控”原则：第一步是“准备与校准”，检查设备绝缘（≥20MΩ）、接地（≤1Ω），校准传感器（恒温箱、标准源），制定工况表；第二步是“预测试”，低负载（20%-30%额定）运行，排除测试系统自身故障；第三步是“正式测试”，按“低到高、稳态到瞬态”加载——正常负载（2小时）→过载（110%、120%、130%各1小时）→冲击负载（0.1秒，重复10次）→不对称负载（1小时），同步记录参数；第四步是“故障注入”，人为模拟馈线短路、整流器故障，验证保护装置的动作时间（≤0.1秒）与故障隔离范围。

负载测试的数据处理与可靠性关联

数据采集需用高采样率设备（数据 logger≥1kHz、功率分析仪≥10kHz），同步时间戳（误差≤1ms），确保参数的时间相关性（如电流峰值与电压压降的对应关系）。处理时先用“阈值法”筛选异常（电流超130%、电压低于90%），再用“趋势法”分析规律（如负载增加导致电压持续下降，说明馈线电阻过大），最后用“FMEA分析法”（故障模式与影响分析）计算风险优先级（RPN=发生频率×严重程度×可检测性），优先优化高RPN项——例如“变压器绕组过热”（RPN=80）需增大散热风扇功率。

负载测试与可靠性增长的核心关联是“问题-优化-验证”的迭代：例如测试发现馈线在120%负载下温度超阈值，优化方案为“将馈线截面从120mm²增至150mm²”，后续复测需验证温度是否降至安全范围；若发现保护装置在冲击负载下误动，需调整定值（从120%提至130%），再测误动率是否下降。

负载测试的安全保障与风险控制

高电压大电流测试的安全是底线，需从三方面控制风险：

一、“场地规范”，设置安全隔离带（≥1.5m）、接地系统（≤0.5Ω）、应急照明与灭火器。

二、“设备保护”，配置多级保护（设备级过流/过压、系统级过载报警、人工切断），故障注入时限制电流（≤短时耐受电流）。

三、“人员管理”，测试人员需穿绝缘装备（靴、手套）、经专业培训（触电急救、设备操作），全程录像追溯（帧频≥30fps）。

例如短路测试时，需用限流电阻将电流控制在设备的短时耐受电流内（如10kA），避免烧毁馈线；再生负载测试时，需开启整流器的过压保护（阈值1800V，DC1500V系统），防止电压过高击穿绝缘。

负载测试的设备模拟与真实性验证

为避免测试结果与实际运营脱节，需用“真实设备+模拟器”组合还原场景：供电侧用牵引变压器模拟器模拟不同容量（12MVA、20MVA），整流器模拟器模拟二极管/IGBT整流；负载侧用有源负载模拟器（双向变流器）模拟列车的“牵引-制动”循环，容量需覆盖10列列车总功率（9000kW），并支持0.1秒内切换工况。

环境模拟需考虑温度、湿度的影响：例如低温（-20℃）测试时，需验证接触网导线的脆性（避免断线）；高温（40℃）测试时，需检查变压器的散热效率（风扇是否能将温度控制在105℃内）。真实性验证的关键是“测试数据与运营数据对比”——例如测试中高峰时段的电压压降（3%）需与实际运营数据（2.8%）一致，确保模拟的准确性。