浅谈铁路建筑配电系统

【摘要】本文结合宁铁路的实例，就铁路建筑供配电系统，着重分析了单芯全电缆设计过程中的技术难题和解决方法；采用智能箱变、电力远动系统等多种新技术、新设备，以提高供电可靠性。

【关键词】铁路供电；单芯电缆；电容电流

【 abstract 】 this paper combining with railway examples, railway construction for distribution system, focuses on the analysis of the single core all the cable in design process technical problems and solutions; Using intelligent box to change, power far move and so on the many kinds of system of new technology, new equipment, in order to improve the power supply reliability.

【 key words 】 railway power supply; Single core cable; Capacitance current

中图分类号：G267文献标识码：A 文章编号：

引言

铁路电力供电系统为除列车牵引供电以外的所有铁路用电设施供电。合宁铁路是国内第一条已建成运行的250km，h高速铁路。为了保证高速铁路供电可靠性，合合肥客站善肥东站宁铁路采用单芯全电缆贯通线、智能箱变、电力远动系统、GIS高压开关柜。对上述新技术、新设备特别是全电缆贯通线使用中出现的技术难题，下文将进行详细分析．并提出解决方法。

一、合宁铁路供配电系统

高速铁路用电负荷分布于铁路车站和区间(区间指铁路的沿线)。车站负荷从地方变电站接引10(35)kV电源供电．部分车站设置铁路10kV配电所或35／10kV变配电所，除为本车站供电外。还向区间负荷供电。其余车站设置l0kV环网配电仅向本站供电。

1、铁路贯通线

高速铁路供配电系统的特点是对区间负荷的可靠供电。区间大容量负荷点较少，如隧道通风、立交桥排水等，每处容量达100～1000kV·A，直接从地

方变电站接引10(35)kV电源供电。区间小容量负荷点较多。合宁铁路区间每隔3km左右有一处用电负荷点。每处容量为3—30kV-A。负荷类型为通信、信号、防灾设备等一级负荷及区间摄像机等二级负荷。铁路一级负荷直接关系到行车安全，通信、信号负荷中断供电直接导致运输中断乃至事故发生。为了保证对区间小容量、多点、高可靠性负荷的供电，本设计从铁路变配电所馈出2条10kV电力线路，沿铁路线敷设，该电力线路被称为贯通线，一条称一级负荷贯通线。另一条称综合负荷贯通线。铁路变配电所的间距为40～60km，个别区段长达80——90km。

2、铁路变配电所

合宁铁路变配电所从地方电网接71--路10(35)kV专线电源。正常情况下采用单母线分段运行，设有母联断路器，当一路外电源失电，母联断路器合闸，另

一路外电源带所有负荷。高压开关柜采用SF6气体绝缘开关柜，免维护可达20年。为了保证长距离、轻负荷的区间贯通线供电质量。铁路变配电所设有专用10／10kV的调压器，调压器具备有载自动调压功能。经过调压器向贯通线供电。

10kV贯通线出线柜内设有电压互感器，用于测量贯通线的电压：配合贯通线母线电压互感器，实现贯通线两端的铁路变配电所均能为其供电。又互相联锁的目的。正常状态下，10kV贯通线出线柜为贯通线供电时，当本变配电所进线电源失压。贯通线母线电压互感器出口使贯通出线柜内断路器跳闸；相邻变配电所的贯通出线柜内电压互感器测得贯通线失压。且相邻变配电所贯通线母线电压互感器柜有电。通过电压继电器，使相邻变配电所贯通出线柜断路器自动合闸。反之，10kV贯通线由相邻变配电所供电时，本所10kV贯通出线柜内电压互感器测得贯通线有电，通过电压继电器闭锁本所贯通出线柜内的断路器合闸回路，使其无法合闸，防止相邻两所同时合闸向同一贯通线并网供电。通过上述联锁关系，保证一条贯通线由相邻两个变配电所的四路外电源为其供电，提高了供电可靠性。

二、单芯全电缆贯通线设计要点

我国常速铁路贯通线以架空方式为主。地形困难地区辅以电缆敷设。架空线路抗击自然灾害能力较弱，例如，2008年初的冰冻灾害、沿海地区台风、内陆地区洪水等都可能引起架空贯通线供电中断，导致铁路停运。调研国外发达国家高速铁路供电系统，德国等西欧国家采用单芯全电缆方式供电。德国铁路密集，采用网状供电系统；我国幅员辽阔，采用沿铁路的线型供电系统。合宁铁路供电系统是我国铁路第一次采用单芯全电缆贯通线，需解决以下设计难点。

1、抑制长电缆贯通线电压抬升

由于单芯电缆线路电容远大于架空线路电容，铁路贯通线负荷小，每一区间供电点的变压器容量为2～30kV·A，电缆线路电容电流与其负荷电流相比不能忽略，电缆线路电容电流在长电缆线路中将会使末端电压升高。

合宁铁路一级负荷贯通线采用50mm2的单芯全电缆线路。综合负荷贯通线采用70mm2的架空和三芯电缆结合的混合线路。混合线路中电缆比例高达70％。通过采用Matlab／Simulink仿真软件，利用分布参数模型计算得知：当贯通线空载线路不设置并联电抗器时，贯通线末端电压抬升最大，较首端升高约10％：当贯通线带负荷不设置固定电抗器时，末端电压亦升高，较首端升高约7％。数据差异的原因为负荷电流沿贯通线产生电压降；负荷呈感性，抵消部分电缆线路电容电流。

为了保证贯通线试运行空载和满负荷的电压质量，在贯通线首末端(两端)设置并联电抗器，抑制长电缆线路电压抬升。此时，贯通线空载末端电压较首端升高约5％，负荷末端电压较首端升高约2．5％。

在铁路变配电所内贯通馈线后设置固定电抗器便于运行维护，其效果较在区间电缆线路上分散设置电抗器略差，但能满足规范要求。并联电抗器的投切纳入电力远动系统，实现远程监控，以保证空载和满负荷时的电压质量和设备的正常运行。

2、中性点接地方式的确定

（1）我国电力系统的常用接地方式有四种：中性点直接接地、中性点谐振接地、中性点阻抗接地、中性点不接地。其中，中性点阻抗接地，按接地电流大小又分为高阻接地和低阻接地。

常速铁路电力设计中，贯通线以架空线路为主，电容电流较小，采用中性点不接地系统。根据电力行业标准《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》(DL／T620—1997)3．1．2条规定：10kV全电缆线路单相接地故障电容电流超过30A，10kV架空电缆混合线路单相接地故障电容电流超过20A时，应采用消弧线圈接地方式。

通过仿真计算，合宁铁路有4条贯通线，每条贯通线单相接地故障电容电流在45—90A之间。可见，合宁铁路贯通线的接地系统应采用谐振接地系统或小电阻接地系统。谐振接地系统和小电阻接地系统的特点见表1。

表1——谐振接地系统与小电阻接地系统的特点

由于铁路电力贯通线系统容量不大但可靠性要求高，故合宁铁路贯通线采用消弧线圈构成的谐振接地系统。铁路变配电所从地方电网接引的10(35)kV外电源均为中性点不接地系统，由于铁路贯通线通过10，10kV调压器馈出，调压器的原边和副边之间只有磁路连接，没有电路连接，调压器隔离原边的不接地系统和副边的谐振接地系统，上述方案技术上可行。