浅谈铁路供配电系统的节能设计

【摘要】随着当今世界的发展，能源消耗急剧增加，能源在不断地枯竭，这迫使我们对各行各业不得不提出节能的要求。电能作为二次能源在各项能源消耗领域中所占比重较大，因此，作为铁路电力的设计者，应优先考虑铁路电力如何设计才能实现节能的目标。

【关键词】铁路；供配电；节能设计

【 abstract 】 with the world development, energy consumption has increased dramatically, the energy in constant dry, it forces us to all walks of life have to put in saving energy requirements. Power as second energy in the field of energy consumption accounts for a bigger chunk of, therefore, as the designer of the railway power, should first consider how to design can realize railway power consumption goals.

【 key words 】 railway; For distribution; Energy saving design

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

目前，我国铁路建设正进入前所未有的快速发展时期，与此同时，铁路系统节能减排的压力越来越大，而作为能耗大户的供配电系统而言，节能设计也变得尤为重要。供配电系统损耗由固定损耗和运行损耗两部分组成。固定损耗仅与电压有关，产生于线路、变压器及相关设备并联导纳上，如变压器的励磁损耗、架空线路的电晕损耗、信号转辙机空载损耗等，这部分损耗所占比例较小。运行损耗主要产生于线路、变压器、铁路各用电设备的串联阻抗上，与系统功率有关，所占比重较大。因此准确、合理的照明系统设计、变压器容量、线缆截面等选择，是进行配电系统节能优化设计的关键点。本文将从这3个方面对铁路供配电系统节能设计进行探讨。

一、供配电系统中线缆的选择

对于铁路配电系统而言，主要是指从铁路或地区变、配电所通过高压配电线路输送到区间及车站变电设备后，再由低压配电线路配送到铁路用电设备之间的配电网络。在这个配电网络输送电能的过程中，由于电阻的存在，将会在高、低压配电线路中产生有功损耗。现以三相交流线路为例，其配电线路有功损耗公式为∆P=312R×10-3，从此公式可以看出，配电线路有功损耗与通过线路的电流及线路每相电阻值有关。因此，要降低配电中有功损耗，还需在减小配电线路中电流和电阻这二方面人手。

1．1减小配电线路中电流

(1)提高功率因数，使配电线路中的电流减小。由公式I=P／Ucosφ由可知，当配电线路输送有功功率给定时，电流与功率因数成反比，而配电线路有功损耗又与电流的平方成正比。因此，在设计中只要我们能够提高配电网络的功率因数，将会大大降低配电线路中的有功损耗。目前，铁路配电网络中提高功率因数的方法有两种：一种是改善自然功率因数；另一种是安装无功补偿装置。改善自然功率因数的主要措施有：①应尽量减少变压器和电动机的浮装容量，使变压器和电动机的实际负荷在其额定容量的75％以上。②调整负荷，提高设备的利用率，及时停运空载运行的设备。当在设计中自然功率因数不能满足要求时，应在变配电所高、低压侧采用集中无功补偿的方式来提高提高功率因数，使线路中的电流降低，以达到节能的目的。

(2)调整三相负荷平衡，使配电线路中的电流减小。在低压配电设计中还应注意尽量使配电系统三相负荷平衡。因为三相负荷平衡时中性线中无电流通过，所以中性线也就不会产生功率损耗；如果三相负荷不平衡，中性线中将会通过电流，从而使配电线路有功损耗增加。

1．2减小配电线路中电阻

当一个配电系统给定以后，配电线路中电流一般是不变的，故要降低配电线路中有功损耗，只能从减小线路每相电阻方面考虑。线路电阻公式为R=ρL／S，从电阻公式中可以知道，线路电阻与电阻率ρ成正比，与导线截面s成反比，与线路长度L成正比，因此要降低配电线路电阻，减小有功损耗，须从以下三方面考虑：

(1)选用小电阻率材质制成的导线。目前大多数导线是由铝、铜材质制成的，单从电阻率来说，铜导线电阻率要比铝导线电阻率小，在设计中选用更能体现节能，但是我们在设计中仍然要贯彻节约用铜的原则。在铁路电力设计中，通常高压部分配电线路采用铝质导线，低压配电部分采用铜质导线，这种导线选配方式即可贯彻节约用铜的原则，又能达到节能的目的。

(2)尽量缩短配电线路长度。对于一个铁路电力工程而言，要缩短配电线路长度，首先应根据负荷分布情况，将变配电所放置在负荷中心，缩短供电半径；其次配电线路应尽可能地走直线，少走弯路。

(3)根据具体情况增大导线截面。比如在设计中，我们可根据远期发展的需要，将配电干线在最小计算截面的基础上加大一级，这样设计既可以满足远期发展的需要，又可以达到近期节能的目的。

二、变压器的选择

在整个供配电系统中，变压器所占比重最大，因此优选变压器带来的节能效果非常明显。

2.1 合理选择变压器容量

使变压器经济运行在铁路电力设计中，如果变压器容量选择过大，变压器就会在轻载状态运行，长时间地运行将会增加铁路电力系统中的固定损耗比重和无功损耗；如果变压器容量选择过小，变压器就会在过负载状态运行，长时间地运行将会使变压器负载损耗增加，同时会对变压器等设备造成损害，从而影响铁路行车安全。因此，在设计中应合理选择变压器容量，使其长期在经济负荷状态下运行。

2.2尽量减少变压器的数量

选用较大容量的变压器对于铁路系统而言，区间负荷分布较少，大多数负荷主要分布在车站上，设计中应根据负荷大小及分布情况，尽可能采用集中变电方式，减少变压器分散设置，选用较大容量变压器变电。如某车站需要安装容量为1000kVA，设计中可根据实际情况选用2台500kVA变压器，而不选用4台250kVA变压器。现以S11型油浸式变压器为例，2台500kVA变压器负载损耗为10．24kW，4台250kVA变压器负载损耗为12．12kW，通过以上比较前者比后者市能15．5％左右。

2.3 选择节能型变压器

变压器作为铁路电力主要变电设备，在通电运行时自身会产生损耗，主要表现为线损和铁损。线损是由于变压器绕组通过电流时会消耗一定的功率所产生的，而绕组的电阻值越大则消耗的功率越大，因此在选取变压器时应选取绕组电阻值小的变压器，如铜芯变压器；铁损又称空载损耗，是由于变压器初级线圈通电后铁芯产生涡流而消耗一定的功率所产生的，这部分损耗固定不变，大小只取决于铁芯的性能与制造工艺，故在选取变压器时应选择S11、SCl0等节能型的油浸式变压器或干式变压器，它们都是采用先进的铁芯制造工艺和技术，以减少铁损。现以容量为630kVA的S9型和S11型变压器为例，S9型变压器的空载损耗为1.2kW，S11型变压器的空载损耗为0．805kW，相比之下S11型变压器的空载损耗比S9型降低了33％左右，所以在铁路电力变压器的设计选择上应优先考虑节能型变压器，这将会大大降低变压器在整个铁路电力系统中电能的损耗，从而达到节能设计的目的。