城際鐵路供電方案研究

摘要；城際鐵路是種短逢高速鐵路，它主要修建在人口密集的大都市以及城市建設(shè)規(guī)劃區(qū)。它的作用其實(shí)和現(xiàn)在的公交年相差無(wú)幾，但路途較公交要長(zhǎng)一些，卻又短于一般的客運(yùn)專線鐵路。目前在我國(guó)建設(shè)完成的有京津城際鐵路、滬寧城際高速鐵路等等。但不可否認(rèn)的是。我目的城際鐵路只處于剛剮發(fā)展的階段，因此選擇安全的供電系統(tǒng)方案對(duì)于鐵路的安全有著極其重要的意義。本文將重點(diǎn)研究城際鐵路供電方案，首先介紹了這些方案的一些貼點(diǎn)和我國(guó)鐵路供電方案的基本現(xiàn)狀，然后時(shí)這些方案進(jìn)行研究和分析，找出其中的優(yōu)點(diǎn).最后擾這些不足之處提出相應(yīng)的改善方案。

關(guān)鍵詞；城際鐵路 供電方案 分析 研究 改善

中國(guó)分類號(hào)：U22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼；A 文章編號(hào)：1674-098X(2012)02(b)-0120-02

1城際鐵路供電負(fù)荷的特點(diǎn)

城際鐵路供電負(fù)荷的特點(diǎn)決定了供電方案的孰優(yōu)孰劣，因此對(duì)于供電負(fù)荷的一些基本特點(diǎn)有必要在這里介紹一下。一般而言供電負(fù)荷的研究分兩個(gè)方面進(jìn)行，其一是關(guān)于負(fù)荷的分布，其二是對(duì)于負(fù)荷等級(jí)的劃分。下面將具體介紹它們的一些特點(diǎn)。

1.1負(fù)荷分布

城際鐵路的供電負(fù)荷一般分為兩個(gè)部分，即車站負(fù)荷和區(qū)間負(fù)荷這兩種。車站負(fù)荷主要包括了通信和信息，以及信號(hào)系統(tǒng)等，有時(shí)也包括動(dòng)車的檢修設(shè)備及日常的維護(hù)、清洗、保養(yǎng)等系統(tǒng)。同時(shí)也含車站的空調(diào)通風(fēng)、照明等等一些動(dòng)力照明負(fù)荷。除車站負(fù)荷以外的一些通信和通信信號(hào)中繼站、車站附近的接觸網(wǎng)開(kāi)關(guān)操作與控制電源以及隧道動(dòng)力照明負(fù)荷等等動(dòng)力照明負(fù)荷都屬于區(qū)間負(fù)荷的范圍，區(qū)間負(fù)荷還有一些重要的特點(diǎn)，即它會(huì)受外界環(huán)境的影響產(chǎn)生相應(yīng)的抵消外界干擾的作用。一般它的分布都是很密集的，遠(yuǎn)近分布各不相同。

1.2負(fù)荷等級(jí)

由于不同的供電負(fù)荷有不同的作用，有的較重要，有的則次要一些，因此一般會(huì)根據(jù)它供電的可靠性以及一旦出錯(cuò)造成的損失的大小來(lái)對(duì)他們進(jìn)行等級(jí)的劃分。主要分為兩種負(fù)荷，一種是一級(jí)負(fù)荷，一種是二級(jí)負(fù)荷，一級(jí)負(fù)荷包括一些重要作用諸如通信、信號(hào)及信息系統(tǒng)等車站負(fù)荷，這部分負(fù)荷由于它與行車密切相關(guān)，一旦發(fā)生故障可能會(huì)導(dǎo)致列車無(wú)法正常行駛，在供電負(fù)荷中占著重要的位置，因此被劃歸為一級(jí)負(fù)荷的行列。而二級(jí)負(fù)荷則主要包括分布在區(qū)間的區(qū)間負(fù)荷，由于它主要作用是照明，給列車空調(diào)等供電，出現(xiàn)故障對(duì)列車的影響相對(duì)小一些，從而被劃為二級(jí)負(fù)荷。其它的一些供電負(fù)荷則一般要參照相關(guān)的法律規(guī)范來(lái)進(jìn)行劃分。

2城際鐵路供電方案現(xiàn)狀分析

城際鐵路供電設(shè)備有：通信系統(tǒng)和信號(hào)系統(tǒng)，以及信息系統(tǒng)與動(dòng)力照明。它一般由地方配電部門提供，通過(guò)變壓器輸出較低電壓，以供各設(shè)備的用電需求。但因?yàn)槲覈?guó)目前還沒(méi)有對(duì)專業(yè)的設(shè)計(jì)采取規(guī)范要求，使得鐵路的供電方案成為了一個(gè)重要的研究課題。我國(guó)鐵路供電系統(tǒng)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，現(xiàn)已找到了一種比較安全的供電方案。一般而言，復(fù)線鐵路采用的是10kV配電，通過(guò)自閉線與貫通線這兩種線路為沿線負(fù)荷提供用電，而單線鐵路則只利用其中的貫通線為沿路負(fù)荷供電。這種供電方式有一定的優(yōu)點(diǎn)即安全性高，但同時(shí)也有相應(yīng)的缺點(diǎn)，即價(jià)錢較為昂貴，同時(shí)也不太美觀。由于這兩種線路是架在沿途電桿上的，因此容易受到外界環(huán)境的影響，比如天氣，空氣濕度，沿途樹(shù)木等，一旦導(dǎo)致停電，就會(huì)造成一定的損失。該方案的負(fù)荷大多分布在各類信號(hào)中繼站與無(wú)線通信基站等區(qū)間中，若是采用傳統(tǒng)的鐵路供電方式，會(huì)使得設(shè)備看上去很凌亂，也會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的安全性減低很多。

現(xiàn)階段，我國(guó)主要城際鐵路如合寧、武廣：鄭西等采用的供電方案一般有兩種。一是在鐵路的兩旁架設(shè)相應(yīng)的電力貫通線，其中一條是單芯電纜，另一條是由一部分的三相架空線和一部分電纜混合組成，這種方案不僅安全性高而且還具有一定的美觀性；一是沿途架設(shè)一條電力貫通線，另一旁提供一條備用的電纜，該電纜的供電方式主要是采用的接觸網(wǎng)越級(jí)。這種方案的安全性較第一種低，而我國(guó)的城際鐵路供電系統(tǒng)才剛剛處于起步的階段，對(duì)于安壘性的要求就放在了首位，保證乘客的安全是最基本的一步，因此第一種方案在我國(guó)運(yùn)用的較多。

3城際鐵路供電方案分析及研究

現(xiàn)階段，城際鐵路的供電電源一般有一下幾種：一是綜合負(fù)荷利用貫通線和自閉線這兩種線路供電，二是利用公共電網(wǎng)提供用電，三是利用柴油發(fā)電機(jī)供電，四是利用接觸網(wǎng)越級(jí)供電。第一種和第二種主要用于鐵路供電，第三種柴油機(jī)供電一般用于客運(yùn)專線特大型站，由于它的容量大，以及并機(jī)運(yùn)行的特點(diǎn)，可以長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)供電，適合做大型站點(diǎn)的備用電源。但是它也有一定的缺點(diǎn)，就是工作時(shí)噪聲較大，產(chǎn)生的污染物較多，影響周圍環(huán)境，而且由于它結(jié)構(gòu)較復(fù)雜使得日常的維護(hù)工作也很煩瑣。第四種接觸網(wǎng)越級(jí)供電，在歐洲等地已經(jīng)大范圍被采用，在我國(guó)也已研發(fā)出相關(guān)的設(shè)備進(jìn)行供電，而且在這幾年的運(yùn)行實(shí)驗(yàn)中，反映良好，各項(xiàng)指標(biāo)都能達(dá)到精確穩(wěn)定的數(shù)值。而且由于它供電備用時(shí)間長(zhǎng)，切換時(shí)所需時(shí)間較短，成本低，很適合做通信信號(hào)的備用電源。

如今電氣化鐵路中非牽引負(fù)荷的電源是要經(jīng)過(guò)貫通自動(dòng)閉塞電力線或是路電力線路來(lái)取得，這是因?yàn)榉菭恳?fù)荷中存在一級(jí)負(fù)荷，為了確保供電的可靠性。現(xiàn)在，鐵路沿線對(duì)自動(dòng)閉塞配電所的設(shè)置，一般是在平均每50km左右的地方設(shè)置一處，配電所母線包括兩組機(jī)務(wù)母線、兩組電源母線和兩組自閉貫通母線。具體問(wèn)題還需具體分析，應(yīng)根據(jù)各個(gè)地區(qū)硬件條件的不同確定供電方案，一般可以通過(guò)比較負(fù)荷性質(zhì)、分布特點(diǎn)、容量等來(lái)分析研究幾種供電方案。

方案一：全線設(shè)兩條10kV帶負(fù)荷性質(zhì)相同的綜合貫通線，當(dāng)?shù)胤截?fù)荷較小時(shí)，設(shè)計(jì)成一路獨(dú)立可靠電源，當(dāng)?shù)胤截?fù)荷較大時(shí)，引兩路電源，一條是供沿線信號(hào)系統(tǒng)和通信系統(tǒng)，以及綜合調(diào)度系統(tǒng)，一條是備用電源。這種方案具有電源質(zhì)量好、供電可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，與我國(guó)常速干線鐵路的供電方案類似，但其日常運(yùn)行費(fèi)用較高。

方案二：全線設(shè)一條貫通線，各車站、中繼站引西路電源，其主要的配用電源是取用貫通線，而備用電源是取用地方電源。鐵路線上平均4km有一通信或信號(hào)這杯一級(jí)負(fù)荷供電點(diǎn)，此方案供電可靠性受到地方電源的制約，且成本較高。

方案三：在線路上只設(shè)置一條貫通線，對(duì)主用的電源要取用貫通線，由接觸網(wǎng)越級(jí)供電來(lái)提高備用的電源，接觸網(wǎng)有維修天窗時(shí)間，存在停電的可能性，但理論上可以滿足供電可靠性要求，且投資較低，廣泛應(yīng)用在歐洲高速鐵路，長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看前景有潛力。

通過(guò)對(duì)比我們可以看出，供電可靠性最高的是方案一，投資最少的是方案三，方案三的投資成本與區(qū)間負(fù)荷密集程度有關(guān)，越密集則授資越大。那么，進(jìn)步一計(jì)算分析方案一與方案三的投資，當(dāng)供電臂不同的負(fù)荷密度在范圍60km內(nèi)的條件下，假如10kV貫通線所取用的是YJV22-8.7103X70，沿電纜槽敷設(shè)，投資為20萬(wàn)元/km配電所內(nèi)供電臂單元取用共4面的中置柜KYN28。總投資約為202萬(wàn)元。方案三中每個(gè)負(fù)荷點(diǎn)按50kVA算，每處交一直一交變流設(shè)備投資約60萬(wàn)元。這樣我們可以計(jì)算出不同的負(fù)荷密度有不同的結(jié)果，當(dāng)平均區(qū)間負(fù)荷密度小月2.9km，方案一的投資小于方案三，大干2.9km時(shí)，方案三投資較小。假如10kV電力貫通線所用的是電纜與架空線的混合方案話，就要采用LGJ-3X70，也就是7萬(wàn)元/km，占線路總長(zhǎng)60％，剩下部分采用電纜，這種情況下，如果平均區(qū)間負(fù)荷密度小于4.8km，方案一的投資較小，反之則較大。

分析各種方案的利弊后我們可得出結(jié)論：當(dāng)負(fù)荷的密度越大時(shí)，利用雙回10kV電力貫通線來(lái)供電的性價(jià)比就會(huì)越高，相反利用單回10kV電力貫通線來(lái)加接觸網(wǎng)的供電就會(huì)越低。當(dāng)?shù)胤诫娫礌恳奖闱冶ＷC可靠性的話應(yīng)優(yōu)先選擇地方電源供電，同時(shí)選擇接觸網(wǎng)越級(jí)供電為備用電源，采用特大型展備用電源的柴油發(fā)電機(jī)組。結(jié)合地方上電源得條件，以及負(fù)荷性質(zhì)等性質(zhì)以后再來(lái)綜合確定具體的方案。

4城際鐵路供電未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

城際鐵路供電要求最基本就是安全與可靠性的問(wèn)題，研究新型的供電模式對(duì)于其創(chuàng)新發(fā)展有極其重要的意義。在我國(guó)近幾年的發(fā)展中不難窺見(jiàn)未來(lái)供電方案的方向。其中最重要的理念就是將系統(tǒng)集成引入城際鐵路牽引供電系統(tǒng)中，創(chuàng)造出符合中國(guó)鐵路現(xiàn)狀的供電系統(tǒng)。

通過(guò)對(duì)國(guó)外鐵路供電系統(tǒng)的相關(guān)調(diào)查和研究，以及對(duì)比和技術(shù)方案分析，我們可以從下面四個(gè)方面發(fā)展我國(guó)的城際鐵路供電系統(tǒng)。首先，高速接觸網(wǎng)。其次，牽引變電系統(tǒng)。再次，設(shè)計(jì)SCADA各子系統(tǒng)。最后，施工調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)。通過(guò)這四方面的研究與發(fā)展結(jié)合系統(tǒng)集成的理念，創(chuàng)新發(fā)展鐵路的供電方案。形成具有獨(dú)具特色的高速鐵路牽引動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從設(shè)備制造、施工、檢測(cè)、評(píng)價(jià)等等系統(tǒng)操作維護(hù)方面，創(chuàng)建出速度300-350km的鐵路供電系統(tǒng)體系，形成了整合的技術(shù)平臺(tái)。同時(shí)考慮到鐵路安全可靠的要求，供電系統(tǒng)上還能增加上分析與評(píng)估的相關(guān)裝置，該裝置能系統(tǒng)的分析列車上供電系統(tǒng)的可靠和可用性，以及維護(hù)和安全性等性能的各方面分析，實(shí)時(shí)監(jiān)控列車的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，避免不可預(yù)知因素造成的損失。還有一個(gè)研究的主要方向是牽引供電系統(tǒng)的電源電壓等級(jí)、變壓器組接線形式、牽引網(wǎng)供電方式和供電系繞的布置。供電系統(tǒng)的電源利用的重要性不言而喻，而不同地方應(yīng)用的電源的作用也不盡相同，因此對(duì)于供電系統(tǒng)電源的研究也是一個(gè)重要的方向。而且綜合利用電學(xué)和力學(xué)的相關(guān)知識(shí)與原理，也能夠?qū)恳╇娫O(shè)備的研究起到重要的作用。

總而言之，城際鐵路的供電應(yīng)根據(jù)地方的實(shí)際情況，選擇即方便快捷又可靠的方案。同時(shí)根據(jù)鐵路負(fù)荷的一些特點(diǎn)采用符合的供電方式，同時(shí)也要考慮供電方案的性價(jià)比，盡量選擇性價(jià)比較高的方案。最后，不要忽略對(duì)于現(xiàn)有方案的改進(jìn)與發(fā)展，創(chuàng)造出更加優(yōu)異的城際鐵路供電方案，為未來(lái)鐵路建設(shè)起到積極的作用。

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