贛韶鐵路中間站蓄電池容量計算及結(jié)果修正

牛欣欣

（中鐵第五勘察設(shè)計院集團有限公司，北京102600）

贛韶鐵路開展設(shè)計工作時，適逢鐵路高速發(fā)展時期，通信系統(tǒng)所應(yīng)用的一批新設(shè)備對通信設(shè)計提出了新的要求，本文從贛韶鐵路蓄電池容量計算入手，分析容量計算存在的問題，并根據(jù)現(xiàn)有規(guī)范條文及外部環(huán)境對計算結(jié)果進行合理修正。

1 系統(tǒng)概述

1．1 項目概況

在建的贛州至韶關(guān)鐵路地處我國華南地區(qū)的江西省和廣東省境內(nèi)，為客貨運電氣化鐵路，速度目標值160 km／h。線路自京九鐵路南康站引出，經(jīng)江西省大余縣，廣東省南雄、始興、仁化等市縣，接入京廣鐵路韶關(guān)站，線路全長179．071 km（江西省境內(nèi)60．523 km，廣東省境內(nèi)118．548 km）。其中全線設(shè)贛州、南康、樓子下（線路所）、旗口、新城、青龍、大余、蓮花村、里東圩、南雄、古市、馬市、始興、營下、丹霞山、茨菇塘、臘石壩、韶關(guān)等18個站所，其中新設(shè)車站14個、線路所1個，既有車站3個。

1．2 通信系統(tǒng)概況

全線新建SDH2．5 G（1＋1）骨干層傳輸系統(tǒng)，利用新建20芯光纜4芯光纖構(gòu)成1＋1線性復(fù)用段保護，并通過622 Mbit／s光口與接入層傳輸設(shè)備連接，為接入層通道提供上聯(lián)及保護。在韶關(guān)、丹霞山、南雄、大余、贛州設(shè) SDH2．5 Gbit／s （1＋1）MSTP ADM設(shè)備。本工程骨干層采用SDH2．5 Gbit／s（1＋1）MSTP TM設(shè)備，在韶關(guān)、丹霞山、南雄、大余、贛州設(shè)SDH2．5 Gbit／s（1＋1）MSTP ADM 設(shè)備。在車站設(shè)置接入層節(jié)點，沿線區(qū)間用戶采用通道保護方式就近接入相鄰站。區(qū)間利用干線光纜中的4芯光纖，在各車站與區(qū)間點間組成一個622 M二纖環(huán)。

全線無線通信系統(tǒng)采用GSM－R數(shù)字移動通信系統(tǒng)。

各中間站直流電源采用－48 V高頻開關(guān)電源及閥控式蓄電池組。

2 中間站蓄電池容量計算

2．1 計算公式

根據(jù)TB 10072－2000《電路通信電源設(shè)計規(guī)范》（以下簡稱“電源規(guī)范”）的要求，蓄電池容量計算采用下列公式：式中，Q 為蓄電池容量（Ah）；K 為安全系數(shù)，取1．25；I為負荷電流（A）；t為放電小時數(shù)（h）；η為放電容量系數(shù)；α為蓄電池溫度系數(shù)（1／℃）；T為實際蓄電池所在地最低環(huán)境溫度數(shù)值，所在地有采暖設(shè)備時，按15℃考慮，無采暖設(shè)備時，按5℃考慮。

2．2 公式變量的取值

根據(jù)上述公式及變量的描述，K的取值已經(jīng)確定。其他未確定的變量取值選取如下：

I：需要根據(jù)中間站總的通信設(shè)備功率需求確定；

t：根據(jù)“電源規(guī)范”要求，鐵路中間站蓄電池組的放電小時數(shù)應(yīng)按8～10 h計算。本工程取8 h；

η：根據(jù)“電源規(guī)范”要求，η的取值與t有關(guān)。當(dāng)t取8 h時，η取0．94；

α：根據(jù)“電源規(guī)范”有關(guān)條文描述，本項目選取10 h放電小時率的蓄電池組，α取值0．006；

T：贛韶鐵路地處南方，根據(jù)國家有關(guān)規(guī)定，本項目未設(shè)置采暖設(shè)備，因此按5℃考慮。

綜上所述，計算蓄電池容量，還需確定I的取值。下面討論負荷電流I及蓄電池容量的計算。

2．3 蓄電池容量計算

以設(shè)有骨干傳輸層傳輸設(shè)備的中間站為例，其通信設(shè)備用電量統(tǒng)計如下：

（1）STM－16設(shè)備用電量見表1。

表1 STM－16傳輸設(shè)備用電量統(tǒng)計表

（2）STM－4用電量見表2。

表2 STM－4傳輸設(shè)備用電量統(tǒng)計表

（3）接入網(wǎng)及其他通信設(shè)備用電量見表3。

表3 接入網(wǎng)及其他通信設(shè)備用電量統(tǒng)計表

按上述情況統(tǒng)計，通信設(shè)備總功耗為：2711．4（W）。

將此數(shù)據(jù)代入蓄電池容量計算公式得：

根據(jù)計算結(jié)果，贛韶鐵路中間站需設(shè)置1組700 Ah蓄電池組方能滿足需求。

3 蓄電池容量計算的修正

3．1 存在問題

根據(jù)經(jīng)驗，同等標準或者更高標準的國家級鐵路很少在中間站考慮這么大容量的蓄電池組。自用電情況看，GSM－R系統(tǒng)及車務(wù)遠程監(jiān)控系統(tǒng)共需1800 W的用電量，占總功耗的72%。現(xiàn)有的“電源規(guī)范”發(fā)布在GSM－R系統(tǒng)大規(guī)模運用之前，規(guī)范中未能對目前通信系統(tǒng)外供電源現(xiàn)狀及開設(shè)GSM－R的通信系統(tǒng)蓄電池容量做充分考慮，且贛韶鐵路新設(shè)了車務(wù)遠程監(jiān)控系統(tǒng)，其后備電源仍由通信蓄電池組提供，對蓄電池的容量產(chǎn)生了影響。下面重點比對已有的規(guī)范、規(guī)定、標準，分析外供交流電源等級對通信設(shè)備用電安全的影響，探討蓄電池的合理容量。

3．2 外供交流電源

按照鐵路電力設(shè)計規(guī)范規(guī)定，自動閉塞區(qū)間通信設(shè)備供電等級為Ⅰ級負荷，非自動閉塞區(qū)段通信設(shè)備供電等級為Ⅱ級負荷。

贛韶鐵路為非自動閉塞鐵路。在開展施工設(shè)計時，因通信系統(tǒng)承載有關(guān)信號等與行車安全相關(guān)的信息的傳輸，因此中間站通信設(shè)備用電負荷由電力專業(yè)設(shè)計為Ⅰ級負荷，在一般情況下，贛韶鐵路通信設(shè)備外供交流電源不應(yīng)斷電。因此“電源規(guī)范”中提出的8～10 h放電時間對于贛韶鐵路現(xiàn)狀來說偏大，產(chǎn)生了資源浪費。

3．3 有關(guān)文獻

查閱《中國鐵路GSM－R移動通信系統(tǒng)設(shè)計指南》（以下簡稱“指南”）、運基通信〔2010〕35號《鐵路客運專線通信技術(shù)裝備標準（試行）》（以下簡稱“標準”）中有關(guān)內(nèi)容。“指南”中有關(guān)內(nèi)容摘錄如下：核心網(wǎng)節(jié)點設(shè)備的蓄電池組按2組配置，每組備用時間1 h；基站設(shè)備蓄電池組按2組設(shè)置，備用時間按照相關(guān)設(shè)計規(guī)范及實際維修時間要求確定。“標準”中有關(guān)內(nèi)容摘錄如下：－48 V直流電源系統(tǒng)車站及通信站蓄電池組按2組配置，容量配置按照車站及通信站滿足后備時間1 h的要求。

3．4 計算修正

結(jié)合外供交流電源情況及有關(guān)文獻的描述，贛韶鐵路如果中間站后備時間如果選取1 h，其外供電源滿足需求，自經(jīng)濟技術(shù)角度出發(fā)，贛韶鐵路中間站后備時間選取1 h較為合理。據(jù)此，蓄電池容量計算公式中，t取值為1，則η取值為0．55。代入公式可得：

因此贛韶線中間站蓄電池組按2組200 Ah蓄電池組設(shè)置，設(shè)置情況基本與其他同標準鐵路相符，且符合贛韶鐵路工程實際，滿足行車需要。

4 結(jié)束語

從2006年開始，鐵路系統(tǒng)進入高速發(fā)展時期，其建設(shè)速度直至2011年才有所放緩。期間由于高速鐵路的建設(shè)，各種新技術(shù)的運用，導(dǎo)致現(xiàn)有規(guī)范部分條款不能適應(yīng)工程建設(shè)需求，鐵路主管部門也高度重視，不斷在現(xiàn)有規(guī)范、標準基礎(chǔ)上進行修正和補充。因此，也需要廣大設(shè)計者在開展設(shè)計工作時，大膽質(zhì)疑，嚴謹設(shè)計，廣泛查閱相關(guān)資料，在現(xiàn)有規(guī)范基礎(chǔ)上根據(jù)實際情況，合理的完成設(shè)計工作。本文介紹了贛韶線在中間站蓄電池容量設(shè)計過程中的一點思考，希望能拋磚引玉，提供一些設(shè)計思路。

［1］ 鐵道部．鐵路通信電源設(shè)計規(guī)范［M］．北京：中國鐵道出版社，2000．

［2］ 鐵道部．鐵路電力設(shè)計規(guī)范［M］．北京：中國鐵道出版社，2007．

［3］ 鐵道部．鐵路客運專線通信技術(shù)裝備標準（試行）［Z］．鐵道部運輸局，2009．