高速鐵路貫通線供電線路選擇方式的探討

吳小剛 上海鐵路局杭州供電段

根據最新調整的中國鐵路建設規劃，未來我國將建設總長約45 000 km的全國性快速鐵路網，至2012年底止，全國快速鐵路已建成約10 000 km。客專和高速鐵路的大規模建設，出現了區間多點供電的需求，在目前供電線路的設計選擇中，各大設計院均采用單芯電纜敷設方式，將各供電點通過環網供電、T接方式實施對區間負荷的供電，與暨有線供電方式比較，供電可靠性有待進一步研討，通過對已投運的客專和高速鐵路區間供電線路實際運行情況的研究，提出采用架空絕緣線與三芯電纜敷設相結合的供電線路方式，以提高客專和高速鐵路的供電可靠性。

1 既有鐵路供電線路和供電方式

（1）既有鐵路線的通信、信號、信息、防災等系統的供電，由鐵路10 kV配電所經專用自閉和貫通調壓隔離變壓器饋出10 kV自閉和貫通電線路向沿線各站和區間負荷供電（如圖1）。

圖1 10 kV自閉貫通線供電示意圖

（2）區間10 kV自閉和貫通供電線路采用架空電線路和電纜線路相結合的方式，架空電線路以架空裸導線為主，部份采用架空絕緣線架設方式，電纜線路均采用三芯電纜，較少采用單芯電纜敷設方式。

（3）暨有鐵路供電方式：鐵路每隔50 km左右建設一座10 kV配電所，設有二路電源，電源從地方供電部門引接，有專線專柜和公用線等方式引接電源，電源引入鐵路10 kV配電所后，經專用自閉和貫通調壓隔離變壓器饋出10 kV自閉和貫通電線路向沿線各站和區間負荷供電，一般配電所的運行方式，10kV兩路電源同時受電，單母線母聯分段運行（如圖2）。

圖2 10kV配電所一次接線系統圖

2 暨有鐵路供電方式的特點

（1）為節省投資，暨有鐵路供電的自閉、貫通電線路大部分采用了架空裸導線，由于架空裸導線受自然環境影響大，尤其在我國東部發達地區，城鄉建設和對環境綠化要求，架空裸導線的供電線路經常受外部環境的影響，供電可靠性不高，從而影響鐵路運輸的正常暢通。

（2）暨有鐵路在區間供電自閉、貫通線路中，兩條線路分別由相鄰配電所主供一條線路，同時作為相鄰配電所備供狀態。在配電所的自閉、貫通饋出回路中設有過流、速斷、一次重合閘、備自投等保護；在運行中，當電線路發生故障時，主、備供配電所會保護裝置動作，相鄰備供所會備自投動作投入，如不成功，主供所再一次重合閘，當線路無故障則會保持供電，如出現永久性故障則備自投和一次重合閘失敗，跳閘保護后線路處在無電狀態，通過人工或遠動開關操作，隔離故障區段后，配電所恢復向區間線路供電。

（3）暨有配電所的正常運行中，自閉或貫通線路如需進行區間線路檢修，則相鄰兩配電所間可實施短時并網，并網成功后將檢修區段隔離停電，實施相鄰兩所分段供電，在整個停送電操作過程中，不會對兩配電所間的供電負荷產生中斷供電的情況。如當供電局電源發生故障或因特殊情況需停用一路電源時，區間供電線路可通過相鄰兩配電所間實施短時并網改變主備供方式，對負荷供電不會產生中斷現象。

（4）一般情況暨有鐵路供電線路沿鐵路兩側的路基外農田架設，設備檢修均安排在白天實施，很少在夜間檢修。

3 客專和高速鐵路對電力供電的要求

（1）客專和高速鐵路的通信、信號、信息、防災系統等供電要求與暨有線不盡相同，通信、信號、信息、防災、列控等設備的供電，由分布在沿線每隔3 km左右的箱式變電站進行供電，供電可靠性要求高。

（2）高速列車在運行時段內，所有電力供電設備均應保證供電，一旦電力設備發生故障，會影響列車的正常運行，甚至會產生列控中斷而引發事故。

4 客專和高速鐵路現行設計的供電線路和供電方式的優缺點

（1）已開通和正在建設的客專和高速鐵路供電，同樣由每隔線路50 km左右的10 kV配電所經專用一級貫通和綜合貫通調壓隔離變壓器饋出10 kV一級貫通和綜合貫通電線路向沿線各站和區間負荷供電。

（2）已開通和正在建設的客專和高速鐵路供電線路，絕大部份是采用10 kV單芯電纜敷設的電纜線路向沿線各站和區間負荷供電。也有利用施工時的架空線路作為客專和高速鐵路區間的供電線路（甬臺溫、溫福線均為節省投資，采用了部份永臨結合的架空電線路，而且這部份電線路均在山區）。

（3）由于采用了電纜線路，電纜線路中產生大量容性無功，目前設計均不能采用一次重合閘、備自投和并網功能。與暨有鐵路供電方式相比，供電靈活性不高，當線路發生故障，則需通過操作遠動開關來隔離故障區段，由于電纜線路敷設在高鐵兩邊的電纜槽內，在動車200 km/h及以上速度運行時段內，無法實施故障處理，必須在列車停運的天窗時間內進行故障處理，在天窗點時間內通過故障測距，上道巡查確認，電纜故障處理，最少也需天窗點兩個，故障復雜的需用三個以上天窗點才能處理完成，這樣區間分段供電，供電可靠性降低。如當供電局電源發生故障或因特殊情況需停用一路電源時，只能將整個供電臂停電后，再把備供所電源送至區間供電，這時區間只有一路電源供電，大大地降低了供電可靠性。

（4）由于客專和高速鐵路供電線路采用電纜線路，部份利用了永臨結合的架空線路供電，在日常檢修中，檢修停送電比較復雜，相鄰兩所不能實施并網操作，因此停送電必須在天窗點時間內完成，檢修設備又均在戶外和沿線，在天窗點時間內，電調停送電操作均以牽引供電停送電為優先，然后再實施電力停送電作業，電力使用的天窗修時間短，所做的檢修工作量不多；高鐵建成后，建設便道還耕后，箱式變電站有許多交通不便，車輛無法直接到達，檢修照度不足，使檢修工作質量存在折扣，不能徹底良好完成設備保養。

（5）高鐵區間供電線路均采用10 kV單芯電纜，設計時主要考慮單芯電纜施工簡便，3 km左右一個基站箱變間可以不做中間接頭，但由于受工程施工環境因素，施工進度安排的不匹配和電纜材料采購控制不規范，目前我段管轄的幾條高鐵區間供電電纜，按照設計標準不做中間接頭的不多，工程施工單位為施工方便，電纜沒有按兩箱變間長度采購，產生不少電纜中間接頭。在工程進度上，要求電源盡早提供，站前工程尚未完成，電纜溝未施工好或缺少電纜溝，電纜就開始敷設，而設計一般以直埋敷設和沿橋架電纜溝敷設為主，單芯電纜的外表皮損傷情況時有出現，由于單芯電纜與三芯電纜表皮損傷對電纜運行情況完全不同，三芯電纜表皮的損傷很少會影響整根電纜的質量，而單芯電纜由于其采用一端直接接地、一端經護層保護器接地的方式運行，當單芯電纜表皮有損傷時，此損傷點就等于是一個接地點，鎧裝的金屬護層兩接地點間產生環流，經長時間運行后就會出現故障（如圖3、圖4），因此單芯電纜對敷設環境要求高，但目前高鐵施工中較難以滿足此敷設環境要求。

圖3 電纜金屬護層保護接地

圖4 電纜外皮損傷引發的故障

（6）為避免鐵磁的渦流損耗，單根單芯電纜套用的保護管、固定件等均要選用非磁性材料（如PVC管）或C型鋼管（鋼管側邊縱向切開，不形成閉合磁路）。

（7）目前高鐵區間電纜敷設有不少施工單位采用軌道車輛施放電纜，因此采用三芯電纜的施工敷設與單芯電纜一樣，工作量和工作強度不會增加。

5 客專和高速鐵路供電線路和供電方式設計選擇的建議

（1）客專和高速鐵路供電線路建議采用架空絕緣線和三芯電纜敷設相結合的方式來實施。由于高鐵線路建成后均實施護欄封閉，給架設架空線路有了路徑可走，在護欄外架設電線路，考慮環境對電線路的影響，建議采用架空絕緣線，以減少環境因素對供電線路的影響；有橋墩處可利用橋墩兩側作為固定架空絕緣線路的支柱，以減少投資。在特殊地段則采用三芯電纜，以減少施工等環境因素的影響，造成電纜施工時的表皮損傷而影響日后運行質量。但也可采用少量的單芯電纜來解決一些特殊敷設情況。

（2）當采用架空絕緣線和電纜敷設相結合的供電線路方式后，對配電所可設置過流、速斷、一次重合閘、備自投等功能保護，以提高供電可靠性。

（3）采用架空絕緣線和電纜敷設相結合的供電線路方式后，區間電線路的檢修可采用并網開口方式，停供區間檢修線路設備，白天檢修作業，工作效率高、安全風險小。當區間設備發生故障時，可采用并網方式，分段查找故障點，對整個供電臂影響減少。當地方供電部門要求倒換電源時，可不停電情況下，實施并網倒換電源，提高供電可靠性。

（4）從技術經濟分析來看，目前采用架空絕緣線和三芯電纜敷設相結合方式的投資會比全單芯電纜敷設方式的投資降低，對減少投資，降低造價，提高供電可靠性，又便于日常運行維護。

6 結論

客專和高速鐵路供電線路采用架空絕緣線和三芯電纜敷設相結合的方式，可減少工程投資，便于日常運行檢修和故障處理，供電可靠性高，安全風險低。