信號電源屏空氣開關容量的計算方法

吳 婧

近期，據烏魯木齊鐵路局相關人員反映，在其管轄范圍內的多條鐵路中，出現供電電源側與電務負荷側開關容量不匹配的問題，即變電所信號電源空氣開關、信號機械室配電盤空氣開關及電源屏輸入端空氣開關的容量，不滿足《鐵路信號設計規范》第12.2.7條規定：“信號設備斷路器的設置應能滿足對設備進行分級防護的要求”。

1 原因分析

經多方分析，之所以出現上述問題是因為電力專業和信號電源屏供應商計算空氣開關容量時，所依據的產品標準或技術規范不同。信號電源屏供應商參考《客運專線鐵路信號產品標準 (暫行)鐵路信號電源屏》進行設置，具體要求為“按照被保護電路的額定容量、負載性質以及選擇性配合，來確定斷路器的額定保護電流和延時特性，輸入三相電源還應考慮負載不平衡度的因素。斷路器額定保護電流的容量選擇，輸入回路為額定電流的1.5～2倍，輸出回路為額定電流的1.4～1.6倍”。而電力專業依據《電力設計規范》進行設計，整定電流大約為額定電流的1.2～1.5倍。

2 目前現狀

電力專業在施工圖設計初期，是根據信號專業提供的信號設備總功率計算配電盤空開容量后，再放大一級作為變電所空開容量。如果本站信號設備總功率不變，則配電盤及變電所空開容量基本確定，電力專業以此為依據進行后續施工圖設計。而信號電源屏輸入側的空開容量，只有待施工招標確定電源屏供應商后才能計算。故兩家有可能因為計算方法不同，導致空開容量在選擇上出現級別不匹配的現象。

3 不同的計算方法

目前鐵路行業存在津宇嘉信、北京康達、鼎漢等多家信號電源屏生產供應商，而各個供應商針對信號電源屏輸入側空氣開關容量的計算方法卻不盡相同。現以南疆鐵路庫爾勒至阿克蘇增建二線的喀拉玉爾滾車站 (45kVA)為例，詳細分析如下。

3.1 津宇嘉信的計算方法

運用電流計算公式，并考慮負載不平衡系數，計算電源屏輸入側空氣開關的容量。即I=P/U=45000/3/220=68.2 A?？紤]負載不平衡度的因素，輸入回路為額定電流的1.5～2倍，則：I=68.2×(1.5～2) =102.3～136.4 A。因空氣開關型號僅有 63 A、80 A、100 A、125 A、160 A等型號，故?。篒=125 A。

3.2 北京康達的計算方法

通過信號設備用電量表，按照不同電源種類分別計列，并將三相電源進行分劈，盡量將額定電壓種類相同的電源分配在同一相位中，最后分別計算三相電源的電流?？駹枬L站信號設備用電量表如表1所示，其中交流轉轍機電源單獨設置。

表1 喀拉玉爾滾站信號設備用電量表

根據表1，將同相位的電流相加，計算出每相電源的電流，即：IA相=44 A;IB相=42 A;IC相=58 A。

考慮負載不平衡度的因素，輸入回路為額定電流的1.5～2倍，按照最大電流 (C相)進行計算：則：I=58× (1.5～2) =87～116 A，取 I=100 A。

3.3 鼎漢的計算方法

利用電源電壓下降至175 V及任何一相電源下降15%時，計算電源屏必須保證的輸出功率及輸入電流。

電源屏實際功率 (每相)P1=W1/X，其中W1為輸出功率;X為電源相數。

當電源電壓下降至175 V時，電源屏必須保證輸出功率P2=220×P1/175;

當某一相電源下降15%時，電源屏必須保證輸出功率P3=1.15×P2。

將輸出功率變換為輸出電流I1=P3/220。

I1按照空氣開關系列，往上選擇最近的空氣開關容量，做為電源屏的空氣開關容量I。

即：P1=45000/3=15000W，P2=220×15000/175=18857W，P3=18857×1.15=21686W。

I1=21686/220=98.6 A，按照空氣開關系列，選擇最近的空氣開關容量作為電源屏的空氣開關容量，則I取100 A。

3.4 電力專業計算方法

嚴格按公式計算，并浮動一定的系數。即：I=45000/3/220=68.2 A，考慮1.3倍的不平衡系數，I=68.2×1.3=88.66 A，取I=100 A。

4 歸納總結

綜上所述，針對喀拉玉爾滾車站而言，津宇嘉信計算電源屏輸入側空開容量為125 A、北京康達和鼎漢計算為100 A，電力專業計算為100 A。然而，按照信號及電力設計規范的要求，電力專業計算的配電箱處空開的容量必須大于信號電源屏輸入側空開的容量，即：若電源屏供應商為津宇嘉信 (電源屏輸入空開為125 A)，則配電盤至少采用160 A的空開;若電源屏供應商為北京康達或鼎漢，則配電盤至少采用100A的空開;變電所的空開容量比配電盤空開再大一級。如此設計，才能滿足信號設備分級防護的要求。換言之，若信號設備用電量超負荷，則信號電源屏輸入空開先切斷電源，再由電力信號分界配電箱斷電，最后才是變電所信號電源專用開關斷電，由此可以將影響范圍控制到最小。

5 解決辦法

仍以喀拉玉爾滾車站為例，首先，在開放施工圖設計后，信號專業根據喀拉玉爾滾車站平面圖，分別計算本站各種設備類型的用電量 (例如信號點燈電源、軌道電路電源、電碼化電源等等)，并根據計算出的總用電量，估算電源屏輸入端的空氣向電力專業提供總用電量 (45 kVA)和估算的電源屏空氣開關容量 (100 A);其次，電力專業根據總用電量，同時考慮三相平衡、瞬間電壓等因素后，計算配電盤的空氣開關容量 (125 A)，并向信號專業返回資料;最后，待電源屏供應商招標確定后，在信號專業與其設計聯絡時，提供之前電力專業輸入的資料，要求電源屏廠家設置電源屏輸入端的空氣開關容量必須小于配電盤的空氣開關容量(125 A)，即要求電源屏輸入空氣開關采用100 A以下的空氣開關。若個別車站有異議，應立即聯系電力專業進行調整，盡量合理地完善開關容量的定值，以滿足信號設備分級防護的要求。

6 結束語

供電電源側與電務負荷側開關容量不匹配的問題，雖然最初由烏魯木齊鐵路局提出，然而在全國其他鐵路局的在建項目中均有發現。作為鐵路設計者，必須處理好各級開關容量之間的關系，以滿足對信號設備分級防護的要求，為信號設備的安全用電提供依據和保障。

［1］ 中華人民共和國鐵道部.TB10007-2006鐵路信號設計規范［S］.北京：中國鐵道出版社，2006.

［2］ 中華人民共和國鐵道部.運基信號〔2005〕458號《鐵路信號智能電源屏技術條件》(暫行)及相關附錄［S］.2005.

［3］ 中國鐵路通信信號集團公司.客運專線鐵路信號產品標準(暫行)鐵路信號電源屏［S］.2008.

［4］ 中華人民共和國鐵道行業標準.TB/T 1528.4-2002鐵路信號電源屏［S］.北京：中國鐵道出版社，2002.