鐵路10kV配電所典型供電方案與負荷計算淺析

中鐵工程設計咨詢集團有限公司濟南設計院 山東濟南 250022

摘要：結合10kV配電所設計實例，針對目前鐵路10kV配電所的設計要點，重點論述10kV配電所所址的選擇及典型供電方案、配電所主接線及平面布置、配電所負荷計算等主要內容，為鐵路10kV配電所的設計提供一些參考。

關鍵詞：10kV配電所；供電方案；主接線；負荷計算

1.概述

鐵路電力擔負著對鐵路指揮系統、自動化系統、牽引系統及鐵路各行業的供電任務，隨著高速鐵路的快速發展，對鐵路供電的安全、可靠性要求越來越高，目前鐵路電力的供配電系統主要由外部電源；變、配電所；電力貫通線路；電力遠動等部分組成。10kV配電所作為鐵路電力供配電系統的重要組成部分，主要擔負著為鐵路運輸生產、生活供電。

2.配電所所址的選擇

配電所間距長度應根據貫通線截面、壓降、運營搶修時間等因素綜合確定。10kV配電所一般條件下宜為40～60km[1]。對于電源匱乏或存在其他特殊困難時，配電所間距可以適當延長，配電所所址應符合下列要求[3]：

（1）宜設置在鐵路樞紐、地區、大型或特大型站等用電負荷集中場所。

（2）進出線方便

（3）設備運輸方便

（4）圍環境宜無明顯污穢，如空氣污穢時，所址宜設在受污源影響最小處。

（5）所區地坪高程宜位于50年一遇高水位上，無法避免時所區應有可靠的防洪措施或與地區的防洪標準相一致，并應高于內澇水位。

（6）10kV配電所主設備間宜離最近鐵路線路10m以上。

（7）不應設在有劇烈震動、高溫、有滑坡或塌陷可能的場所。

（8）應避免設在爆炸危險場所內。如若布置在危險場所內或與危險場所的建筑物毗連時，應符合現行國家標準《爆炸和火災危險環境電力裝置設計規范》的規定。

3.供電方案

鐵路電力負荷的特點為負荷沿鐵路分布，且容量較小；負荷等級多為一、二級負荷。根據鐵路電力負荷的特點，客運專線鐵路、貨運專線鐵路及客貨共線I、II級鐵路宜采用集中供電方式[]（詳見圖1，供電系統圖），即在鐵路沿線外部電源供電質量及可靠性較高的車站設置變、配電所，變配電所間修建電力貫通線為鐵路沿線用電負荷供電。由于鐵路區段站、編組站、客技站及規模較大的段、所、場二級負荷較多，一般采用環網供電方式，既能滿足供電要求，又能使供電靈活、節約投資。

4.配電所主接線及平面布置

4.1電氣主接線

電氣主接線（詳見圖2.電氣主接線圖）應根據負荷及電源情況采用簡單可靠的接線。

（1）有2路電源同時運行的10kV配電所，宜采用單母線分段接線。

（2）向貫通線路供電的配電所，應設有載調壓器及副邊側專用母線段。

（3）由外部電源供電的配電所電源進線處，宜裝設專用計費裝置。

（4）10kV配電所向遠離該所的高壓負荷點供電時，宜在靠近本所出線點便于操作維護的地方裝設隔離電器。

4.2電氣設備平面布置

根據電氣主線圖布置10kV配電所電氣設備（詳見圖3，電氣設備平面布置圖），且需滿足以下要求[2]：

4.2.1高壓配電室內各種通道寬度應符合表4.2.1的規定。

表4.2.1 高壓配電室內各種通道的最小寬度

通道分類

布置方式維護

通道操作通道

固定式手車式

設備單列布置8001500單車長+1200

設備雙列布置10002000雙車長+90

4.2.2置距頂板的距離不宜小于0.8m，當有梁時，距梁底不宜小于0.6m。

4.2.3配電裝置長度大于6m時，其屏后應設兩個通向本室或其它房間的出口，如低壓配電屏兩個出口間的距離超過15m時，尚應增加出口，出口寬度不小于0.8m。

4.2.4高壓電容器宜設在變、配電所內，室內高壓電容器組宜裝設在單獨房間內。低壓電容器柜宜裝設在低壓配電室內與低壓配電屏并列安裝，當電容器數量較多時，宜裝設在單獨房間內。電容補償宜采用成套電容器柜。高壓成套電容器柜在室內布置時，通道寬度應符合表4.2.4的規定。

表4.2.4 高壓成套電容器柜在室內布置的通道最小凈寬（mm）

布置方式距 墻柜 面 之 間

正 面背 面

單列布置1500800—

雙列布置—8002000

5配電所負荷計算

負荷計算是選擇配電所電源進線及主要電氣設備的基本依據，也是用來計算電壓損失和功率損耗；電能消耗及無功功率補償容量的基本依據；確定配電所計算負荷的方法很多，本次以需要系統法進行介紹，具體計算方法如下：

（1）根據各用電設備組的設備功率Pe，采用需要系統法確定低壓干線上的計算負荷（Pc1、Qc1、Sc1），需要考慮不同類型用電設備組之間的同時系數[5]。

（2）確定終端變壓器低壓配電母線的計算負荷（Pc2、Qc2、Sc2），需要考慮不同配電干線之間的同時系數（和），SC2用于選擇終端變壓器的容量和低壓導線截面。

（3）將終端變壓器低壓側的計算負荷加上該變壓器的有功和無功損耗（和），確定終端變壓器高壓側的計算負荷（Pc3、Qc3、Sc3），該計算負荷值用于選擇終端變壓器高壓側進線導線截面

（4）將多臺終端變壓器高壓側計算負荷相加，確定終端負荷變電所高壓母線上的計算負荷（Pc4、Qc4、Sc4）

（5）將10kV配電線路末端的計算負荷加上線路的功率損耗（、）確定總降壓變電所10kV母線各引出線上的計算負荷

（6）將變電所各條10kV引出線上的計算負荷相加后乘以同時系統，從而確定配電所計算負荷。

6結語

本文依據10kV配電所的設計經驗，向從事配電所設計時間不長的同行們介紹了一些基本知識，希望對想了解鐵路電力供電系統和從事鐵路電力設計的同行提供一些幫助，不妥之處望讀者批評指正。

參考文獻：

[1]鐵道第三勘察設計院.TB10008-2006 鐵路電力設計規范[S].北京：中國鐵道出版社，2007

[2]中國建筑東北設計研究院.JGJ16-2008 民用建筑電氣設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2008.

[3]中機中電設計研究院有限公司.GB50053-2013 20kV及以下變電所設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2014

[4]中國聯合工作公司.GB50052-2009 供配電系統設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2010

[5]中國航空工業規劃設計研究院.工業與民用配電設計手冊[M].3版.北京：中國電力出版社，2005

[6]鐵道部專業設計院.鐵路工程設計技術手冊[M].北京：中國鐵道出版社，1991

[7]鐵道第三勘察設計院集團有限公司.TB10621-2009 高速鐵路設計規范（試行）[S].北京：中國鐵道出版社，2010

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表2-5 處理后4號主變壓器套管試驗數據

相別tgδ%實測電容值（PF）銘牌電容值（PF）電容量誤差（%）

O0.318228.1232.2-1.77

A0.219338.1341.9-1.11

B0.357345.5349.3-1.09

C0.256338.2342.7-1.31

3 經驗總結

變壓器套管介質損失角和電容量測量是變壓器絕緣預防性試驗中的重要項目之一，是判斷絕緣狀況較為有效的一種方法。它能有效地檢查變壓器套管絕緣受潮、油脂劣化、臟污等嚴重的局部缺陷。尤其是當電容型套管的電容值與出廠值或上一次試驗值的差別超出±5%時，應查明原因。

從以上兩起變壓器套管介質損失角和電容量超標的成功處理，總結及建議如下：

3.1 當變壓器試驗中所發現的套管介質損失角和電容量超標的問題出現時，應綜合其他試驗項目，考慮套管導電桿等部件連接是否松動而引起滲水受潮及銹蝕等問題。

3.2 建議對我廠電容型套管、電容型電流互感器等容性設備，實施容性設備在線監測、油色譜在線監測等在線監測技術，以及早發現設備缺陷，減少電網事故，降低停電損失。

3.4檢修人員和高壓試驗人員應有強烈的工作責任心，建立嚴格的恢復、檢查制度。試驗過程中的拆、接線，如拆除的套管末屏等，試驗結束后一定要將被試設備恢復到原狀態，且接觸應可靠、牢固。

3.5運行人員應加強變壓器套管的巡視，關注變壓器套管油位的變化，對出現異常油位的套管應及時進行診斷試驗。

3.6 縮短紅外測溫周期，對異常發熱的套管應及時進行診斷。

4 結束語

以上是云峰發電廠220kV變壓器套管在近幾年的試驗過程中，所發生的兩起缺陷及處理經過。對于變壓器套管來說主要的故障是內部故障比較多，如導電桿接觸不良、末屏接地不良等。多數體現在內部過熱故障和變壓器油故障，有些故障是由于生產廠家制造質量的原因所造成的，而有些故障是由于工作責任心和檢修質量所造成的。因此對變壓器套管的試驗，一定要按照《電氣設備交接試驗規程》及《電力設備預防性試驗規程》的標準進行。只有這樣才能保證變壓器在今后的運行過程中，不出事故和少出事故。變壓器在運行過程中出現故障是正常的，只要我們做出正確的分析和判斷，及時查找出故障原因，及時處理和消除故障，保證變壓器及時投入運行。這就要求高壓試驗人員有較高的業務水平和豐富的現場工作經驗。以上的故障實例和分析處理情況供現場工作人員借鑒。

參考文獻：

[1]陳化鋼.電力設備預防性試驗方法及診斷技術.北京：中國水利水電出版社，2009：11

[2]徐康健 孟玉嬋.變壓器油中溶解氣體的色譜分析實用技術.北京：中國質檢出版社，中國標準出版社，2011：12

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可實現串行通信數據的發送和接收，對串口狀態及串口通信的信息格式和協議進行設置，并且支持多線程。[4，5]

通過編程可以實現SPCOMM控件對串口的各項操作，其接收數據的過程和下位機類似，即每次取一個數據幀。在發送或接收數據過程中觸發On-Comm事件，通過訪問CommEvent屬性，確定通信事件的類型并進行處理，從而可以實現異步串行通信。在實際應用中，微機與ARM控制器間采用的是主機查詢、從機中斷響應的通信方式。

結論

本文所設計的基于大宗電力用戶電力負荷管理系統，在主站設計上將朝著電力自動化與信息化的方向發展。在電力負荷管理系統平臺基礎上，充分利用企業現有的資源，開發監測系統，符合當前電力系統發展的趨勢[6]。本系統雖然實現了企業內部配電的智能化，但我們也認識到它與西門子、ABB、施耐德等跨國公司同類產品之間的技術差距。比如就采用的通信技術來說，西門子公司SIVACON系列低壓開關柜采用了通信速度更快的Profibus-DP現場總線，系統的實時性更好一些[7，8]。

參考文獻：

[1].李文杰.電能管理系統在工業企業供電系統中的應用[J].電氣時代.2007.2：70～71.

[2].董高原.電力負荷管理系統的研究與實現[D].北京：華北電力大學，2006.

[3]李娟，張波，丘東元.電能質量監測系統中基于Modbus RTU的多機通信[J].南京：電力自動化設備，2007.6.

[4]黃軍，熊勇，劉燕，劉曉梅，等.Delphi串口通信編程（第一版）[M].北京：人民郵電出版社，2001.

[5]蔣方帥.Delphi7程序設計[M].北京：清華大學出版社，2004.

[6]Bunn D W.Forecasting Loads and Prices in Competitive Power Markets[J].Proceedings of the IEEE，2000，88（2）：163～169.

[7]葛大麟，何友林，戴天鷹.西門子信息化電能管理系統[J].現代建筑電氣.2007.2：48～57.

[8]吳先倫，曹雪華.基于Profibus-DP的電能管理與電力監控系統[J].低壓電器.2009.14：47～49.