鐵路10kV配電所典型供電方案與負(fù)荷計算淺析

中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司濟南設(shè)計院 山東濟南 250022

摘要：結(jié)合10kV配電所設(shè)計實例，針對目前鐵路10kV配電所的設(shè)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(fù)荷計算等主要內(nèi)容，為鐵路10kV配電所的設(shè)計提供一些參考。

關(guān)鍵詞：10kV配電所；供電方案；主接線；負(fù)荷計算

1.概述

鐵路電力擔(dān)負(fù)著對鐵路指揮系統(tǒng)、自動化系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)及鐵路各行業(yè)的供電任務(wù)，隨著高速鐵路的快速發(fā)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(tǒng)主要由外部電源；變、配電所；電力貫通線路；電力遠(yuǎn)動等部分組成。10kV配電所作為鐵路電力供配電系統(tǒng)的重要組成部分，主要擔(dān)負(fù)著為鐵路運輸生產(chǎn)、生活供電。

2.配電所所址的選擇

配電所間距長度應(yīng)根據(jù)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(dāng)延長，配電所所址應(yīng)符合下列要求[3]：

（1）宜設(shè)置在鐵路樞紐、地區(qū)、大型或特大型站等用電負(fù)荷集中場所。

（2）進(jìn)出線方便

（3）設(shè)備運輸方便

（4）圍環(huán)境宜無明顯污穢，如空氣污穢時，所址宜設(shè)在受污源影響最小處。

（5）所區(qū)地坪高程宜位于50年一遇高水位上，無法避免時所區(qū)應(yīng)有可靠的防洪措施或與地區(qū)的防洪標(biāo)準(zhǔn)相一致，并應(yīng)高于內(nèi)澇水位。

（6）10kV配電所主設(shè)備間宜離最近鐵路線路10m以上。

（7）不應(yīng)設(shè)在有劇烈震動、高溫、有滑坡或塌陷可能的場所。

（8）應(yīng)避免設(shè)在爆炸危險場所內(nèi)。如若布置在危險場所內(nèi)或與危險場所的建筑物毗連時，應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《爆炸和火災(zāi)危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定。

3.供電方案

鐵路電力負(fù)荷的特點為負(fù)荷沿鐵路分布，且容量較小；負(fù)荷等級多為一、二級負(fù)荷。根據(jù)鐵路電力負(fù)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(tǒng)圖），即在鐵路沿線外部電源供電質(zhì)量及可靠性較高的車站設(shè)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(fù)荷供電。由于鐵路區(qū)段站、編組站、客技站及規(guī)模較大的段、所、場二級負(fù)荷較多，一般采用環(huán)網(wǎng)供電方式，既能滿足供電要求，又能使供電靈活、節(jié)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(yīng)根據(jù)負(fù)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(yīng)設(shè)有載調(diào)壓器及副邊側(cè)專用母線段。

（3）由外部電源供電的配電所電源進(jìn)線處，宜裝設(shè)專用計費裝置。

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

4.2電氣設(shè)備平面布置

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

4.2.1高壓配電室內(nèi)各種通道寬度應(yīng)符合表4.2.1的規(guī)定。

表4.2.1 高壓配電室內(nèi)各種通道的最小寬度

通道分類

布置方式維護(hù)

通道操作通道

固定式手車式

設(shè)備單列布置8001500單車長+1200

設(shè)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(dāng)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(yīng)設(shè)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(yīng)增加出口，出口寬度不小于0.8m。

4.2.4高壓電容器宜設(shè)在變、配電所內(nèi)，室內(nèi)高壓電容器組宜裝設(shè)在單獨房間內(nèi)。低壓電容器柜宜裝設(shè)在低壓配電室內(nèi)與低壓配電屏并列安裝，當(dāng)電容器數(shù)量較多時，宜裝設(shè)在單獨房間內(nèi)。電容補償宜采用成套電容器柜。高壓成套電容器柜在室內(nèi)布置時，通道寬度應(yīng)符合表4.2.4的規(guī)定。

表4.2.4 高壓成套電容器柜在室內(nèi)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(fù)荷計算

負(fù)荷計算是選擇配電所電源進(jìn)線及主要電氣設(shè)備的基本依據(jù)，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(jù)；確定配電所計算負(fù)荷的方法很多，本次以需要系統(tǒng)法進(jìn)行介紹，具體計算方法如下：

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

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

（3）將終端變壓器低壓側(cè)的計算負(fù)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(cè)的計算負(fù)荷（Pc3、Qc3、Sc3），該計算負(fù)荷值用于選擇終端變壓器高壓側(cè)進(jìn)線導(dǎo)線截面

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

（5）將10kV配電線路末端的計算負(fù)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(fù)荷

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

6結(jié)語

本文依據(jù)10kV配電所的設(shè)計經(jīng)驗，向從事配電所設(shè)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(tǒng)和從事鐵路電力設(shè)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(xiàn)：

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

[2]中國建筑東北設(shè)計研究院.JGJ16-2008 民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

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

[4]中國聯(lián)合工作公司.GB50052-2009 供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2010

[5]中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計研究院.工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊[M].3版.北京：中國電力出版社，2005

[6]鐵道部專業(yè)設(shè)計院.鐵路工程設(shè)計技術(shù)手冊[M].北京：中國鐵道出版社，1991

[7]鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司.TB10621-2009 高速鐵路設(shè)計規(guī)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(shù)據(jù)

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(jīng)驗總結(jié)

變壓器套管介質(zhì)損失角和電容量測量是變壓器絕緣預(yù)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(yán)重的局部缺陷。尤其是當(dāng)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(yīng)查明原因。

從以上兩起變壓器套管介質(zhì)損失角和電容量超標(biāo)的成功處理，總結(jié)及建議如下：

3.1 當(dāng)變壓器試驗中所發(fā)現(xiàn)的套管介質(zhì)損失角和電容量超標(biāo)的問題出現(xiàn)時，應(yīng)綜合其他試驗項目，考慮套管導(dǎo)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(shè)備，實施容性設(shè)備在線監(jiān)測、油色譜在線監(jiān)測等在線監(jiān)測技術(shù)，以及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷，減少電網(wǎng)事故，降低停電損失。

3.4檢修人員和高壓試驗人員應(yīng)有強烈的工作責(zé)任心，建立嚴(yán)格的恢復(fù)、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(jié)束后一定要將被試設(shè)備恢復(fù)到原狀態(tài)，且接觸應(yīng)可靠、牢固。

3.5運行人員應(yīng)加強變壓器套管的巡視，關(guān)注變壓器套管油位的變化，對出現(xiàn)異常油位的套管應(yīng)及時進(jìn)行診斷試驗。

3.6 縮短紅外測溫周期，對異常發(fā)熱的套管應(yīng)及時進(jìn)行診斷。

4 結(jié)束語

以上是云峰發(fā)電廠220kV變壓器套管在近幾年的試驗過程中，所發(fā)生的兩起缺陷及處理經(jīng)過。對于變壓器套管來說主要的故障是內(nèi)部故障比較多，如導(dǎo)電桿接觸不良、末屏接地不良等。多數(shù)體現(xiàn)在內(nèi)部過熱故障和變壓器油故障，有些故障是由于生產(chǎn)廠家制造質(zhì)量的原因所造成的，而有些故障是由于工作責(zé)任心和檢修質(zhì)量所造成的。因此對變壓器套管的試驗，一定要按照《電氣設(shè)備交接試驗規(guī)程》及《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)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(xiàn)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(yè)務(wù)水平和豐富的現(xiàn)場工作經(jīng)驗。以上的故障實例和分析處理情況供現(xiàn)場工作人員借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳化鋼.電力設(shè)備預(yù)防性試驗方法及診斷技術(shù).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(shù).北京：中國質(zhì)檢出版社，中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011：12

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可實現(xiàn)串行通信數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，對串口狀態(tài)及串口通信的信息格式和協(xié)議進(jìn)行設(shè)置，并且支持多線程。[4，5]

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

結(jié)論

本文所設(shè)計的基于大宗電力用戶電力負(fù)荷管理系統(tǒng)，在主站設(shè)計上將朝著電力自動化與信息化的方向發(fā)展。在電力負(fù)荷管理系統(tǒng)平臺基礎(chǔ)上，充分利用企業(yè)現(xiàn)有的資源，開發(fā)監(jiān)測系統(tǒng)，符合當(dāng)前電力系統(tǒng)發(fā)展的趨勢[6]。本系統(tǒng)雖然實現(xiàn)了企業(yè)內(nèi)部配電的智能化，但我們也認(rèn)識到它與西門子、ABB、施耐德等跨國公司同類產(chǎn)品之間的技術(shù)差距。比如就采用的通信技術(shù)來說，西門子公司SIVACON系列低壓開關(guān)柜采用了通信速度更快的Profibus-DP現(xiàn)場總線，系統(tǒng)的實時性更好一些[7，8]。

參考文獻(xiàn)：

[1].李文杰.電能管理系統(tǒng)在工業(yè)企業(yè)供電系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電氣時代.2007.2：70～71.

[2].董高原.電力負(fù)荷管理系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[D].北京：華北電力大學(xué)，2006.

[3]李娟，張波，丘東元.電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)中基于Modbus RTU的多機通信[J].南京：電力自動化設(shè)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(shè)計[M].北京：清華大學(xué)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(tǒng)[J].現(xiàn)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(jiān)控系統(tǒng)[J].低壓電器.2009.14：47～49.