綜合管溝模式下鐵路架空線入地改造探討

馮寧

摘 要：普速鐵路電力供電系統(tǒng)在架空線入地改造過程中采用多種新技術(shù)、新設(shè)備提高供電可靠性。本文著重分析綜合管溝模式下，既有架空線改造為電纜在電力設(shè)計(jì)過程中的差異點(diǎn)分析及解決方法。

關(guān)鍵詞：綜合管溝；鐵路供電；架空線入地

中圖分類號(hào)：TU990.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）24-0163-01

隨著高速鐵路沿鐵路敷設(shè)2條10kV全電纜貫通線為區(qū)間和車站的通信、信號(hào)等負(fù)荷供電的供電模式實(shí)施，大大增加了高速鐵路的供電可靠性和可維護(hù)性。而在大量的普速鐵路，貫通線是以10kV架空線路為主，地形困難地區(qū)輔以電纜敷設(shè)。架空線路抗擊自然災(zāi)害能力較弱，如樹害引起的架空線路瞬時(shí)單相接地；冰凍災(zāi)害導(dǎo)致架空線路損毀；沿海地區(qū)臺(tái)風(fēng)、內(nèi)陸地區(qū)洪水等都可能引起架空貫通線供電中斷等。相關(guān)運(yùn)營單位要求普速鐵路沿線供電“一線一纜”入地的需求強(qiáng)烈，即一條貫通線采用全電纜線路，另一條采用混合線路。普速鐵路沿線光電纜通過“綜合管溝”方式入地的探索應(yīng)運(yùn)而生。而普速鐵路沿線貫通架空線入地是一個(gè)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、供電方式、管線資源綜合利用的系統(tǒng)過程，不是簡單的將架空線改成電纜放入綜合管溝內(nèi)，必將涉及到一些與入地工作相關(guān)的新設(shè)備、新模式和新的工作標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范。

1 供電模式改變

目前普速鐵路電力供電系統(tǒng)中10kV電力貫通線路主要采用架空線路，用電負(fù)荷處采用桿架式變臺(tái)為用電負(fù)荷供電[1]。

綜合管溝模式下，10kV電力貫通線電纜在普速鐵路綜合管溝內(nèi)敷設(shè)，并在區(qū)間各用電點(diǎn)設(shè)置10kV電力遠(yuǎn)動(dòng)箱式變電站，需要提前設(shè)置10kV電纜在綜合管溝內(nèi)的進(jìn)出通道，必要處設(shè)置電纜井；同時(shí)充分考慮電纜分支箱的使用，適應(yīng)沿線分散用電負(fù)荷的需求。

2 中性點(diǎn)接地方式改變

普速鐵路貫通線是以10kV架空線路為主，電容電流小，采用中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，即小電流接地系統(tǒng)。

綜合管溝模式下，10kV全電纜貫通線發(fā)生單相接地故障時(shí)，由于故障點(diǎn)的接地電容電流大，故障點(diǎn)的接地電弧不能自行熄滅，而且間歇電弧接地產(chǎn)生的過電壓往往又使事故擴(kuò)大，這就降低了貫通線的運(yùn)行可靠性。顯然此時(shí)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)已不適用。通過對(duì)于消除故障的及時(shí)性、過電壓對(duì)于絕緣的的損害以及經(jīng)濟(jì)性等諸方面因素的考量，全電纜貫通線采用低電阻接地系統(tǒng)，即大電流接地系統(tǒng)。貫通線經(jīng)低電阻接地時(shí)，可采用調(diào)壓器副邊中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地方式，采用低電阻接地方式的變配電所接地網(wǎng)電阻值宜取R≤1Ω。低電阻接地的電阻值宜按單相接地電流小于200-400A、接地故障瞬時(shí)跳閘方式選擇[2]。

3 保護(hù)方式改變

鐵路變配電所從地方接引的中壓電源一般為不接地系統(tǒng)。既有普速鐵路的貫通架空線也為中性點(diǎn)不接地方式，其繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的設(shè)置具備一致性。

綜合管溝模式下，一條貫通線采用全電纜線路，另一條采用混合線路時(shí)，在鐵路變配電所處會(huì)出現(xiàn)兩種保護(hù)方式并存的情況，甚至在同一電源的不同母線上，基于調(diào)壓器壓器一、二次繞組側(cè)的接地方式不同，而出現(xiàn)不同的保護(hù)方式。在電容電流較大的10kV中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)改為中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地方式后，單相接地就要同相間故障一樣，按階梯原則切除。增加一套零序電流元件是簡單易行的辦法。貫通線饋出高壓柜采用零序速斷和零序過流兩段式保護(hù)的整定計(jì)算方法和時(shí)限配合原則。貫通調(diào)壓器高壓柜設(shè)置中性點(diǎn)零序過流保護(hù)作為貫通饋線的后備保護(hù)并兼作貫通母線接地的主保護(hù)，其零序過流保護(hù)的電流采樣于貫通調(diào)壓器二次中性線回路，動(dòng)作于調(diào)壓器保護(hù)單元的斷路器。基于調(diào)壓器采用D，yn11接線，不會(huì)在調(diào)壓器的一次側(cè)電源系統(tǒng)中產(chǎn)生零序電流。故調(diào)壓器開關(guān)柜的零序電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)限不必與一次側(cè)不接地系統(tǒng)的線路零序保護(hù)相匹配。

4 補(bǔ)償方式改變

普速鐵路的無功補(bǔ)償設(shè)于鐵路變配電所。規(guī)范要求高壓側(cè)功率因數(shù)補(bǔ)償至0.9～1。鐵路用電設(shè)備為照明、電機(jī)和電子類，均呈感性。故普速鐵路設(shè)計(jì)中，鐵路變配電所在主母線設(shè)置高壓電容器補(bǔ)償功率因數(shù)[3]。

綜合管溝模式下，10kV電力貫通線采用全電纜方式，鐵路貫通線負(fù)荷小，電纜工作電容遠(yuǎn)大于架空線路工作電容，顯著加大了供電系統(tǒng)對(duì)地電容電流和相間電容電流，除了造成功率因數(shù)降低外，當(dāng)線路達(dá)到一定長度時(shí)，還可能造成線路電壓升高、單相接地時(shí)形成弧光過電壓等危害，因此對(duì)長電纜線路采用電抗器補(bǔ)償。

因此，綜合管溝模式下，以電纜為主的長距離電力線路，宜采用在線路上分散設(shè)置固定電抗器與在變配電所集中設(shè)置動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置相結(jié)合的補(bǔ)償方式。固定電抗器補(bǔ)償一般采用欠補(bǔ)償方式，在電源接口處不一定能滿足供電方對(duì)用戶端功率因數(shù)的要求，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償作為疊加補(bǔ)償，可將功率因數(shù)調(diào)整至需要的范圍。要注意的是，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償設(shè)置于調(diào)壓母線時(shí)，受上下級(jí)保護(hù)整定配合的限制，其容量不能超過調(diào)壓器。

10kV貫通線路設(shè)計(jì)中，全線各段根據(jù)貫通線電纜長度，在適當(dāng)位置設(shè)置三相補(bǔ)償電抗器，且三相電抗器接成中性點(diǎn)不接地Y形連接，以使全電纜線路電容電流得到適當(dāng)補(bǔ)償。鐵路變配電所當(dāng)采用主母線補(bǔ)償時(shí)，根據(jù)工程實(shí)際計(jì)算是否需要設(shè)置電容器；當(dāng)采用貫通母線補(bǔ)償時(shí)為電感性補(bǔ)償，只設(shè)可調(diào)電抗器。同時(shí)考慮在適當(dāng)位置增加一組備用電抗器，該組電抗器一般不投入運(yùn)行，僅當(dāng)本段線路中其中一組電抗器出現(xiàn)故障或檢修時(shí)，投入運(yùn)行，以便使線路電容電流得到更好的補(bǔ)償。

5 其他需要注意的問題

在綜合管溝模式下，單條貫通線電纜入地尚須注意以的問題：（1）貫通線并網(wǎng)或跨所運(yùn)行要慎重。貫通線路正常運(yùn)行時(shí)，主供配電所送電，主、備配電所均不投入重合閘和備自投功能。主供配電所斷路器故障跳閘后，由調(diào)度遠(yuǎn)程判斷并隔離故障區(qū)段后再遠(yuǎn)程閉合主、備供所斷路器，此種運(yùn)行方式是由重要負(fù)荷、裝設(shè)UPS不間斷電源決定的，貫通線路倒閘或短時(shí)停電不會(huì)對(duì)重要負(fù)荷造成影響，同時(shí)也避免了長電纜電容電壓疊加的發(fā)生。若采用并網(wǎng)運(yùn)行，當(dāng)兩臺(tái)調(diào)壓器采用并網(wǎng)方式向同一路電纜貫通線供電，貫通線一點(diǎn)發(fā)生單相接地時(shí)，零序電流經(jīng)過由兩條路徑形成回路，基于零序電流保護(hù)采用帶方向的保護(hù)配置的特點(diǎn)，會(huì)使零序保護(hù)復(fù)雜化。當(dāng)需要跨所供電時(shí)除需要考慮電源正常配電所的調(diào)壓器容量，還需要考慮電抗補(bǔ)償?shù)耐度攵葐栴}，確保不發(fā)生諧振。（2）普速鐵路一線一纜入地的情況下，會(huì)在配電所形成兩種接地方式共存的情況，即架空線側(cè)為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，電纜側(cè)為中性點(diǎn)經(jīng)地電阻接地系統(tǒng)，由于低電阻接地系統(tǒng)會(huì)導(dǎo)致單相接地電流增大，低壓側(cè)中性點(diǎn)、PEN線或PE線及設(shè)備外露可導(dǎo)電部分（人體可觸及的導(dǎo)電部分）均上升到同一電壓Uf水平上，因此必須做好總等電位聯(lián)接的安全措施。

6 結(jié)語

普速鐵路在利用綜合管溝改造架空線為電纜入地過程中，闡述貫通線采用調(diào)壓器副邊中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地方式、設(shè)置合理貫通線高壓柜零序電流保護(hù)模式、使用可調(diào)電抗取代電容器補(bǔ)償容性無功功率等技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)普速鐵路全電纜線路安全送電，提高鐵路供電可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1]TB 10008-2015.鐵路電力設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]廖芳芳.鄭西客運(yùn)專線全電纜貫通線路的研究與設(shè)計(jì)[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2010，（4）：71-75.

[3]廖宇.全電纜貫通線低電阻接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2009，（8）：88-92.endprint