鐵路電力、牽引供電相關標準及文件優化建議

夏 炎

(中國鐵路經濟規劃研究院,北京 100038)

鐵路電力、牽引供電相關標準及文件優化建議

夏 炎

(中國鐵路經濟規劃研究院,北京 100038)

為進一步優化鐵路電力、牽引供電工程設計,梳理現行鐵路電力、電力牽引供電工程主要采用的設計標準及文件,主要包括《鐵路電力設計規范》(TB10008—2015)、《鐵路電力牽引供電設計規范》(TB10009—2016)、《高速鐵路設計規范》(TB10621—2014)、《鐵路技術管理規程》(TG/01—2014)等,結合工程實踐及調研情況,本著保證工程質量安全、提高技術性和經濟性的原則,對其中有關條文給出優化合理建議。

電力；牽引供電；高速鐵路；標準；優化

進入21世紀，我國鐵路建設駛上了大規模、高標準、快速度的發展道路[1]。截止2016年年底，全國鐵路營業里程達到12.4萬km，其中電氣化鐵路里程達8萬km，電氣化率64.5%。電氣化鐵路以其牽引功率大、運能大、速度快、污染小等優點，成為現代化鐵路建設的首選方案。電氣化鐵路的飛速建設發展離不開鐵路工程建設標準的支撐，目前已形成針對鐵路電力工程、電力牽引供電工程等全面系統的標準體系，為我國高速鐵路建設和中國鐵路“走出去”提供了強有力的技術保障和支持[2-4]。為進一步提升鐵路工程建設質量、保障安全、提高技術性和經濟性，梳理目前主要使用的設計標準及文件具有指導意義。

1 主要設計標準及文件

目前指導鐵路電力、電力牽引供電工程設計的標準主要有《鐵路電力設計規范》(TB10008—2015)(以下簡稱“電力設規”)、《鐵路電力牽引供電設計規范》(TB10009—2016)(以下簡稱“電牽設規”)、《高速鐵路設計規范》(TB10621—2014)(以下簡稱“高規”)。另外，由于大部分鐵路項目都由中國鐵路總公司主持修建，所以其于2014年發布的《鐵路技術管理規程》(高速部分、普速部分)(TG/01—2014)(以下簡稱“技規”)在實際應用中也起到很重要的作用。

對這些標準及文件進行全面梳理，并結合現場工程實踐，調研標準及文件使用情況等，總結歸納出以下兩方面可以進一步進行優化完善。

(1)標準及文件自身可以進一步優化完善。一是相關條款規定可以通過優化，節省工程投資；二是隨著科研技術的成熟，一些科研成果可以用于標準優化。

(2)標準及文件之間可以進一步優化完善。不同標準及文件之間可能存在對同一問題規定不一致的問題。通過優化協調，可進一步提高操作性。

2 自身優化完善

2.1 《鐵路電力設計規范》(TB10008—2015)

第8.3.2條 第3款“……位于區間、野外的露出地面的電纜2.0 m高范圍內，除穿管外，還應加設磚砌或混凝土防護。”[5]

本條款規定了對于露出地面的電纜要采取加設磚砌或混凝土防護的措施。然而實際調研反映，工程中大量電力電源線、貫通線在架空線與電纜相互轉換的電桿處，電纜均露出地面。如嚴格按照本規范執行，增加工程量巨大，難以實現且實用性不大。“高規”中僅對上下橋電纜在距地面2 m范圍內，要求采取磚砌圍樁防護。“電力設規”可參照“高規”進行規定，可優化完善為“高速鐵路、城際鐵路沿橋墩上下橋的電纜在距地面2 m范圍內，除穿管外，還應加設磚砌圍樁防護。”

第8.3.3條 “電纜沿鐵路橋梁敷設時應符合下列規定：1可采用穿管或沿槽道敷設。槽道宜結合人行道合理設置，槽道內應鋪裝減振墊……”[5]。

規范規定槽道內應鋪設減振墊。但工程現場反映鐵路橋梁電纜槽內振動對電纜影響有限，且全線橋梁槽道均鋪設減振墊會帶來工程投資增加，特別是對目前高速鐵路大量“以橋代路”的建設模式而言。本條款可優化完善為“……槽道內應采取減振措施……”，不指明應采用減振墊的形式。

2.2 《鐵路電力牽引供電設計規范》(TB10009—2016)

第4.5.7條 “導體和導體、導體和電器的連接應符合下列規定：……2需要斷開的接頭及導體和電器端子的連接處，應采用螺栓連接……”[6]。

本條款規定了導體和導體、導體和電器之間連接所采用的方式，應采用螺栓連接。但目前實際工程中，導體與導體間，特別是電纜之間多采用壓接方式。壓接方式施工起來更為方便可靠。導體與設備電氣端子的連接依舊應采用螺栓連接。因此，可優化完善為“……需要斷開的接頭及導線和電氣設備端子的連接處，可采用螺栓連接或壓接……”。

第4.7.1條 第3款“……主變壓器的主保護裝置與后備保護裝置應獨立設置……”[6]；第4.7.6條第3款“……220 kV及以上變壓器宜采用雙重化保護配置……”[6]。

第一個條款規定了主變壓器的主、后保護裝置應獨立設置，第二個條款規定了220 kV及以上變壓器采用雙重化保護。這兩個條款放在一起，容易混淆理解為220 kV及以上變壓器要配置4臺保護裝置，兩主兩后。而《繼電保護和安全自動裝置技術規程》(GB/T14285—2006)中第4.1.12條第1款規定：“宜將被保護設備或線路的主保護(包括縱、橫聯保護等)及后備保護綜合在一整套裝置內……對僅配置一套主保護的設備，應采用主保護與后備保護相互獨立的裝置”[7]。實際中，對于220 kV及以上變壓器，采用主后一體化保護裝置，不僅也能滿足保護要求，同時還可以減少保護裝置數量，節省投資。因此，為避免造成混淆，這兩條條款可以合起來優化完善為一條條款：“采用雙重化配置的主變壓器保護裝置可采用主后一體化保護裝置，采用單套配置的主變壓器的主保護裝置與后備保護裝置應獨立設置”。

2.3 《高速鐵路設計規范》(TB10621—2014)

第11.3.19條 “27.5 kV專用電纜金屬屏蔽層與金屬保護層應分開接地……2采用單點直接接地方式時，另一端宜設置保護層電壓限制器。”[8]

本條款首先規定了27.5 kV專用電纜的屏蔽層和保護層應分開接地，隨后又規定單點接地時，要設置護層保護器。這樣可以理解為屏蔽層和保護層需分別設置一個護層保護器。然而，鐵路總公司科研課題《高速鐵路牽引供電27.5 kV單芯電纜敷設設計標準研究》研究結論表明，27.5 kV專用電纜屏蔽層和保護層可共設護層保護器，使用一個護層保護器就能滿足功能及安全需求。如此可減少一半護層保護器數量，節省工程投資。所以，本條款可優化完善為“27.5 kV電纜金屬屏蔽層與保護層宜采用單點直接接地方式，一端接地，另一端宜設置護層電壓限制器。屏蔽層和鎧裝層可共設護層保護器”。

第11.5.5條 “接觸網供電分段設計應符合下列規定：1……在車站兩端、正線區間每隔10～15 km處、AT供電方式下靠近AT所附近、長度大于1 km隧道的出入口、長度大于5 km隧道內宜設置絕緣錨段關節及電動隔離開關，并納入遠動……”[8]。

本條款本意是在一定區段范圍內設置電分段，縮小事故、維修范圍，以及規定隧道的防災救援要求。其中對于隧道，規定當長度大于1 km時，即在其出入口設置絕緣錨段關節及隔離開關。這條在實際執行過程中，對于隧道眾多的山區鐵路，會引起大量錨段關節及隔離開關的設置，既不必要又帶來巨大的運營維護工作。在維持原意的基礎上，可對其說法進行優化完善，可規定為：

“高速鐵路宜在下列地段設置絕緣錨段關節，并滿足至少半個供電臂停電要求：

(1)車站兩端；

(2)供電臂中部或AT所附近；

(3)特長隧道、長隧道、隧道群區段兩端；

(4)隧道或隧道群長度大于5 km時可每隔5 km設置；

注：以上(2)、(3)、(4)項的絕緣錨段關節可結合線路工況合并設置。”

第12.2.7條 “車站及區間通信、信號等與行車有關的一級負荷應由電力一級負荷、綜合負荷貫通線路提供兩路相互獨立的電源供電……有條件時，車站信號負荷可由車站綜合變壓器低壓側另接引第三路備用電源。遠離貫通線路的通信信號一級負荷可采用三路相互獨立的電源供電……”[8]

本條款規定車站信號負荷、遠離貫通線的通信信號負荷除了原有的雙電力貫通線供電外，在有條件時，再接第三路電源作為備用。引接第三路電源必要性不高，本身一級負荷已經有兩路貫通線互作備用進行供電，可靠性較高。強行引入第三路電源，不僅會造成系統接線復雜，同時增加設備故障率，綜合效果反而下降。作為優化完善，可以將此規定刪除，具體項目進行具體設計。

3 彼此之間優化完善

3.1 “高規”與“電力設規”

“高規”第12.2.4條 “……配電變壓器裝機容量近期達10 MV·A以上、經技術經濟比較合理時，宜采用35 kV及以上電壓等級的地區變配電所進行集中供電。”[8]

“電力設規”第4.3.2條 “由鐵路10 kV配電所供電的變壓器最大安裝容量不宜超過15 MV·A。”[5]

2本規范從不同的出發點，對配電所電壓等級與其變壓器最大安裝容量的對應關系作出了規定。按照“高規”規定，10 MV·A以上變壓器采用35 kV及以上電壓等級電源供電，反過來可以理解為10 MV·A及以下變壓器采用35 kV以下，即10 kV電壓等級對其進行用電。而“電力設規”規定，10 kV電壓等級電源對應最大變壓器安裝容量可達15 MV·A。2條規定分別從不同角度出發，規定的變壓器容量范圍有交叉，容易造成混淆，使用時帶來苦難。為減少歧義，建議兩本規范相協調，對同樣電壓等級供電的變壓器最大安裝容量規定同一個數值。

3.2 “技規”與“電力設規”

“技規”(高速部分)第184條 “35 kV及以下的電線路(包括通信線路、廣播電視線路等)不得跨越接觸網，應由地下穿過鐵路”。[9]

“電力設規”表7.7.3架空線路與鐵路交叉或接近的規定中規定10 kV及以下架空電力線路不得跨越接觸網，35 kV電力線路可以跨越，電力線路距接觸網最上部導體最小距離為3 m。[5]

“技規”(高速部分)規定35 kV及以下電力線路不得跨越電氣化鐵路，“電力設規”僅規定10 kV及以下電力線路不得跨越電氣化鐵路。如按“技規”執行，將造成高速鐵路大量35 kV電力線路進行遷改，增加投資。經調研測算，在建高速鐵路35 kV電力線路如需遷改，將增加投資約31億元。考慮到《鐵路安全管理條例》(國務院令第639號)無此項規定、現行國家標準《66 kV及以下架空電力線路設計規范》(GB50061—2010)允許上跨[10]，且原鐵道部《轉發國務院安全生產委員會辦公室關于對電力線通信線廣播電視線交越和搭掛進行安全整治的通知》(辦運發[2003]25號)中僅規定“在電氣化區段，嚴禁10 kV及以下電線路、通信線、廣播電視線交叉跨越和搭接”。建議“技規”(高速部分)按照“電力設規”進行修改，允許35 kV電力線路按照有關規定進行上跨，如此可節省大量工程投資。

“技規”(普速部分)第209條 “35 kV及以上電力線路的電桿內緣至線路中心的水平距離不小于桿高加3 100 mm。35 kV以下電力線路的電桿內緣至線路中心的水平距離不小于3 100 mm”。[11]

“技規”(高速部分)第183條 “電力線路的電桿內緣至線路中心的水平距離不小于桿高加3 100 mm”。[9]

“電力設規”表7.7.3架空線路與鐵路交叉或接近的規定中規定對電氣化鐵路，電桿支柱距軌道中心最小距離滿足：10 kV及以下電力線路，路內10 m，路外平行時桿高加3.1 m，交叉時10 m；35～66 kV電力線路，平行時桿高加3.1 m，交叉時30 m；110 kV及以上，桿高加3.1 m，無法滿足時雙方協商確定[5]。

從規定中就可以看出，“電力設規”根據不同電壓等級、不同情況進行了細致而又有針對性的規定，且與電力行業相關標準相符[12]，而技規中則大而全的統一要求要滿足最小距離為桿高加3.1 m的要求。這樣“技規”在執行過程中遇到了許多困難，特別是對于高電壓等級的路外電力線路，塔高極高，此時要想滿足桿高加3.1 m的規定非常困難。有些線路甚至要因此進行大規模遷改，投資代價巨大。建議“技規”按照“電力設規”修改相關規定，滿足國家、行業標準要求即可，減少不必要的工程投資。

3.3 “技規”與“電牽設規”

“技規”(普速部分)第203條、“技規”(高速部分)第183條規定“跨越電氣化鐵路的各種建(構)筑物與帶電部分最小距離，不小于500 mm。”[9，11]

“電牽設規”表5.3.2空氣絕緣間隙值中規定25 kV帶電體距跨線建筑物底部的靜態間隙正常值(不小于)500 mm，困難值(不小于)300 mm[6]。

關于跨線建筑物與25 kV帶電體最小距離的要求，“技規”規定最小為500 mm，“電牽設規”規定正常時為500 mm，困難時為300 mm。“電牽設規”這樣規定是考慮到大量既有線情況，如都嚴格按照500 mm執行，將大量增加跨線建筑物建造和遷改投資。且歐洲標準《架空接觸網》(EN50119—2009)中規定跨線建筑物與25 kV帶電體最小距離僅為270 mm[13-14]。建議“技規”按照“電牽設規”進行修改，以適用于更多工況，減少不必要投資。

4 結語

鐵路電力、牽引供電工程設計是施工、驗收的源頭，相關標準及文件又是這源頭制定的依據[15]。雖然經過多年電氣化鐵路的建設，積累了大量工程經驗，但標準及相關文件中依然有可以進一步進行優化完善的地方。通過對相關標準及文件進行全面系統的梳理整理，對有關問題提出優化完善建議，有助于進一步提高工程設計質量及其安全性和經濟性。

[1] 中國鐵道學會電氣化委員會.中國鐵路電氣化建設[M].北京：中國鐵道出版社，2014.

[2] 王哲浩，桑翠江.努力做好高速鐵路工程建設技術標準體系編制工作[J].鐵道通信信號，2010(1)：1-3.

[3] 王祖峰，劉永紅，李文豪.高速鐵路牽引供電系統技術標準體系[J].中國鐵路，2011(1)：34-39.

[4] 朱飛雄.《高速鐵路設計規范(電力牽引供電部分)》的主要技術創新[J].鐵道經濟研究，2010(3)：18-20.

[5] 國家鐵路局.TB10008—2015 鐵路電力設計規范[S].北京：中國鐵道出版社，2016.

[6] 國家鐵路局.TB10009—2016. 鐵路電力牽引供電設計規范[S].北京：中國鐵道出版社，2016.

[7] 中國國家標準化管理委員會.GB/T14285—2006 繼電保護和安全自動裝置技術規程[S].北京:中國標準出版社，2006.

[8] 國家鐵路局.TB10621—2014 高速鐵路設計規范[S].北京：中國鐵道出版社，2015.

[9] 中國鐵路總公司.TG/01—2014 鐵路技術管理規程(高速鐵路部分)[S].北京：中國鐵道出版社，2014.

[10] 中華人民共和國住房和城鄉建設部.GB50061—2010 66 kV及以下架空電力線路設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2010.

[11] 中國鐵路總公司.TG/01—2014 鐵路技術管理規程(普速鐵路部分)[S].北京：中國鐵道出版社，2014.

[12] 張華志.牽引變電設計標準與電力行業相關標準差異性分析[J].鐵道標準設計，2014(4)：123-125.

[13] 朱飛雄.歐洲鐵路接觸網受電弓系統兼容標準及其影響[J].鐵道標準設計，2005(6)：97-100.

[14] 楊佳，潘英.委內瑞拉北部鐵路接觸網設計關鍵技術[J].鐵道標準設計，2013(6)：154-157.

[15] 劉莉蓉.電氣化鐵路“四電”集成中接觸網設計執行標準的探討[J].鐵道技術監督，2014(12)：6-8.

Optimization Recommendations for Related Standards and Official Documents of Railway Electric Power and Traction Power Supply

XIA Yan

(China Railway Economic and Planning Research Institute, Beijing 100038, China)

In order to further improve the design of railway electric power and traction power supply, this article sorts out the related design standards and official documents of railway electric power and traction power supply, mainly including Code for Design of Railway Electric Power (TB10008—2015), Code for Design of Railway Traction Power Supply (TB10009—2016), Code for Design of High Speed Railway (TB10621—2016) and Railway Technology and Management Specification (TG/01—2014). And based on the engineering practices, optimization recommendations are proposed to improve relevant clauses in the above codes for better project quality and technical and economical benefit.

Electric power; Traction power supply; High speed railway; Standard; Optimization

1004-2954(2018)01-0123-04

2017-05-09；

2017-06-19

夏 炎(1989—)，男，工程師，2014年畢業于北京交通大學電氣工程專業，工學碩士，主要從事鐵路電力、電力牽引供電標準管理及其他標準化工作，E-mail：15120074099@163.com。

U223

A

10.13238/j.issn.1004-2954.201705090001