淺談拉伊鐵路33kV 電力貫通線設計

張河松

（中土集團福州勘察設計研究院有限公司，福建 福州 350000）

尼日利亞現代化鐵路（Lagos ～Ibadan 段）簡稱拉伊鐵路。其中正線全長156.8km，共設9 個車站，支線全長6.513km（含港口內正線）。參照中國I 級鐵路標準、內燃牽引設計，設計時速150km/h。設置33kV 電力貫通線1 條，并配備柴油發電機組，作為用電負荷的主用或備用電源。33kV 電力貫通線采用尼日利亞當地電力標準自主設計，在前期設計過程因設計標準差異，遇到很多曾經沒有接觸過的問題。本文僅針對拉伊正線33kV電力貫通線設計進行探討。

1 拉伊鐵路電力系統組成

Lagos 至Ibadan 全線分段新建一回33kV 電力貫通線，分別由Lagos 配電所、Abeokuta 配電所、Ibadan配電所貫通母線段高壓柜饋出。配電所一路33kV 電源進線，預留二路電源土建條件。車站和區間基站電源由33kV 電力貫通線或配電所站饋線接引。同時，配置2 臺柴油發電機組，一主一備。機輛段、貨場、綜合維修車間、工區、客整所、整備點電源由33kV 電力貫通線或配電所站饋線接引。同時，配置1 臺柴油發電機組。

2 拉伊鐵路供電方案分析比較與選擇

2.1 拉伊鐵路供電方案分析比較

（1）分散式供電。分散式供電優點是供電線路較短，綜合投資較低。缺點是整條鐵路全線需就近向地方接引多處電源，運營維護管理有較高難度。本項目不適于采用分散式供電，具體原因如下：①分散式供電要求鐵路沿線地方電力資源豐富。拉伊鐵路沿線地方電網不發達，電力供應不足，難以就近接引可靠的地方電源。②由于國內外國情的差異化，會因外部因素（市政規劃、電力公司、社會民眾等）影響項目的總體設計、施工難度和進度。③因外部電源需分點分散由地方電源接引，對后期鐵路運營和供電系統的維護管理提出巨大的挑戰，同時可能會引起電力設施產權糾紛。

（2）集中式供電。集中式供電具有可靠性高、便于統一管理、施工方便、運營維護管理簡單，但投資比較大。集中式供電方案又分鏈式供電和環式供電。鏈式供電方案缺點為供電可靠性不高，鏈式供電方案最大的優點是節省投資費用，操作簡單，該種方案在偏遠地區及電源條件較差區域的架空線路得到較廣泛的運用。環式供電方案供電可靠性高，當環網中任何一段線路發生故障停電的時候，可通過聯絡開關來恢復供電。缺點是投資較高。

2.2 拉伊鐵路供電方案選擇

拉伊鐵路沿線主要分布有33kV、11kV 供電網絡，沿線電網覆蓋率較低，電力設備和輸電線路老化，電力供應不足，停電情況常態化，供電可靠性、穩定性和安全性較差。集中式供電方案的環式供電，在國內已經很成熟的運用了多年。然而，環式供電方案并未在拉伊鐵路項目運用，結合尼日利亞當地國情，從安全性、經濟性、可靠性等3 個基本電力特征進行分析對比，拉伊鐵路33kV 電力貫通線最終采用供電簡單，投資較少，可靠性較高的鏈式分段供電方案。圖1 為拉伊鐵路Lagos～Abeokuta 段供電示意圖。

圖1 拉伊鐵路Lagos～Abeokuta 段供電示意圖

3 拉伊鐵路電力貫通線技術特點分析

（1）33kV 電壓等級選取。國內貫通線通常采用10kV 電壓等級，而拉伊電力貫通線未采用11kV 或由前端33kV 降壓至11kV 進行配網，而采用33kV 電壓等級。拉伊鐵路沿線主要分布有33kV、11kV 供電網絡。根據現場調查，11kV 主要運用在城市配網中而33kV 較多的運用在工業生產中。當地33/11kV 變電站終端電力設備和輸電線路老化，無法可靠保證鐵路供電的穩定。而132/33kV 終端電力設備相對較新,電壓等級越高可靠性越高，可以為鐵路供電提供較為穩定的專盤專線。最終采用33kV 電壓等級。

（2）供電可靠性。全線3 個配電所電源采用一路專盤專線，同時在車站變電所和區間基站等重要的負荷場所設置兩臺備用發電機，一主一備。可以滿足尼日利亞長期無市電的情況下，確保與行車密切相關的通信、信號系統的主要設備供電的可靠性。

（3）供電安全性。拉伊鐵路33kV 電力貫通線采用鏈式分段供電方案，然而，并未采用在國內已經很成熟運用了多年環式供電方案。其主要原因為尼日利亞當地電源和電壓及其不穩定，很容易造成前端和終端設備的頻繁性的切換導致的設備損害。同時，由于當地電力員工職業技能較低，很容易引起誤操作，影響整個鐵路供電系統、設備和人員的安全性。最終采用操作和運營簡單的鏈式分段供電方案，確保整條供電線路的安全性。

（4）供電經濟性。拉伊鐵路33kV 電力貫通線采用的是分段供電，中間不聯絡。減少項目投資的情況下又能保證供電安全性和可靠性，具有較高的經濟性。

4 拉伊鐵路電力貫通線標準化差異

當地電力部門難以接受中國標準以及對后期的運營維護造成很大的不便，拉伊鐵路電力貫通線設計采用當地設計標準，并滿足NEMSA（尼日利亞電力委員會）的最終批復和驗收。尼日利亞當地電力主要標準差異如表1。

表1 主要標準差異

（1）電力電桿采用當地標準要求。通過對當地電桿生產廠家實地考察，制定符合當地要求的電桿生產圖、金具安裝圖以及架空線架設圖。當地主用電桿高度為10.4m 和12.2m 的類似H 變徑型電桿，本次選用12.2m電力電桿。

（2）檔距要求城區段等人員房屋密集的地段基本檔距為50m，其余區段基本檔距為70m。

（3）距離鐵路中心線倒桿距離為桿高加2.5m，路塹段距路塹邊緣不小于桿高。桿高為電桿整體高度，不減少埋深距離。

（4）架空線采用截面為150mm2的ACSR，33kV 電纜采用截面為150mm2的鋁芯電纜。

（5）直線段每10 根桿作1 個門型耐張桿，一耐張段除去兩側雙桿需接地外，另需每隔三根桿接地，接地電阻小于2Ω。大于5°的轉角桿、終端桿采用門型桿，大于90°轉角桿采用3 根電桿。

5 拉伊鐵路33kV 電力貫通線設計

5.1 33kV 電力貫通線概述

通過對尼日利亞拉伊鐵路33kV 電力貫通線供電方案分析、技術特點分析、標準差異對比，全線設置一回滿足當地標準和國情的33kV 電力貫通線，分別由Lagos配電所、Abeokuta 配電所、Ibadan 配電所高壓柜饋出，主要采用架空線形式，個別地方由于條件限制采用電纜形式。架空線采用LGJ-150 型鋼芯鋁絞線，電纜采用YJLY22-33kV-3×150mm2型高壓電纜,電纜主要采用直埋敷設方式。電桿采用12.2m，城區段基本檔距50m，其余區段檔距70m。

5.2 電桿的選擇

電桿采用尼日利亞當地混凝土桿，選用的桿型有DP1、DP2、DP3、DP4、DP5、DP6、DP7、SP1、SP2。 每隔十檔設置一耐張桿，耐張桿、轉角桿、設備桿，T 接桿以及電纜終端桿均采用門型桿，各類桿型安裝位置如表2 所示。

表2 各類桿型安裝位置

5.3 電纜敷設

33kV 高壓電纜線路主要采用直埋敷設方式，電纜埋深應滿足當地標準。電纜穿越農田時，埋深不應小于1.2m；在有可能受到車輛或重物壓力的地方時，埋深不應小于1.5m；在道路和人行道下，埋深不應小于1.2m；在硬化面處埋深不應小于1m。電纜過硬化路面及過公路、鐵路應穿SC150 鍍鋅鋼管保護。電纜過橋時，沿橋上電纜槽敷設。

5.4 電容電流計算

電纜單相對地電容電流可以按下式計算：

其中，IC為電纜單相電容電流，A；1C為電纜單位電容，mF/km；ω為角頻率；l為電纜長度，km。

忽略各系統負荷和變壓器阻抗，其系統最大無功容量計算為：

當3IC＜20A 時，采用并聯電抗器補償時，75%補償效果最好，得到電抗器補償容量為：

由上述計算公式，單相對地電容電流值與電纜長度和電壓成正比關系，33kV 電力貫通線單相對地電容電流是10kV 電力貫通線單相對地電容電流3.3 倍關系。架空線路對地電容電流很小，通常在計算無功補償時忽略不計。架空和電纜混合線采用就地補償電抗，用以補償電纜產生的電容電流,采用箱式電抗器分散設置于車站附近。結合電纜相關參數，可求得各個區段電抗器補償容量如表3 所示。

表3 電抗器補償容量表

6 結語

通過對尼日利亞拉伊鐵路33kV 電力貫通線供電方案分析、技術特點分析、標準差異對比，結合當地國情完成了滿足尼日利亞電力標準的貫通線設計，通過本文的研究，旨在為尼日利亞類似工程提供一定的參考和借鑒。