鐵路專用線供電方案研究論文
供電原則
供電原則應根據專用線的運輸特點，執行國家有關設計規范，滿足業主需求、參照執行《鐵路電力設計規范》和代管鐵路局的意見。供電方案應充分考慮其經濟性及后期運營成本。專用線與既有鐵路設施和業主其他電力設施的管理分界和計費應盡量清晰。對于專用線的電源部分，應根據《電力供應與使用條例》等規定，統籌考慮裝車站內鐵路專用線業主的其他用電需求、統籌設計方案［5］。對于通信信號等重要設備，應根據電源情況和設備電源屏配置的蓄電池統籌考慮，供電標準應符合因地制宜的原則。對于接軌站的通信信號等鐵路專用設備應按接軌站相關鐵路的供電標準供電;專用線站和區間通信信號(特別為二級負荷時)的供電標準應根據專用線自身運營特點和電源情況、業主運營習慣統籌考慮，不宜簡單劃分。當電源接引容易、投資較少時，二級負荷亦宜接引兩路電源。
供電方案
1接軌站
接軌站通信信號設備供電方案原則上同既有模式。對于在既有信號樓內增加通信信號設備時，根據通信信號專業是否設置單獨電源屏，確定電力專業是否單獨接引低壓電纜;對于新建信號樓時，電力專業原則按既有鐵路通信信號供電方案和供電標準，單獨設置10/0.4kV變電所并納入電力遠動系統。接軌站其他用電設施應根據產權劃分協議，確定其電源接引方案。產權屬于鐵路的新增用電設施應接引鐵路配電所或貫通線電源;產權屬于專用線的用電設施原則上應單獨接引地方電源或將區間產區屬于專用線的高壓電源延伸至接軌站，若經濟技術比嚴重不合理時，征求供電公司和鐵路局意見后，可接引鐵路電源，同時應作好明確的計費和供電分界，一般每路電源分界點只設置1個。如上例所述工程，在A1站中若無除通信信號外的其他專用線用電設備，A1站應盡量無電力工程;若A1站中有通信信號外的其他較大專用線用電設備，A1站應單獨設置變電所，接引既有鐵路之外的電源，若有紅外軸溫等較小設備用電設備，可接引既有鐵路貫通線。
2區間
(1)區間集中與分散供電方案的比選鐵路專用線區間較短，且區間用電設備大多為通信設備(基站或光纖置放站)或隧道照明，因此，區間供電方案應根據區間供電需求的數量、區間可接引的電源情況綜合確定集中供電方案或分散供電方案。對于通信設備還應與通信專業密切配合，了解通信GSMR基站或無線通信不同設計方案對用電要求的差別:設置GSMR基站［6］(區間負荷間距約5～7km)或無線通信(區間負荷間距約15km)的通信傳輸子系統均可滿足專用線通信需求，但不同通信方案用電需求對電力供電方案影響很大。采用GSMR基站區間用電負荷間距小，可結合其他用電負荷優先考慮設置貫通線的集中供電方式;采用無線通信方案(通信用電點基本集中在車站)，電力專業可不設置貫通線，采用單獨接引地方電源、就近自專用線站饋出單獨回路的方案或自接觸網接引電源(接引27.5/0.23kV電源，并經電能質量處理)［7］等分散供電方式。為此，電力專業需要與通信專業密切配合，綜合確定本工程系統最優的通信和電力方案。針對上述案例，由于通信采用GSMR基站且全線隧道照明負荷較多，全線至少設置一路10kV貫通線。
(2)區間通信設備的供電標準和供電方案的分析由于專用線長度較短，區間通信設備(或個別信號設備)不宜嚴格按照《鐵路電力設計規范》按進行負荷分類，應按照國標、通信設備自身后備電源情況及設備運營要求進行綜合確定。此外，通常通信設備(含光纖直放站)設置兩路外部電源時，配置3～4h后備電源;一路外部電源時，配置8h后備電源。按照前文分析，區間通信專業屬于二級負荷。對于A1～A2站區間通信設備的供電，由于本線為鐵路專用線，業主和委托管理的鐵路局考慮后期減少維護管理工作，有兩個供電標準:設置雙路外部電源或設置一路外部電源。針對不同設計標準的供電方案為:方案一(全線設置一路10kV貫通線，并自A2站配電所單獨饋出一路10kV線路，再為通信設備提供第二路電源)和方案二(全線設置一路10kV貫通線)。此外，通信專業根據外部情況設置不同容量的后備電源。根據《供配電系統設計規范》(GB50052—2009)中3.0.2條規定“一級負荷應由雙重電源供電，當一路電源發生故障時，另一路電源不應同時受到損壞”，因此，對于通信設備(基站和光纖直放站)采用一路外電、另設置后備電源時，已屬于雙重電源，不僅符合國標對于Ⅱ級負荷的供電標準，還滿足了I級負荷的供電標準，為此，需根據外部電源可靠性(是否為雙電源)、貫通線線路標準(全電纜線路或承受外部災害能力較高、混架線路承受外部災害能力較小)、蓄電池繼續供電時間、區間設置第二路電源的工程投資綜合考慮區間供電設計標準。如，上述工程A1至A2站間采用自動閉塞方式、運輸較為繁忙、增加第二路外電源投資不大，故可采用方案一的設計標準。A2至A3站間區間通信設備則采用方案二的供電標準。因此，在設計文件中應將上述因素敘述清楚，提出推薦意見，交由業主和運營代管單位最終確定。此外，對于用電設備的負荷等級的劃分是對設備最低供電標準，同時也代表供電部門最低的電源服務標準。工程實施的供電標準應不低于負荷等級對應的供電標準。因此，在確定供電方案時，應先確定適宜的負荷等級，再通過技術經濟綜合比較，確定適宜的供電標準和方案。
(3)配電所設置方案的比選針對上述案例，由于區間設置貫通線，因此，配電所的具體設置位置還需進行詳細分析。由于A2、A3站均需接引兩路10kV電源，A1站具有接引電源條件，但無通信信號外的用電設備。為此，配電所［8］設置方案有:方案一(A2、A3站設置配電所)，方案二(A1、A3站設置配電所)。方案一不在A1站設置配電所，A1～A2站間貫通線自A2～A3站間貫通線間T接，本方案可以簡化專用線在A1站的用電管理，同時預留A2站向北設置貫通線條件，此外A3站調壓器設備可在遠期移至A4站;不會造成調壓器的重復建設;方案二在近期的供電方案顯得更合理，但由于A1站其他專業無用電設備，增加了專用線的用電維護工作量，同時未預留A2站向北設置貫通線條件。因此，對于鐵路專用線，應考慮運營維護的便利，在本工程中配電所設置方案推薦方案一。
3專用線站
(1)信號設備的供電專用線站的信號設備主要由調度集中設備、閉塞設備、車站聯鎖設備(6502或微機聯鎖)和監測系統組成。在信號設備供電中，最重要的是信號聯鎖設備［9］。對于信號車站聯鎖設備，一般采用6502或微機聯鎖設備。雖然微機聯鎖主機設備自身配置小容量UPS，一旦斷電，其對應的軌道電路與6502設備一樣均需進行電源恢復后的信號復位工作。經過上述分析，信號設備供電應盡量接引兩路電源，并需滿足兩路電源0.15S的切換時間要求。當專用線設計標準較高時，信號電源屏也可配置30min的UPS。綜上所述，對于二級負荷的信號設備供電，其供電方式根據裝車站外部電源情況、信號電源屏是否配置UPS、工程投資綜合確定，有條件時接引兩路高壓電源。對于只能接引一路高壓電源時，可接引兩路低壓電源，以部分提高信號供電可靠性。(2)其他設備的供電專用線中其他設備供電方案相對簡單，除考慮常規供電原則外，還需注意專線10/0.4kV變電所所址與業主在專用線附近設置的其他變電所的統籌考慮設置，以保證供電系統的最優。變電所、電纜等電力設施標準選用還需考慮專用線運輸貨物對電力設施的影響，如:運煤專用線對電力設施污穢的影響;沿海專用線對電力設施腐蝕的影響等。
4專用線站電源工程的系統設計由于專用線的產權屬于業主，專用線設計單位與業主在專用線附近的其他工程(如運煤專用線的儲運煤系統)通常不是一家設計單位，因此其電源工程應建議業主統籌考慮，避免重復投資。如上述案例:鐵路專用線A2、A3為煤炭集運站［10］，裝車能力為5000t/h，儲煤場為全封閉儲煤場，煤為自卸(側卸)汽車來煤，儲煤場中儲煤和回煤全部采用帶式輸送機運輸。當其規模很大時，其儲運裝系統總安裝設備總容量約為14300kW，計算負荷8200kW;當其規模較小時，其儲運裝系統計算負荷亦約為2200kW。為此，外部電源工程均為新建雙電源35/10kV變電所。由于專用線用電計算負荷約100～500kW。因此，鐵路專用線電源工程的方案應納入集運站儲運裝系統電源工程統籌考慮。
結論
鐵路專用線的供電方案應充分考慮專用線類型、投資方、運營管理類型、接軌站等外部因素。首先確定專用線供電系統與既有鐵路供電系統、專用線整體外部電源工程的合理界面;根據中斷停電在經濟上造成損失、影響鐵路運輸秩序的重要性確定通信信號合理的負荷等級;根據投資和運營管理規程，認真分析通信信號自備后備電源與單獨接引電源方案的比較，同時還要充分征求業主和委管鐵路局的意見，設計方案中充分考慮運營維護的影響，確定適宜的供電標準。綜上所述，鐵路專用線的供電方案既要考慮供電系統的安全可靠性，還應著重考慮其經濟性和業主需求。
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