電源匱乏情況下的鐵路電力供電方案選擇淺析

劉明強(qiáng)　由恒遠(yuǎn)

摘 要：鐵路電力供電系統(tǒng)是鐵路通信信號(hào)等重要負(fù)荷的電源。隨著鐵路建設(shè)進(jìn)一步深化和建設(shè)重點(diǎn)的西進(jìn)，在西部偏遠(yuǎn)地區(qū)電源匱乏的情況下，電力供電面臨的電源問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。因此，分析了幾種供電方式的優(yōu)、缺點(diǎn)，并綜合經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件，提出了不同情況下的供電方案。

關(guān)鍵詞：供電系統(tǒng)；鐵路通信信號(hào)；供電方案；接觸網(wǎng)

中圖分類號(hào)：TM46 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.16.117

鐵路是國(guó)家的命脈，鐵路強(qiáng)大的運(yùn)載能力是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要?jiǎng)恿?。隨著鐵路建設(shè)的進(jìn)一步深化和建設(shè)重點(diǎn)的西進(jìn)，鐵路電力供電系統(tǒng)的電源接入問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)了從110 kV直接取電變10 kV的現(xiàn)象，增加了建設(shè)難度。針對(duì)取電困難問(wèn)題，本文主要提出了幾種非常規(guī)電源，以解決目前電源接入難的問(wèn)題。

1 電源方案

1.1 一路貫通線的交直交電源分布式供電

在此方案中，鐵路沿線只具備一路貫通電源的條件，貫通出線1和貫通出線2經(jīng)調(diào)壓器給沿線信號(hào)箱變電源供電。由于不滿足一級(jí)負(fù)荷需要2路獨(dú)立電源的要求，需設(shè)置第二路可靠電源。第二路電源采用牽引交直交電源箱變，由于交直交箱變的電源為接觸網(wǎng)，其負(fù)荷等級(jí)為一級(jí)負(fù)荷，所以，其可靠性較高。此外，接觸網(wǎng)在停電和備自投操作過(guò)程中出現(xiàn)了約300 ms的斷電時(shí)間區(qū)間，為了保證供電的連續(xù)性，需設(shè)置一定容量的電池，交直交電源可提供1 s的續(xù)流供電，可保證信號(hào)電源不出現(xiàn)斷電間隙，從而滿足信號(hào)電源供電150 ms斷電時(shí)間的規(guī)定。

1.2 一路貫通線的交直交電源集中供電

由于牽引交直交箱變?cè)诮佑|網(wǎng)沿線取電管理中存在一定的難度和隱患，因此，需要改進(jìn)方案。在原先一路貫通的基礎(chǔ)上，第二路電源采用10 kV架空或電纜線路，電源直接在接觸網(wǎng)牽引變電站內(nèi)取電，經(jīng)交直交和升壓變壓器提供給10 kV架空線或電纜電能，形成第二路10 kV線路。

1.3 風(fēng)光互補(bǔ)分布式供電

鐵路沿線區(qū)間用電負(fù)荷小且分散，因此，可采用設(shè)置自備電源方案。西部地區(qū)的可再生資源分布情況較好，可以太陽(yáng)能、風(fēng)能等資源作為自備電源，通過(guò)太陽(yáng)能、風(fēng)能發(fā)電和風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電為鐵路沿線負(fù)荷點(diǎn)提供電源。此供電方案的可靠性較高。

1.4 柴油發(fā)電機(jī)組分布式供電

柴油發(fā)電機(jī)組分布式供電為應(yīng)急供電方案，選擇常規(guī)的柴油發(fā)電機(jī)組獨(dú)立或與其他電源配合作為電源。

2 方案對(duì)比分析

2.1 成本分析

按電源供電系統(tǒng)的規(guī)模為50 km線路，配置5臺(tái)箱變，每臺(tái)箱變的容量為50 kVA，總配電所的容量為500 kVA計(jì)算。

采用一路貫通線的交直交電源分布式供電時(shí)，每臺(tái)分布式交直交箱變的投資為50萬(wàn)左右，其他建設(shè)費(fèi)用為10萬(wàn)左右，沿線5臺(tái)設(shè)備的總投資為300萬(wàn)元左右。

采用一路貫通線的交直交電源集中供電時(shí)，投資主要包括建設(shè)鐵路電力線路、配電所，以及每臺(tái)鐵路遠(yuǎn)動(dòng)箱變?cè)鲈O(shè)1路電源。鐵路電力線路主要以架空線和電纜為主，其投資成本為20萬(wàn)元/km；交直交配電投資為150萬(wàn)元；增加1路貫通電源箱式變電站的投資約為15萬(wàn)元。按50 km為1個(gè)供電區(qū)間設(shè)置5個(gè)電力遠(yuǎn)動(dòng)箱變計(jì)算，總投資為1 375萬(wàn)元。

采用風(fēng)光互補(bǔ)分布式供電時(shí)，主要包括風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電部分和蓄電池部分。其中，風(fēng)光互補(bǔ)的投資成本約為60萬(wàn)，蓄電池按10 h備用為準(zhǔn)，為5萬(wàn)元左右，總投資為325萬(wàn)元。

采用柴油發(fā)電機(jī)組分布式供電時(shí)，每臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組為20萬(wàn)元，總投資為100萬(wàn)元。

由此可見，采用柴油發(fā)電機(jī)組分布式供電的投資最低，采用一路貫通線的交直交電源集中供電的投資最高。

2.2 可靠性和運(yùn)行維護(hù)工作分析

采用一路貫通線的交直交電源分布式供電時(shí)，運(yùn)行可靠性主要取決于交直交電源可靠性和接觸網(wǎng)停電兩方面。交直交電源采用模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了N+1備用，可靠性高；接觸網(wǎng)停電的概率較低。因此，此方案較為穩(wěn)定，運(yùn)維方便。

采用一路貫通線的交直交電源集中供電時(shí)，由于交直交電源在大容量站場(chǎng)的應(yīng)用為N+N備用，設(shè)備的可靠性極高。因此，此方案的運(yùn)行可靠性取決于接觸網(wǎng)停電問(wèn)題，而接觸網(wǎng)停電的概率較小，所以，此方案非常穩(wěn)定，運(yùn)維方便。

采用風(fēng)光互補(bǔ)分布式供電時(shí)，運(yùn)行可靠性主要取決于風(fēng)光互補(bǔ)電源的可靠性和蓄電池的維護(hù)問(wèn)題。西部地區(qū)的風(fēng)能和太陽(yáng)能較豐富，且風(fēng)能、太陽(yáng)能同時(shí)無(wú)效的情況較少，因此，此方案的發(fā)電可靠性較高，但因蓄電池的容量不宜過(guò)大，且蓄電池的維護(hù)成本和維護(hù)工作量較大，因此，蓄電池的安全可靠性是主要隱患。從總體上看，此方案的可靠性較高，但運(yùn)維困難。

采用柴油發(fā)電機(jī)組分布式供電時(shí)，其運(yùn)行可靠性主要取決于柴油發(fā)電機(jī)組的啟動(dòng)可靠性。西部地區(qū)冬季啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組的難度非常大，運(yùn)維工作量極大且不可控。因此，此方案不穩(wěn)定、可靠性低，運(yùn)維極困難，不建議采用。柴油發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn)是應(yīng)急供電，因此，可在部分電力工區(qū)配置。

2.3 設(shè)備更新改造周期

一路貫通線的交直交電源分布式供電交直交電源箱變的設(shè)計(jì)壽命為20年，設(shè)備在運(yùn)行周期內(nèi)基本不需要維修。

一路貫通線的交直交電源集中供電中存在一部分架空線，根據(jù)以往的鐵路線路大修經(jīng)驗(yàn)，架空電力線路的大修周期不超過(guò)15年。

在風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電設(shè)備中，蓄電池占的投資比例較大，但也是使用壽命較短的設(shè)備。從實(shí)際使用效果看，蓄電池的更新周期為5～8年，大大短于架空線路和高壓配電設(shè)備的更換周期。因此，設(shè)備折舊成本較高。

柴油發(fā)電機(jī)組分布式供電的運(yùn)維工作量極大，生命周期一般在10年左右。

2.4 方案的靈活性對(duì)比

一路貫通線的交直交電源分布式供電、風(fēng)光互補(bǔ)分布式供電、柴油發(fā)電機(jī)組分布式供電均為獨(dú)立安裝，其靈活性高，可被廣泛應(yīng)用于鐵路信號(hào)供電和鐵路其他負(fù)載供電；一路貫通線的交直交電源分布式供電的建設(shè)周期短，可進(jìn)行局部調(diào)整和全線配電；一路貫通線的交直交電源集中供電為全線安裝，基于現(xiàn)有的架空和電纜線路，其一般只作為信號(hào)供電，建設(shè)周期會(huì)受到線路施工的限制，工期較長(zhǎng)，因此，靈活性相對(duì)較差。

3 結(jié)論

綜上所述，我國(guó)西北部等電力匱乏的地區(qū)可考慮采用以上方案解決取電難的問(wèn)題。從可靠性和投資等方面考慮，一路貫通線的交直交電源集中供電符合現(xiàn)有鐵路運(yùn)行規(guī)范，可靠性最高，但投資也最高；綜合經(jīng)濟(jì)和可靠性等方面考慮，一路貫通線的交直交電源分布式供電最合理，建議推廣應(yīng)用；風(fēng)光互補(bǔ)分布式供電的性價(jià)比不高，維護(hù)成本較高，應(yīng)謹(jǐn)慎選擇；建議將柴油發(fā)電機(jī)組分布式供電僅作為電力檢修工區(qū)的應(yīng)急電源。

參考文獻(xiàn)

[1]鈕承新.交直交電源裝置在電氣化鐵路上的研究與應(yīng)用[J].電氣化鐵道，2013（06）.

〔編輯：張思楠〕

Abstract： Railway power supply system is the important load of railway communication signal power supply. With the further deepening of railway construction and the construction of Key West， in the western remote area power supply shortage situation， face power supply power supply problems become more serious. Therefore， the advantages and disadvantages of several power supply modes are analyzed， and the integrated economic and technological conditions are put forward.

Key words： power supply system； railway communication signal； power supply scheme； contact net