淺談拉伊鐵路33kV 電力貫通線設(shè)計

張河松

（中土集團(tuán)福州勘察設(shè)計研究院有限公司，福建 福州 350000）

尼日利亞現(xiàn)代化鐵路（Lagos ～I(xiàn)badan 段）簡稱拉伊鐵路。其中正線全長156.8km，共設(shè)9 個車站，支線全長6.513km（含港口內(nèi)正線）。參照中國I 級鐵路標(biāo)準(zhǔn)、內(nèi)燃牽引設(shè)計，設(shè)計時速150km/h。設(shè)置33kV 電力貫通線1 條，并配備柴油發(fā)電機(jī)組，作為用電負(fù)荷的主用或備用電源。33kV 電力貫通線采用尼日利亞當(dāng)?shù)仉娏?biāo)準(zhǔn)自主設(shè)計，在前期設(shè)計過程因設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)差異，遇到很多曾經(jīng)沒有接觸過的問題。本文僅針對拉伊正線33kV電力貫通線設(shè)計進(jìn)行探討。

1 拉伊鐵路電力系統(tǒng)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(jìn)線，預(yù)留二路電源土建條件。車站和區(qū)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(fā)電機(jī)組，一主一備。機(jī)輛段、貨場、綜合維修車間、工區(qū)、客整所、整備點(diǎn)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(fā)電機(jī)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(yōu)點(diǎn)是供電線路較短，綜合投資較低。缺點(diǎn)是整條鐵路全線需就近向地方接引多處電源，運(yùn)營維護(hù)管理有較高難度。本項(xiàng)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(wǎng)不發(fā)達(dá)，電力供應(yīng)不足，難以就近接引可靠的地方電源。②由于國內(nèi)外國情的差異化，會因外部因素（市政規(guī)劃、電力公司、社會民眾等）影響項(xiàng)目的總體設(shè)計、施工難度和進(jìn)度。③因外部電源需分點(diǎn)分散由地方電源接引，對后期鐵路運(yùn)營和供電系統(tǒng)的維護(hù)管理提出巨大的挑戰(zhàn)，同時可能會引起電力設(shè)施產(chǎn)權(quán)糾紛。

（2）集中式供電。集中式供電具有可靠性高、便于統(tǒng)一管理、施工方便、運(yùn)營維護(hù)管理簡單，但投資比較大。集中式供電方案又分鏈?zhǔn)焦╇姾铜h(huán)式供電。鏈?zhǔn)焦╇姺桨溉秉c(diǎn)為供電可靠性不高，鏈?zhǔn)焦╇姺桨缸畲蟮膬?yōu)點(diǎn)是節(jié)省投資費(fèi)用，操作簡單，該種方案在偏遠(yuǎn)地區(qū)及電源條件較差區(qū)域的架空線路得到較廣泛的運(yùn)用。環(huán)式供電方案供電可靠性高，當(dāng)環(huán)網(wǎng)中任何一段線路發(fā)生故障停電的時候，可通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)來恢復(fù)供電。缺點(diǎn)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(wǎng)絡(luò)，沿線電網(wǎng)覆蓋率較低，電力設(shè)備和輸電線路老化，電力供應(yīng)不足，停電情況常態(tài)化，供電可靠性、穩(wěn)定性和安全性較差。集中式供電方案的環(huán)式供電，在國內(nèi)已經(jīng)很成熟的運(yùn)用了多年。然而，環(huán)式供電方案并未在拉伊鐵路項(xiàng)目運(yùn)用，結(jié)合尼日利亞當(dāng)?shù)貒?，從安全性、?jīng)濟(jì)性、可靠性等3 個基本電力特征進(jìn)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?zhǔn)椒侄喂╇姺桨浮D1 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(shù)特點(diǎn)分析

（1）33kV 電壓等級選取。國內(nèi)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(jìn)行配網(wǎng)，而采用33kV 電壓等級。拉伊鐵路沿線主要分布有33kV、11kV 供電網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，11kV 主要運(yùn)用在城市配網(wǎng)中而33kV 較多的運(yùn)用在工業(yè)生產(chǎn)中。當(dāng)?shù)?3/11kV 變電站終端電力設(shè)備和輸電線路老化，無法可靠保證鐵路供電的穩(wěn)定。而132/33kV 終端電力設(shè)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(wěn)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(qū)間基站等重要的負(fù)荷場所設(shè)置兩臺備用發(fā)電機(jī)，一主一備?？梢詽M足尼日利亞長期無市電的情況下，確保與行車密切相關(guān)的通信、信號系統(tǒng)的主要設(shè)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?zhǔn)椒侄喂╇姺桨?，然而，并未采用在國?nèi)已經(jīng)很成熟運(yùn)用了多年環(huán)式供電方案。其主要原因?yàn)槟崛绽麃啴?dāng)?shù)仉娫春碗妷杭捌洳环€(wěn)定，很容易造成前端和終端設(shè)備的頻繁性的切換導(dǎo)致的設(shè)備損害。同時，由于當(dāng)?shù)仉娏T工職業(yè)技能較低，很容易引起誤操作，影響整個鐵路供電系統(tǒng)、設(shè)備和人員的安全性。最終采用操作和運(yùn)營簡單的鏈?zhǔn)椒侄喂╇姺桨?，確保整條供電線路的安全性。

（4）供電經(jīng)濟(jì)性。拉伊鐵路33kV 電力貫通線采用的是分段供電，中間不聯(lián)絡(luò)。減少項(xiàng)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(jīng)濟(jì)性。

4 拉伊鐵路電力貫通線標(biāo)準(zhǔn)化差異

當(dāng)?shù)仉娏Σ块T難以接受中國標(biāo)準(zhǔn)以及對后期的運(yùn)營維護(hù)造成很大的不便，拉伊鐵路電力貫通線設(shè)計采用當(dāng)?shù)卦O(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，并滿足NEMSA（尼日利亞電力委員會）的最終批復(fù)和驗(yàn)收。尼日利亞當(dāng)?shù)仉娏χ饕獦?biāo)準(zhǔn)差異如表1。

表1 主要標(biāo)準(zhǔn)差異

（1）電力電桿采用當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)要求。通過對當(dāng)?shù)仉姉U生產(chǎn)廠家實(shí)地考察，制定符合當(dāng)?shù)匾蟮碾姉U生產(chǎn)圖、金具安裝圖以及架空線架設(shè)圖。當(dāng)?shù)刂饔秒姉U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(qū)段等人員房屋密集的地段基本檔距為50m，其余區(qū)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(cè)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(zhuǎn)角桿、終端桿采用門型桿，大于90°轉(zhuǎn)角桿采用3 根電桿。

5 拉伊鐵路33kV 電力貫通線設(shè)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(shù)特點(diǎn)分析、標(biāo)準(zhǔn)差異對比，全線設(shè)置一回滿足當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)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(shè)方式。電桿采用12.2m，城區(qū)段基本檔距50m，其余區(qū)段檔距70m。

5.2 電桿的選擇

電桿采用尼日利亞當(dāng)?shù)鼗炷翖U，選用的桿型有DP1、DP2、DP3、DP4、DP5、DP6、DP7、SP1、SP2。 每隔十檔設(shè)置一耐張桿，耐張桿、轉(zhuǎn)角桿、設(shè)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(shè)

33kV 高壓電纜線路主要采用直埋敷設(shè)方式，電纜埋深應(yīng)滿足當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)。電纜穿越農(nóng)田時，埋深不應(yīng)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(yīng)小于1.5m；在道路和人行道下，埋深不應(yīng)小于1.2m；在硬化面處埋深不應(yīng)小于1m。電纜過硬化路面及過公路、鐵路應(yīng)穿SC150 鍍鋅鋼管保護(hù)。電纜過橋時，沿橋上電纜槽敷設(shè)。

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(tǒng)負(fù)荷和變壓器阻抗，其系統(tǒng)最大無功容量計算為：

當(dāng)3IC＜20A 時，采用并聯(lián)電抗器補(bǔ)償時，75%補(bǔ)償效果最好，得到電抗器補(bǔ)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(guān)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(guān)系。架空線路對地電容電流很小，通常在計算無功補(bǔ)償時忽略不計。架空和電纜混合線采用就地補(bǔ)償電抗，用以補(bǔ)償電纜產(chǎn)生的電容電流,采用箱式電抗器分散設(shè)置于車站附近。結(jié)合電纜相關(guān)參數(shù)，可求得各個區(qū)段電抗器補(bǔ)償容量如表3 所示。

表3 電抗器補(bǔ)償容量表

6 結(jié)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(shù)特點(diǎn)分析、標(biāo)準(zhǔn)差異對比，結(jié)合當(dāng)?shù)貒橥瓿闪藵M足尼日利亞電力標(biāo)準(zhǔn)的貫通線設(shè)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。