贛韶鐵路中間站蓄電池容量計算及結果修正

牛欣欣

（中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京102600）

贛韶鐵路開展設計工作時，適逢鐵路高速發展時期，通信系統所應用的一批新設備對通信設計提出了新的要求，本文從贛韶鐵路蓄電池容量計算入手，分析容量計算存在的問題，并根據現有規范條文及外部環境對計算結果進行合理修正。

1 系統概述

1．1 項目概況

在建的贛州至韶關鐵路地處我國華南地區的江西省和廣東省境內，為客貨運電氣化鐵路，速度目標值160 km／h。線路自京九鐵路南康站引出，經江西省大余縣，廣東省南雄、始興、仁化等市縣，接入京廣鐵路韶關站，線路全長179．071 km（江西省境內60．523 km，廣東省境內118．548 km）。其中全線設贛州、南康、樓子下（線路所）、旗口、新城、青龍、大余、蓮花村、里東圩、南雄、古市、馬市、始興、營下、丹霞山、茨菇塘、臘石壩、韶關等18個站所，其中新設車站14個、線路所1個，既有車站3個。

1．2 通信系統概況

全線新建SDH2．5 G（1＋1）骨干層傳輸系統，利用新建20芯光纜4芯光纖構成1＋1線性復用段保護，并通過622 Mbit／s光口與接入層傳輸設備連接，為接入層通道提供上聯及保護。在韶關、丹霞山、南雄、大余、贛州設 SDH2．5 Gbit／s （1＋1）MSTP ADM設備。本工程骨干層采用SDH2．5 Gbit／s（1＋1）MSTP TM設備，在韶關、丹霞山、南雄、大余、贛州設SDH2．5 Gbit／s（1＋1）MSTP ADM 設備。在車站設置接入層節點，沿線區間用戶采用通道保護方式就近接入相鄰站。區間利用干線光纜中的4芯光纖，在各車站與區間點間組成一個622 M二纖環。

全線無線通信系統采用GSM－R數字移動通信系統。

各中間站直流電源采用－48 V高頻開關電源及閥控式蓄電池組。

2 中間站蓄電池容量計算

2．1 計算公式

根據TB 10072－2000《電路通信電源設計規范》（以下簡稱“電源規范”）的要求，蓄電池容量計算采用下列公式：式中，Q 為蓄電池容量（Ah）；K 為安全系數，取1．25；I為負荷電流（A）；t為放電小時數（h）；η為放電容量系數；α為蓄電池溫度系數（1／℃）；T為實際蓄電池所在地最低環境溫度數值，所在地有采暖設備時，按15℃考慮，無采暖設備時，按5℃考慮。

2．2 公式變量的取值

根據上述公式及變量的描述，K的取值已經確定。其他未確定的變量取值選取如下：

I：需要根據中間站總的通信設備功率需求確定；

t：根據“電源規范”要求，鐵路中間站蓄電池組的放電小時數應按8～10 h計算。本工程取8 h；

η：根據“電源規范”要求，η的取值與t有關。當t取8 h時，η取0．94；

α：根據“電源規范”有關條文描述，本項目選取10 h放電小時率的蓄電池組，α取值0．006；

T：贛韶鐵路地處南方，根據國家有關規定，本項目未設置采暖設備，因此按5℃考慮。

綜上所述，計算蓄電池容量，還需確定I的取值。下面討論負荷電流I及蓄電池容量的計算。

2．3 蓄電池容量計算

以設有骨干傳輸層傳輸設備的中間站為例，其通信設備用電量統計如下：

（1）STM－16設備用電量見表1。

表1 STM－16傳輸設備用電量統計表

（2）STM－4用電量見表2。

表2 STM－4傳輸設備用電量統計表

（3）接入網及其他通信設備用電量見表3。

表3 接入網及其他通信設備用電量統計表

按上述情況統計，通信設備總功耗為：2711．4（W）。

將此數據代入蓄電池容量計算公式得：

根據計算結果，贛韶鐵路中間站需設置1組700 Ah蓄電池組方能滿足需求。

3 蓄電池容量計算的修正

3．1 存在問題

根據經驗，同等標準或者更高標準的國家級鐵路很少在中間站考慮這么大容量的蓄電池組。自用電情況看，GSM－R系統及車務遠程監控系統共需1800 W的用電量，占總功耗的72%。現有的“電源規范”發布在GSM－R系統大規模運用之前，規范中未能對目前通信系統外供電源現狀及開設GSM－R的通信系統蓄電池容量做充分考慮，且贛韶鐵路新設了車務遠程監控系統，其后備電源仍由通信蓄電池組提供，對蓄電池的容量產生了影響。下面重點比對已有的規范、規定、標準，分析外供交流電源等級對通信設備用電安全的影響，探討蓄電池的合理容量。

3．2 外供交流電源

按照鐵路電力設計規范規定，自動閉塞區間通信設備供電等級為Ⅰ級負荷，非自動閉塞區段通信設備供電等級為Ⅱ級負荷。

贛韶鐵路為非自動閉塞鐵路。在開展施工設計時，因通信系統承載有關信號等與行車安全相關的信息的傳輸，因此中間站通信設備用電負荷由電力專業設計為Ⅰ級負荷，在一般情況下，贛韶鐵路通信設備外供交流電源不應斷電。因此“電源規范”中提出的8～10 h放電時間對于贛韶鐵路現狀來說偏大，產生了資源浪費。

3．3 有關文獻

查閱《中國鐵路GSM－R移動通信系統設計指南》（以下簡稱“指南”）、運基通信〔2010〕35號《鐵路客運專線通信技術裝備標準（試行）》（以下簡稱“標準”）中有關內容。“指南”中有關內容摘錄如下：核心網節點設備的蓄電池組按2組配置，每組備用時間1 h；基站設備蓄電池組按2組設置，備用時間按照相關設計規范及實際維修時間要求確定。“標準”中有關內容摘錄如下：－48 V直流電源系統車站及通信站蓄電池組按2組配置，容量配置按照車站及通信站滿足后備時間1 h的要求。

3．4 計算修正

結合外供交流電源情況及有關文獻的描述，贛韶鐵路如果中間站后備時間如果選取1 h，其外供電源滿足需求，自經濟技術角度出發，贛韶鐵路中間站后備時間選取1 h較為合理。據此，蓄電池容量計算公式中，t取值為1，則η取值為0．55。代入公式可得：

因此贛韶線中間站蓄電池組按2組200 Ah蓄電池組設置，設置情況基本與其他同標準鐵路相符，且符合贛韶鐵路工程實際，滿足行車需要。

4 結束語

從2006年開始，鐵路系統進入高速發展時期，其建設速度直至2011年才有所放緩。期間由于高速鐵路的建設，各種新技術的運用，導致現有規范部分條款不能適應工程建設需求，鐵路主管部門也高度重視，不斷在現有規范、標準基礎上進行修正和補充。因此，也需要廣大設計者在開展設計工作時，大膽質疑，嚴謹設計，廣泛查閱相關資料，在現有規范基礎上根據實際情況，合理的完成設計工作。本文介紹了贛韶線在中間站蓄電池容量設計過程中的一點思考，希望能拋磚引玉，提供一些設計思路。

［1］ 鐵道部．鐵路通信電源設計規范［M］．北京：中國鐵道出版社，2000．

［2］ 鐵道部．鐵路電力設計規范［M］．北京：中國鐵道出版社，2007．

［3］ 鐵道部．鐵路客運專線通信技術裝備標準（試行）［Z］．鐵道部運輸局，2009．