電源匱乏情況下的鐵路電力供電方案選擇淺析

劉明強　由恒遠

摘 要：鐵路電力供電系統是鐵路通信信號等重要負荷的電源。隨著鐵路建設進一步深化和建設重點的西進，在西部偏遠地區電源匱乏的情況下，電力供電面臨的電源問題越來越嚴重。因此，分析了幾種供電方式的優、缺點，并綜合經濟、技術條件，提出了不同情況下的供電方案。

關鍵詞：供電系統；鐵路通信信號；供電方案；接觸網

中圖分類號：TM46 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.16.117

鐵路是國家的命脈，鐵路強大的運載能力是經濟發展的重要動力。隨著鐵路建設的進一步深化和建設重點的西進，鐵路電力供電系統的電源接入問題越來越嚴重，甚至出現了從110 kV直接取電變10 kV的現象，增加了建設難度。針對取電困難問題，本文主要提出了幾種非常規電源，以解決目前電源接入難的問題。

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經調壓器給沿線信號箱變電源供電。由于不滿足一級負荷需要2路獨立電源的要求，需設置第二路可靠電源。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，其負荷等級為一級負荷，所以，其可靠性較高。此外，接觸網在停電和備自投操作過程中出現了約300 ms的斷電時間區間，為了保證供電的連續性，需設置一定容量的電池，交直交電源可提供1 s的續流供電，可保證信號電源不出現斷電間隙，從而滿足信號電源供電150 ms斷電時間的規定。

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在接觸網沿線取電管理中存在一定的難度和隱患，因此，需要改進方案。在原先一路貫通的基礎上，第二路電源采用10 kV架空或電纜線路，電源直接在接觸網牽引變電站內取電，經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 風光互補分布式供電

鐵路沿線區間用電負荷小且分散，因此，可采用設置自備電源方案。西部地區的可再生資源分布情況較好，可以太陽能、風能等資源作為自備電源，通過太陽能、風能發電和風光互補發電為鐵路沿線負荷點提供電源。此供電方案的可靠性較高。

1.4 柴油發電機組分布式供電

柴油發電機組分布式供電為應急供電方案，選擇常規的柴油發電機組獨立或與其他電源配合作為電源。

2 方案對比分析

2.1 成本分析

按電源供電系統的規模為50 km線路，配置5臺箱變，每臺箱變的容量為50 kVA，總配電所的容量為500 kVA計算。

采用一路貫通線的交直交電源分布式供電時，每臺分布式交直交箱變的投資為50萬左右，其他建設費用為10萬左右，沿線5臺設備的總投資為300萬元左右。

采用一路貫通線的交直交電源集中供電時，投資主要包括建設鐵路電力線路、配電所，以及每臺鐵路遠動箱變增設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20萬元/km；交直交配電投資為150萬元；增加1路貫通電源箱式變電站的投資約為15萬元。按50 km為1個供電區間設置5個電力遠動箱變計算，總投資為1 375萬元。

采用風光互補分布式供電時，主要包括風光互補發電部分和蓄電池部分。其中，風光互補的投資成本約為60萬，蓄電池按10 h備用為準，為5萬元左右，總投資為325萬元。

采用柴油發電機組分布式供電時，每臺柴油發電機組為20萬元，總投資為100萬元。

由此可見，采用柴油發電機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 可靠性和運行維護工作分析

采用一路貫通線的交直交電源分布式供電時，運行可靠性主要取決于交直交電源可靠性和接觸網停電兩方面。交直交電源采用模塊化設計，實現了N+1備用，可靠性高；接觸網停電的概率較低。因此，此方案較為穩定，運維方便。

采用一路貫通線的交直交電源集中供電時，由于交直交電源在大容量站場的應用為N+N備用，設備的可靠性極高。因此，此方案的運行可靠性取決于接觸網停電問題，而接觸網停電的概率較小，所以，此方案非常穩定，運維方便。

采用風光互補分布式供電時，運行可靠性主要取決于風光互補電源的可靠性和蓄電池的維護問題。西部地區的風能和太陽能較豐富，且風能、太陽能同時無效的情況較少，因此，此方案的發電可靠性較高，但因蓄電池的容量不宜過大，且蓄電池的維護成本和維護工作量較大，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，但運維困難。

采用柴油發電機組分布式供電時，其運行可靠性主要取決于柴油發電機組的啟動可靠性。西部地區冬季啟動柴油發電機組的難度非常大，運維工作量極大且不可控。因此，此方案不穩定、可靠性低，運維極困難，不建議采用。柴油發電機組的特點是應急供電，因此，可在部分電力工區配置。

2.3 設備更新改造周期

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計壽命為20年，設備在運行周期內基本不需要維修。

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

在風光互補發電設備中，蓄電池占的投資比例較大，但也是使用壽命較短的設備。從實際使用效果看，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備的更換周期。因此，設備折舊成本較高。

柴油發電機組分布式供電的運維工作量極大，生命周期一般在10年左右。

2.4 方案的靈活性對比

一路貫通線的交直交電源分布式供電、風光互補分布式供電、柴油發電機組分布式供電均為獨立安裝，其靈活性高，可被廣泛應用于鐵路信號供電和鐵路其他負載供電；一路貫通線的交直交電源分布式供電的建設周期短，可進行局部調整和全線配電；一路貫通線的交直交電源集中供電為全線安裝，基于現有的架空和電纜線路，其一般只作為信號供電，建設周期會受到線路施工的限制，工期較長，因此，靈活性相對較差。

3 結論

綜上所述，我國西北部等電力匱乏的地區可考慮采用以上方案解決取電難的問題。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有鐵路運行規范，可靠性最高，但投資也最高；綜合經濟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，建議推廣應用；風光互補分布式供電的性價比不高，維護成本較高，應謹慎選擇；建議將柴油發電機組分布式供電僅作為電力檢修工區的應急電源。

參考文獻

[1]鈕承新.交直交電源裝置在電氣化鐵路上的研究與應用[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