綜合管溝模式下鐵路架空線入地改造探討

馮寧

摘 要：普速鐵路電力供電系統(tǒng)在架空線入地改造過程中采用多種新技術、新設備提高供電可靠性。本文著重分析綜合管溝模式下，既有架空線改造為電纜在電力設計過程中的差異點分析及解決方法。

關鍵詞：綜合管溝；鐵路供電；架空線入地

中圖分類號：TU990.3 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）24-0163-01

隨著高速鐵路沿鐵路敷設2條10kV全電纜貫通線為區(qū)間和車站的通信、信號等負荷供電的供電模式實施，大大增加了高速鐵路的供電可靠性和可維護性。而在大量的普速鐵路，貫通線是以10kV架空線路為主，地形困難地區(qū)輔以電纜敷設。架空線路抗擊自然災害能力較弱，如樹害引起的架空線路瞬時單相接地；冰凍災害導致架空線路損毀；沿海地區(qū)臺風、內陸地區(qū)洪水等都可能引起架空貫通線供電中斷等。相關運營單位要求普速鐵路沿線供電“一線一纜”入地的需求強烈，即一條貫通線采用全電纜線路，另一條采用混合線路。普速鐵路沿線光電纜通過“綜合管溝”方式入地的探索應運而生。而普速鐵路沿線貫通架空線入地是一個電網(wǎng)結構、供電方式、管線資源綜合利用的系統(tǒng)過程，不是簡單的將架空線改成電纜放入綜合管溝內，必將涉及到一些與入地工作相關的新設備、新模式和新的工作標準及規(guī)范。

1 供電模式改變

目前普速鐵路電力供電系統(tǒng)中10kV電力貫通線路主要采用架空線路，用電負荷處采用桿架式變臺為用電負荷供電[1]。

綜合管溝模式下，10kV電力貫通線電纜在普速鐵路綜合管溝內敷設，并在區(qū)間各用電點設置10kV電力遠動箱式變電站，需要提前設置10kV電纜在綜合管溝內的進出通道，必要處設置電纜井；同時充分考慮電纜分支箱的使用，適應沿線分散用電負荷的需求。

2 中性點接地方式改變

普速鐵路貫通線是以10kV架空線路為主，電容電流小，采用中性點不接地系統(tǒng)，即小電流接地系統(tǒng)。

綜合管溝模式下，10kV全電纜貫通線發(fā)生單相接地故障時，由于故障點的接地電容電流大，故障點的接地電弧不能自行熄滅，而且間歇電弧接地產(chǎn)生的過電壓往往又使事故擴大，這就降低了貫通線的運行可靠性。顯然此時中性點不接地系統(tǒng)已不適用。通過對于消除故障的及時性、過電壓對于絕緣的的損害以及經(jīng)濟性等諸方面因素的考量，全電纜貫通線采用低電阻接地系統(tǒng)，即大電流接地系統(tǒng)。貫通線經(jīng)低電阻接地時，可采用調壓器副邊中性點經(jīng)低電阻接地方式，采用低電阻接地方式的變配電所接地網(wǎng)電阻值宜取R≤1Ω。低電阻接地的電阻值宜按單相接地電流小于200-400A、接地故障瞬時跳閘方式選擇[2]。

3 保護方式改變

鐵路變配電所從地方接引的中壓電源一般為不接地系統(tǒng)。既有普速鐵路的貫通架空線也為中性點不接地方式，其繼電保護和自動裝置的設置具備一致性。

綜合管溝模式下，一條貫通線采用全電纜線路，另一條采用混合線路時，在鐵路變配電所處會出現(xiàn)兩種保護方式并存的情況，甚至在同一電源的不同母線上，基于調壓器壓器一、二次繞組側的接地方式不同，而出現(xiàn)不同的保護方式。在電容電流較大的10kV中性點不接地系統(tǒng)改為中性點經(jīng)低電阻接地方式后，單相接地就要同相間故障一樣，按階梯原則切除。增加一套零序電流元件是簡單易行的辦法。貫通線饋出高壓柜采用零序速斷和零序過流兩段式保護的整定計算方法和時限配合原則。貫通調壓器高壓柜設置中性點零序過流保護作為貫通饋線的后備保護并兼作貫通母線接地的主保護，其零序過流保護的電流采樣于貫通調壓器二次中性線回路，動作于調壓器保護單元的斷路器。基于調壓器采用D，yn11接線，不會在調壓器的一次側電源系統(tǒng)中產(chǎn)生零序電流。故調壓器開關柜的零序電流保護動作時限不必與一次側不接地系統(tǒng)的線路零序保護相匹配。

4 補償方式改變

普速鐵路的無功補償設于鐵路變配電所。規(guī)范要求高壓側功率因數(shù)補償至0.9～1。鐵路用電設備為照明、電機和電子類，均呈感性。故普速鐵路設計中，鐵路變配電所在主母線設置高壓電容器補償功率因數(shù)[3]。

綜合管溝模式下，10kV電力貫通線采用全電纜方式，鐵路貫通線負荷小，電纜工作電容遠大于架空線路工作電容，顯著加大了供電系統(tǒng)對地電容電流和相間電容電流，除了造成功率因數(shù)降低外，當線路達到一定長度時，還可能造成線路電壓升高、單相接地時形成弧光過電壓等危害，因此對長電纜線路采用電抗器補償。

因此，綜合管溝模式下，以電纜為主的長距離電力線路，宜采用在線路上分散設置固定電抗器與在變配電所集中設置動態(tài)補償裝置相結合的補償方式。固定電抗器補償一般采用欠補償方式，在電源接口處不一定能滿足供電方對用戶端功率因數(shù)的要求，動態(tài)補償作為疊加補償，可將功率因數(shù)調整至需要的范圍。要注意的是，動態(tài)補償設置于調壓母線時，受上下級保護整定配合的限制，其容量不能超過調壓器。

10kV貫通線路設計中，全線各段根據(jù)貫通線電纜長度，在適當位置設置三相補償電抗器，且三相電抗器接成中性點不接地Y形連接，以使全電纜線路電容電流得到適當補償。鐵路變配電所當采用主母線補償時，根據(jù)工程實際計算是否需要設置電容器；當采用貫通母線補償時為電感性補償，只設可調電抗器。同時考慮在適當位置增加一組備用電抗器，該組電抗器一般不投入運行，僅當本段線路中其中一組電抗器出現(xiàn)故障或檢修時，投入運行，以便使線路電容電流得到更好的補償。

5 其他需要注意的問題

在綜合管溝模式下，單條貫通線電纜入地尚須注意以的問題：（1）貫通線并網(wǎng)或跨所運行要慎重。貫通線路正常運行時，主供配電所送電，主、備配電所均不投入重合閘和備自投功能。主供配電所斷路器故障跳閘后，由調度遠程判斷并隔離故障區(qū)段后再遠程閉合主、備供所斷路器，此種運行方式是由重要負荷、裝設UPS不間斷電源決定的，貫通線路倒閘或短時停電不會對重要負荷造成影響，同時也避免了長電纜電容電壓疊加的發(fā)生。若采用并網(wǎng)運行，當兩臺調壓器采用并網(wǎng)方式向同一路電纜貫通線供電，貫通線一點發(fā)生單相接地時，零序電流經(jīng)過由兩條路徑形成回路，基于零序電流保護采用帶方向的保護配置的特點，會使零序保護復雜化。當需要跨所供電時除需要考慮電源正常配電所的調壓器容量，還需要考慮電抗補償?shù)耐度攵葐栴}，確保不發(fā)生諧振。（2）普速鐵路一線一纜入地的情況下，會在配電所形成兩種接地方式共存的情況，即架空線側為中性點不接地系統(tǒng)，電纜側為中性點經(jīng)地電阻接地系統(tǒng)，由于低電阻接地系統(tǒng)會導致單相接地電流增大，低壓側中性點、PEN線或PE線及設備外露可導電部分（人體可觸及的導電部分）均上升到同一電壓Uf水平上，因此必須做好總等電位聯(lián)接的安全措施。

6 結語

普速鐵路在利用綜合管溝改造架空線為電纜入地過程中，闡述貫通線采用調壓器副邊中性點經(jīng)低電阻接地方式、設置合理貫通線高壓柜零序電流保護模式、使用可調電抗取代電容器補償容性無功功率等技術措施實現(xiàn)普速鐵路全電纜線路安全送電，提高鐵路供電可靠性。

參考文獻

[1]TB 10008-2015.鐵路電力設計規(guī)范[S].

[2]廖芳芳.鄭西客運專線全電纜貫通線路的研究與設計[J].鐵道工程學報，2010，（4）：71-75.

[3]廖宇.全電纜貫通線低電阻接地系統(tǒng)的設計研究[J].鐵道工程學報，2009，（8）：88-92.endprint