铁路专用线电力供电方案的研究

赵 欣

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251)

1 铁路专用线的概况

铁路专用线是指由企业或者其他单位管理的与国家铁路或者其他铁路线路接轨的岔线，其与地方铁路、合资铁路主要区别在于投资和管理主体。铁路专用线主要为本企业内部运输服务的，铁路专用线长度一般不超过30 km。

铁路专用线的分类有多种类型［1］。按投资主体可为:国企、股份公司、私人企业等;按牵引类型可分为:内燃铁路、电力牵引铁路;按运输货物类型可分为:运输煤炭、矿石、木材等其他货物。

铁路专用线的管理一般委托所在铁路局管理。

2 用电负荷的分析

铁路专用线的用电负荷主要分布在国铁接轨站［2］、装车站和区间。由于专用线较短，区间负荷一般只有通信设备和隧道照明，原则上无信号设备。接轨站一般只有接建(新建)的信号楼或既有信号楼内通信信号设备增容;专用线站有通信信号设备、给排水设备、站场照明等其他机械用电设备。

由于铁路专用线没有专门的设计规范，考虑其运营管理的特殊性，因此，其用电负荷的划分应执行《供配电系统设计规范》(GB50052—2009)［3］，并参照《铁路电力设计规范》(TB10008—2006)［4］。为此，对于站间自动闭塞方式的信号、通信负荷为二级负荷，自动闭塞方式的信号负荷为一级负荷。对于自动闭塞方式的通信负荷为一级负荷还是二级负荷则应进行详细分析。

如:某专用线工程供电示意见图1，B1、B2站位为既有Ⅰ级干线铁路，A1～A4站为专用线的车站，其中根据运输需求，A1～A2车站间为双线铁路，信号采用自动闭塞，其余为单线铁路，信号采用自动站间闭塞方式，部分区段为预留。

图1 专用线供电示意

在该工程中，A1～A2车站区间的通信负荷若简单参照《铁路电力设计规范》负荷等级具体分类中的“自动闭塞区段通信设备为I级负荷”应为Ⅰ级负荷。但经详细分析，《铁路电力设计规范》叙述的“自动闭塞区段”通常指长大干线铁路，其通信设备停电后导致行车运营异常，其严重性和社会影响很大;进而按照《供配电系统设计规范》和《铁路电力设计规范》关于负荷等级划分原则进行分类，由于专用线长度较短，其自动闭塞区段通信设备停电后造成的严重性和社会影响较长大干线小很多，可将专用线自动闭塞区段通信负荷确定为Ⅱ级负荷。

因此，应详细分析铁路专用线的通信信号负荷的等级划分，为制定适宜技术标准和控制工程投资奠定基础。

3 供电原则

供电原则应根据专用线的运输特点，执行国家有关设计规范，满足业主需求、参照执行《铁路电力设计规范》和代管铁路局的意见。供电方案应充分考虑其经济性及后期运营成本。专用线与既有铁路设施和业主其他电力设施的管理分界和计费应尽量清晰。

对于专用线的电源部分，应根据《电力供应与使用条例》等规定，统筹考虑装车站内铁路专用线业主的其他用电需求、统筹设计方案［5］。

对于通信信号等重要设备，应根据电源情况和设备电源屏配置的蓄电池统筹考虑，供电标准应符合因地制宜的原则。对于接轨站的通信信号等铁路专用设备应按接轨站相关铁路的供电标准供电;专用线站和区间通信信号(特别为二级负荷时)的供电标准应根据专用线自身运营特点和电源情况、业主运营习惯统筹考虑，不宜简单划分。当电源接引容易、投资较少时，二级负荷亦宜接引两路电源。

4 供电方案

4.1 接轨站

接轨站通信信号设备供电方案原则上同既有模式。对于在既有信号楼内增加通信信号设备时，根据通信信号专业是否设置单独电源屏，确定电力专业是否单独接引低压电缆;对于新建信号楼时，电力专业原则按既有铁路通信信号供电方案和供电标准，单独设置10/0.4 kV变电所并纳入电力远动系统。

接轨站其他用电设施应根据产权划分协议，确定其电源接引方案。产权属于铁路的新增用电设施应接引铁路配电所或贯通线电源;产权属于专用线的用电设施原则上应单独接引地方电源或将区间产区属于专用线的高压电源延伸至接轨站，若经济技术比严重不合理时，征求供电公司和铁路局意见后，可接引铁路电源，同时应作好明确的计费和供电分界，一般每路电源分界点只设置1个。

如上例所述工程，在A1站中若无除通信信号外的其他专用线用电设备，A1站应尽量无电力工程;若A1站中有通信信号外的其他较大专用线用电设备，A1站应单独设置变电所，接引既有铁路之外的电源，若有红外轴温等较小设备用电设备，可接引既有铁路贯通线。

4.2 区间

(1)区间集中与分散供电方案的比选

铁路专用线区间较短，且区间用电设备大多为通信设备(基站或光纤置放站)或隧道照明，因此，区间供电方案应根据区间供电需求的数量、区间可接引的电源情况综合确定集中供电方案或分散供电方案。

对于通信设备还应与通信专业密切配合，了解通信GSMR基站或无线通信不同设计方案对用电要求的差别:设置 GSMR基站［6］(区间负荷间距约 5～7 km)或无线通信(区间负荷间距约15 km)的通信传输子系统均可满足专用线通信需求，但不同通信方案用电需求对电力供电方案影响很大。采用GSMR基站区间用电负荷间距小，可结合其他用电负荷优先考虑设置贯通线的集中供电方式;采用无线通信方案(通信用电点基本集中在车站)，电力专业可不设置贯通线，采用单独接引地方电源、就近自专用线站馈出单独回路的方案或自接触网接引电源(接引27.5/0.23 kV电源，并经电能质量处理)［7］等分散供电方式。为此，电力专业需要与通信专业密切配合，综合确定本工程系统最优的通信和电力方案。

针对上述案例，由于通信采用GSMR基站且全线隧道照明负荷较多，全线至少设置一路10 kV贯通线。

(2)区间通信设备的供电标准和供电方案的分析

由于专用线长度较短，区间通信设备(或个别信号设备)不宜严格按照《铁路电力设计规范》按进行负荷分类，应按照国标、通信设备自身后备电源情况及设备运营要求进行综合确定。此外，通常通信设备(含光纤直放站)设置两路外部电源时，配置3～4 h后备电源;一路外部电源时，配置8h后备电源。

按照前文分析，区间通信专业属于二级负荷。对于A1～A2站区间通信设备的供电，由于本线为铁路专用线，业主和委托管理的铁路局考虑后期减少维护管理工作，有两个供电标准:设置双路外部电源或设置一路外部电源。针对不同设计标准的供电方案为:方案一(全线设置一路10 kV贯通线，并自A2站配电所单独馈出一路10 kV线路，再为通信设备提供第二路电源)和方案二(全线设置一路10 kV贯通线)。此外，通信专业根据外部情况设置不同容量的后备电源。

根据《供配电系统设计规范》(GB50052—2009)中3.0.2条规定“一级负荷应由双重电源供电，当一路电源发生故障时，另一路电源不应同时受到损坏”，因此，对于通信设备(基站和光纤直放站)采用一路外电、另设置后备电源时，已属于双重电源，不仅符合国标对于Ⅱ级负荷的供电标准，还满足了I级负荷的供电标准，为此，需根据外部电源可靠性(是否为双电源)、贯通线线路标准(全电缆线路或承受外部灾害能力较高、混架线路承受外部灾害能力较小)、蓄电池继续供电时间、区间设置第二路电源的工程投资综合考虑区间供电设计标准。如，上述工程A1至A2站间采用自动闭塞方式、运输较为繁忙、增加第二路外电源投资不大，故可采用方案一的设计标准。A2至A3站间区间通信设备则采用方案二的供电标准。

因此，在设计文件中应将上述因素叙述清楚，提出推荐意见，交由业主和运营代管单位最终确定。

此外，对于用电设备的负荷等级的划分是对设备最低供电标准，同时也代表供电部门最低的电源服务标准。工程实施的供电标准应不低于负荷等级对应的供电标准。因此，在确定供电方案时，应先确定适宜的负荷等级，再通过技术经济综合比较，确定适宜的供电标准和方案。

(3)配电所设置方案的比选

针对上述案例，由于区间设置贯通线，因此，配电所的具体设置位置还需进行详细分析。

由于A2、A3站均需接引两路10 kV电源，A1站具有接引电源条件，但无通信信号外的用电设备。为此，配电所［8］设置方案有:方案一(A2、A3站设置配电所)，方案二(A1、A3站设置配电所)。

方案一不在A1站设置配电所，A1～A2站间贯通线自A2～A3站间贯通线间T接，本方案可以简化专用线在A1站的用电管理，同时预留A2站向北设置贯通线条件，此外A3站调压器设备可在远期移至A4站;不会造成调压器的重复建设;方案二在近期的供电方案显得更合理，但由于A1站其他专业无用电设备，增加了专用线的用电维护工作量，同时未预留A2站向北设置贯通线条件。因此，对于铁路专用线，应考虑运营维护的便利，在本工程中配电所设置方案推荐方案一。

4.3 专用线站

(1)信号设备的供电

专用线站的信号设备主要由调度集中设备、闭塞设备、车站联锁设备(6502或微机联锁)和监测系统组成。在信号设备供电中，最重要的是信号联锁设备［9］。对于信号车站联锁设备，一般采用6502或微机联锁设备。虽然微机联锁主机设备自身配置小容量UPS，一旦断电，其对应的轨道电路与6502设备一样均需进行电源恢复后的信号复位工作。

经过上述分析，信号设备供电应尽量接引两路电源，并需满足两路电源0.15 S的切换时间要求。当专用线设计标准较高时，信号电源屏也可配置30 min的UPS。综上所述，对于二级负荷的信号设备供电，其供电方式根据装车站外部电源情况、信号电源屏是否配置UPS、工程投资综合确定，有条件时接引两路高压电源。对于只能接引一路高压电源时，可接引两路低压电源，以部分提高信号供电可靠性。

(2)其他设备的供电

专用线中其他设备供电方案相对简单，除考虑常规供电原则外，还需注意专线10/0.4 kV变电所所址与业主在专用线附近设置的其他变电所的统筹考虑设置，以保证供电系统的最优。

变电所、电缆等电力设施标准选用还需考虑专用线运输货物对电力设施的影响，如:运煤专用线对电力设施污秽的影响;沿海专用线对电力设施腐蚀的影响等。

4.4 专用线站电源工程的系统设计

由于专用线的产权属于业主，专用线设计单位与业主在专用线附近的其他工程(如运煤专用线的储运煤系统)通常不是一家设计单位，因此其电源工程应建议业主统筹考虑，避免重复投资。

如上述案例:铁路专用线 A2、A3为煤炭集运站［10］，装车能力为5 000 t/h，储煤场为全封闭储煤场，煤为自卸(侧卸)汽车来煤，储煤场中储煤和回煤全部采用带式输送机运输。当其规模很大时，其储运装系统总安装设备总容量约为14 300 kW，计算负荷8 200 kW;当其规模较小时，其储运装系统计算负荷亦约为2 200 kW。为此，外部电源工程均为新建双电源35/10 kV变电所。

由于专用线用电计算负荷约100～500 kW。因此，铁路专用线电源工程的方案应纳入集运站储运装系统电源工程统筹考虑。

5 结论

铁路专用线的供电方案应充分考虑专用线类型、投资方、运营管理类型、接轨站等外部因素。首先确定专用线供电系统与既有铁路供电系统、专用线整体外部电源工程的合理界面;根据中断停电在经济上造成损失、影响铁路运输秩序的重要性确定通信信号合理的负荷等级;根据投资和运营管理规程，认真分析通信信号自备后备电源与单独接引电源方案的比较，同时还要充分征求业主和委管铁路局的意见，设计方案中充分考虑运营维护的影响，确定适宜的供电标准。综上所述，铁路专用线的供电方案既要考虑供电系统的安全可靠性，还应着重考虑其经济性和业主需求。

［1］甘霖.对《铁路专用线专用铁路名称表》及其电子版程序的实践与探讨［J］.铁道运输与经济，2008(1):54-57.

［2］刘志刚.冲黄金埠电厂铁路专用线接轨站方案比选浅谈运输交接方式［J］.铁道标准设计，2005(6):24-26.

［3］中国机械工业联合会.GB50052—2009 供配电系统设计规范［S］.北京:中国计划出版社，2010.

［4］中华人民共和国铁道部.TB10008—2006 铁路电力设计规范［S］.北京:中国铁道出版社，2007.

［5］陈靓.用户外部供电设施的建设和管理 ［J］.供用电，2011(2):8-10.

［6］魏炼，刘淼.铁路GSM-R核心网设计［J］.铁路通信信号工程技术2008(5):9-12.

［7］姚勤隆.电气化铁路信号供电交直交电源的选型探讨［J］.铁道标准设计，2011(2):121-124.

［8］李学刚.铁路电力配电所跨所供电设计面面观［J］.铁道标准设计，2007(9):83-85.

［9］郑福林.铁路信号电源安全性能的探讨［J］.铁路计算机应用，2010(4):58-60.

［10］贾新华.煤电一体化工程及其运煤系统设置［J］.电力建设，2007(8):44-46.