提高铁路电力系统抗击冰雪灾害能力的探讨

2013-09-21陈续全

电气化铁道 2013年6期

关键词：断线导线配电

陈续全

0 引言

2008年春节前夕，湖南省大部分地区发生罕见的冰雪灾害，造成广州铁路集团公司管内长沙供电段大面积的信号停电故障，京广线行车中断，广州车站大量旅客滞留。下文就次雪灾对铁路电力设备的影响、原因分析、提高铁路电力设备抗击特大雪灾能力进行探讨。

1 雪灾故障原因

（1）株洲—白石渡间的6个铁路10 kV配电所10条电源线因地方110 kV变电站停电而失电，该段总电源线数量为15条，占2/3。

（2）株洲—白石渡间330 km 10 kV自闭、贯通架空线路，特别是淦田—衡阳，耒阳—白石渡间由于导线严重覆冰，超过设计张力，造成部分电杆开裂、倒杆、横担金具扭曲、瓷瓶炸裂、断线等，进而引起短路、接地或断路故障。据统计电杆开裂、倒杆56根，横担扭曲变形347组，拉线断裂或地锚被拉出69组，导线断线45处，瓷瓶故障163个；

（3）地方110 kV线路及以上交叉跨越铁路处发生断线42处，造成10 kV自闭、贯通线2条线路同时短路。

（4）严重覆冰的树木倾覆，造成铁路 10 kV自闭贯通电力线路短路、接地或断相故障而断电的有若干处（无法统计）。

第1类故障是需要地方电业局提高抗灾能力，后3类故障是本文重点探讨的。

2 抗击冰雪灾害能力差

（1）电力设备陈旧老化。雪灾中受损的设备运行时间均超过10年，10 kV自闭线路建成于1984—1985年，投入运行23年，10 kV贯通线路建成于1996—1997年，投入运行11年。

（2）架空电力线路抗恶劣天气能力差。2008年冰雪灾害为五十年一遇的特大灾害，南方0℃以下的低温时间持续长，导线最大覆冰厚度达到50 mm，电杆最大覆冰厚度达到120 mm。而京广线10 kV贯通线按十年一遇气象条件为Ⅴ区设计，最大覆冰厚度10 mm。电力线路受损原因如下：

a.由于覆冰严重，导线承受了2倍的安全负载（以贯通线 LGJ-70导线为例，每米导线自重0.275 kg，外径11.4 mm，计算可得覆冰为10 mm冰重每米 0.234 kg，覆冰 50 mm冰重每米约0.828 kg，是正常覆冰情况下的2倍，是没覆冰时的4.01倍），导线的张力与负载成正比（同温度、同档距、同弛度条件下），导线拉力增加，加上钢芯铝绞线运行已达13～25年，内部承受张力的钢芯已严重锈蚀，允许应力下降，造成断线。

b.由于承受4倍的张力和长期低温，导致横担金具扭曲、瓷瓶炸裂、抱箍拉线等金属部件出现裂迹或断落。

c.由于导线断线，瞬时冲击力作用最大的电杆断裂，相邻电杆发生裂纹。

（3）部分10 kV贯通线所处环境条件恶劣：

a.部分 10 kV贯通线穿越山区，跨越大江大河，档距更大，导线覆冰后更容易造成断线。

b.与地方110 kV以上电力线路的交叉跨越，当线路发生断线故障必掉落在自闭、贯通线路上，造成短路。

c.不少地段穿越林区，冰雪天气下这些区段树木倒覆，压在导线上，造成断线、单相接地、多相多点接地短路故障。

3 抗击冰雪灾害能力的方案比较

（1）10 kV自闭、贯通电力线路方面。从该次冰灾铁路电力系统电力故障的统计数据来看，同一区段10 kV自闭、贯通电力线路均发生故障，说明在该区段10 kV自闭、贯通电力线路的设计标准抗灾能力较低，因此有必要对其进行改造。

方案1：10 kV自闭、贯通线路全部改为电缆。

该方案优点是基本避免了各种不利因素（大风、雨雪、洪水、交叉跨越、树木侵害、外力破坏等）对铁路自闭、贯通线路的影响，供电可靠性高。缺点是双电缆方案投资高（约60万元/公里，需投资近2亿元，未计列设备费用），且原架空线路完全废弃。

方案2：考虑10 kV自闭线路运行20多年，接近第2个大修周期，全部改为全电缆；10 kV贯通线仍维持架空，但对局部地段进行补强。

该方案优点是自闭线改为电缆后，可最大程度的减少外部条件对自闭线的影响，降低故障率，保证在绝大多数情况下铁路至少有一路电源可用。

10 kV自闭、贯通线一缆一架方案相对双电缆方案投资节省，且仅自闭线废弃，改造工作量也相对减少。

雪灾情况下，对单电缆贯通线和双电缆贯通线供电可靠性指标进行比较，计算模型选长度为50 km的供电臂，共20个负荷点，分支线的长度均为 500 m，每段贯通线长度相同，环网结构有20个负荷点，负荷点之间平均间距长2 500 m。变电站采用10 kV单母线分段的接线方式，考虑外部电源均停电，各配电所只有一路发电机情况。计算得出系统综合指标见表1。

表1 系统综合指标统计表

从表1可以看出，双电缆贯通线路平均供电可用率指标比单电缆贯通线路高出0.08%，即在罕见的自然灾害下，如果一条架空贯通线全停电时，另外一条全电缆贯通线可以满足与行车密切相关的通信信号等特别重要的一级负荷供电要求。

根据比较，建议在京广线株洲—白石渡间电力抗灾改造中采用方案2。

（2）适当提高铁路电力架空线路的建设标准。

a.在新建或改造项目中适当提高电力架空线路建设标准，与国家电网公司建设标准保持一致，将110～330 kV电力线路气象条件重现期由15年提高到30年一遇；10～35 kV电力线路气象条件重现期由10年提高到15或30年一遇。对重要线路和特殊区段采取差异化设计，提高安全设防水平，确保供电设施的安全可靠。

b.对于跨越铁路的电力线路加强改造。对于跨越铁路的10 kV及以下的电力线路（包括自闭线、贯通线以及地方电力线路）全部改为电缆过轨。对于跨越铁路的110 kV及以上电力线路应采用独立耐张段，杆塔结构重要性系数取 1.1，要求 35～330 kV线路重现期由15年提高到30年一遇，或者要求采用电缆过轨。500 kV线路由30年提高到50年，杆塔离铁路的距离应满足对倒杆距离要求。地方110 kV线路同时跨越铁路及10 kV自闭、贯通电力线路时，则将自闭、贯通线在交叉档内改为电缆。

c.设置铁路应急电源。该次雪灾中地方电网停电事故频发，造成铁路配电所失电，可见在灾害天气下，地方电网并不是十分可靠的。因此有必要设置铁路应急电源。

方案1：各车站均设置低压柴油发电机，作为特别重要的一级负荷的应急电源。该方案的优点是简单易行；缺点是日常维护工作量大，大部分设备长时间闲置，且并不能保证区间的通信信号负荷供电。

方案2：在配电所、大型站集中备用应急柴油发电机组或在供电段配置移动式高压柴油发电机组，应急情况下可向10 kV自闭线供电以确保沿线各站、区间通信信号、应急照明等特别重要负荷供电。该方案的优点是维护工作量小，能保证区间通信信号负荷供电。经比较，建议在各配电所间或间隔一个配电所、大型站集中备用应急柴油发电机组，保证铁路运输电力供电的需要。