城际铁路电力供电方案研究

苏小棚 郑侃 廖钧

【摘  要】针对国内逐步发展的城际铁路工程，结合某工程，论文从城际铁路电力供电电压选取、供电网络型式、开关选型、跟随式降压变电所设置方案等主要供电方案的关键技术进行了分析研究，提出了相关的建议。

【Abstract】Aiming at the gradually developing intercity railway project in China， combined with a project， this paper analyzes and studies the key technologies of the main power supply schemes such as the selection of power supply voltage， power supply network type， switch selection and the setting scheme of follow-up step-down substation of intercity railway， and puts forward relevant suggestions.

【关键词】城际铁路;电力供电方案;建议

【Keywords】intercity railway; electric power supply scheme; suggestions

【中图分类号】U223.6                                             【文献标志码】A                                                 【文章編号】1673-1069（2021）12-0182-03

1 引言

城际铁路是指连接相邻城市或城市群的200km/h以下的客运专线铁路[1]，是建设城市群1～2h交通圈和都市圈1h通勤圈的重要保障。我国铁路牵引供电电压等级以AC27.5kV为主，主要的供电方式有直接供电、吸流变压器供电、自耦变压器供电等方式[2]，电力供电电压等级以AC10kV为主，主要采用贯通线供电方案[3]。地铁牵引供电电压等级以DC1500V为主，少部分城市采用DC750V，主要的供电方式采用集中式、牵引与电力共用AC35kV双环网方式，少部分城市采用分散式、牵引与电力共用AC10kV双环网方案[4]。城际铁路的技术特点介于二者之间，其牵引和电力供电方案存在多种可选方案。本文结合具体工程，从技术、经济等方面对电力供电方案进行比选分析，为城际铁路设计提供了参考。

2 国内发展现状

国内近期部分城际铁路工程的电力供电方案如表1所示。

3 主要电力供电方案关键技术研究

3.1 供电方式

供电方式主要分为3种：分散供电方式、集中供电方式和混合供电方式。

①分散供电方式。

全线不设置电力贯通线路，各个车站、区间和场段设置0.4kV变电所，并就近从地方电网接引两回中压电源，给车站、区间和场段的通信、信号、调度系统以及动力照明等综合负荷供电。

该供电方式的特点是：接引外部电源数量多，每个车站、区间和场段变电所有两回电源互为备用，但其供电可靠性由沿线外部电源条件决定。由于各个车站、区间和场段变电所的两回电源均取自地方电网，用户性质复杂，存在两回电源同时停电的可能性。其中任一个车站、区间变电所的外部电源失电，将严重影响全线行车效率。因此，分散供电方式适宜于沿线地方电源充足、强大、距离各站点较近的场合。

②集中供电方式。

集中供电方式是指全线多个车站或区间负荷点集中从地方电网接引两回电源，通过车站配电所向沿线变电所供电。集中供电方式可最大限度地利用外部电源的供电能力，减少外部电源工程费用。其供电方案包括双贯通线、双环网、单贯通线、单环网，其中单贯通线和单环网多适用于单线铁路。

③混合供电方式。

若部分变电所间距大，引入外部电源比采用贯通线（或环网）更经济时，可采用集中与分散相结合的供电方式，即混合供电方式。

④供电方式选择。

某工程需向31座车站、3座场段和27座区间变电所供电，若采用分散供电方式，引入的外部电源数量较多，投资较高，与电网接口较多，不便于运营管理。本次研究推荐采用集中供电方式。

3.2 中压供电网络方案

3.2.1 中压供电网络方案概述

某工程沿线分布有220kV、110kV和10kV电源，结合推荐的集中供电方式，中压供电网络方案可采用贯通线和环网方式[5]。

①双贯通线方案。

全线设置两条电力贯通线，其中一条为综合负荷电力贯通线，负责向沿线的各类中小负荷供电;另一条为一级负荷电力贯通线，负责向沿线的一级负荷供电。在规模较大的车站设置配电所，各个配电所从地方电网接引两回电源。

相邻两个配电所之间的负荷由A、B两配电所同时供电（见图1）。正常运行时，断路器A1和B2闭合，断路器A2和B1断开，A、B两个配电所分别通过综合负荷电力贯通线和一级负荷电力贯通线向A、B两个配电所之间的车站、区间变电所供电。当A、B两配电所有一个所失电时：如A配电所失电时，将断路器B1闭合，B配电所通过综合负荷贯通线和一级负荷贯通线向A、B两个配电所之间的车站、区间变电所供电。

②双环网方案。

全线设置两条综合负荷电力贯通线，在规模较大的车站设置配电所，各个配电所从地方电网接引两回电源。與双贯通线方案相比，主要不同点在于相邻两个配电所之间的供电线路设置有环网开关作为分界点。

A、B两个配电所同时向各自供电分区的负荷供电（见图2），供电分区以环网开关设置位置分界。正常运行时，断路器A1、A2和B1、B2闭合，断路器C1和C2断开，A、B两个配电所分别通过综合负荷电力贯通线一和综合负荷电力贯通线二对A、B两个配电所之间的车站、区间变电所供电。当A、B两个配电所有一个所失电时：如A配电所失电时，将断路器C1和C2闭合，B配电所通过综合负荷贯通线一和综合负荷贯通线二向A、B两个配电所之间的车站、区间变电所供电。

③单贯通线/单环网方案。

相邻两个配电所（A、B）之间只有一条贯通线（单环网），车站、区间的所有负荷由贯通线（环网）供电。正常运行时，由A（或B）配电所向车站、区间的变电所供电。当A（或）B配电所失电时，由B（或A）配电所向车站、区间的变电所供电。当贯通线（环网）发生短路故障跳闸时，需先隔离区间故障线路段，再由A（或B）配电所恢复对非故障段贯通线的供电。与双贯通线和双环网方案相比，存在倒闸作业线路停电时间。当某负荷点变压器故障时，0.4kV侧失去电源，供电可靠性差。

3.2.2 某工程电力方案研究

结合某工程沿线电源点情况，鉴于35kV电压等级下，双环网应用较多;10kV电压等级下，贯通线应用较多。从技术成熟、应用广泛考虑，本次研究就35kV双环网和10kV双贯通线进行比选。即采用35kV双环网方案时，拟在与牵引变电所同址处设置110/35kV电力主变电所。采用10kV双贯通线时，配电所直接从地方电网引入10kV电源。

对某工程采用35kV双环网和10kV贯通线方案投资、供电能力、可靠性、资源共享、外部接口等方面的研究如表2所示。

与10kV相比，35kV电压等级更高，供电能力更强，供电距离更远。与10kV相比，35kV可靠性更高。根据《国家电网公司供电服务质量标准》，供电设备计划检修时，对35kV及以上电压供电的用户，每年停电不应超过1次，对10kV供电的用户，每年不应超过3次。采用35kV时，可在与牵引变电所同址处新建1座电力变电所，每座电力主变电所均可共享牵引变电所的110kV进线电源。从某工程全线角度分析，采用10kV，共需设置10座配电所，每座10kV配电所均需引入两回相对独立的10kV进线电源，共新增20回10kV进线电源，存在与城市电网接口多、协调工程量大、不便于运营管理与维护等缺点;采用35kV，共需设置6座110/35kV电力变电所，均可利用牵引变电所引入的外部电源，与城市电网不新增接口。采用35kV，均利用牵引变电所作为进线电源，实施无难度。采用10kV，由于部分线路深入城区，满足某工程容量需求的10kV外部电源点及径路选择往往实施困难，且容易成为某工程供电系统的关键制约因素。

综合技术经济比较，从供电能力更强、可靠性更高、与城市电网接口更少、外部电源实施难度更小和节省投资、便于运营维护管理等角度出发，推荐某工程采用35kV双环网供电方式。

3.3 开关型式选择

35kV双环网不设置母联断路器供电方案下，各降压变电所进线、出线开关可采用负荷开关或断路器。

3.3.1 负荷开关

当某供电分区环网电缆发生短路故障时，由于进、出线的负荷开关不能切断短路电流、不配置保护装置，只能依靠110/35kV电力变电所35kV侧馈线断路器保护动作跳闸，会扩大短路故障的影响范围。该整个供电分区内的失电范围，只能依靠本供电分区内所有降压变电所0.4kV母联断路器备自投动作合闸来恢复送电，且短路点位置，需要人工再次核实判断。

3.3.2 断路器

当某供电分区发生短路故障时，可通过光纤差动保护断开故障点两侧进、出线断路器，110/35kV电力变电所至故障点前的变电所正常供电，故障点至环网开关区段的变电所通过0.4kV备自投动作合闸。

采用断路器可缩小故障影响范围，且能准确判断故障点位置，节约检修时间。从以上原因考虑，推荐某工程车站、场段、区间降压变电所35kV母线进出线采用断路器。

3.4 母联断路器设置必要性

基于上述推荐35kV双环网采用断路器，各降压变电所可采用设置或不设置母联断路器方案。

①不设置母联断路器。

当环网电缆发生短路故障时，故障点两侧进、出线断路器保护动作跳闸，故障点至环网联络开关的所有变电所均需通过0.4kV备自投合闸恢复送电。

②设置母联断路器。

当环网电缆发生短路故障时，故障点两侧进、出线断路器保护动作跳闸，故障点下一个降压变电所35kV母联断路器备自投合闸，恢复送电。

与不设置母联断路器相比，设置母联断路器只需一个降压变电所35kV母联断路器备自投即可恢复送电，动作的开关数量少，恢复送电时间快，且即使35kV母联备自投不成功，也能通过0.4kV备自投恢复送电，供电方式灵活，可靠性高。从上述原因考虑，拟推荐某工程车站、场段、区间变电所35kV母线均设置母联断路器。

3.5 降压变电所与跟随式降压变电所的比选

在规模较大的车站以及与车站邻近的区间，往往设置了多个降压变电所。该部分降压变电所的供电方式可采用传统的中压供电环网电缆依次通过每个降压变电所环入、环出方案，也可按跟随式降压变电所设置。

经技术经济比选合理时，可将部分车站、场段及与车站相邻的区间降压变电所设置为跟随式降压变电所。跟随式降压变电所内部故障对中压供电网络影响较小，且跟随式降压变电所不设置交直流屏、35kV进线采用负荷开关，能节省投资。

在车站只设置1座降压所，其余车站范围内的变电所按跟随式降压变电所考虑，全线有21座车站范围内的变电所可设置为跟随式降压变电所，可省投资约200余万。

针对区间变电所，综合考虑控制电源供电距离和电缆投资，将距离车站1.5km以内的区间变电所按跟随式降压变电所设置。全线有5座区间变电所可设置为跟随式降压变电所，综合考虑增加的电缆投资和节省的交直流屏等，与采用传统的中压供电环网电缆依次通过每个降压变电所环入、环出方案相比，可省投资近300余万。

综合经济技术比选，推荐某工程部分车站、区间变电所按跟随式降压变电所设置。

4 研究推荐方案

通过上述研究比选后，结合某工程的特点，电力供电方案采用集中35kV双环网，车站、区间变电所35kV侧采用断路器，车站、区间变电所设置母联断路器，部分车站、区间变电所按跟随式降压变电所设置。

【参考文献】

【1】TB 10623—2014 城际铁路设计规范[S].

【2】TB 10009—2016 铁路电力牵引供电设计规范[S].

【3】TB 10008—2015 铁路电力设计规范[S].

【4】GB 50157—2013 地铁设计规范[S].

【5】陈怡心，谢绍峰，管亚敏，等.海内外基于牵引供电系统的电力供电方案研究[J].电气化铁道，2018（1）：92-96.