亚吉铁路牵引变电所进线相关电气参数的研究

张效楠，严 希

0 引言

亚吉铁路（埃塞俄比亚—吉布提铁路）全长743 km，设计时速120 km，是埃塞俄比亚乃至东非腹地物资进出口主要通道，是埃塞俄比亚中部地区与西部、东部地区经济、交通走廊的中轴。亚吉铁路对构建和促进埃塞俄比亚铁路网建设具有积极的示范和先导作用[4]。

亚吉铁路（Sebeta-Mieso 段）沿线为牵引变电所供电的外部进线电源电压等级为132 kV/230 kV，而我国外部电网无此电压等级，设计时无法从相关标准或规范中查询到电气安全净距等相关参数。因此，在牵引变电所电气工程设计过程中，需参考电力工程设计手册及IEC 相关标准重新计算并校验电气安全净距和导线相间距等参数。

1 电气安全净距参数及计算

常用的电气安全净距参数如表1 所示。

表1 常用电气安全净距参数及适用范围

1.1 B.1及B2值的确定

B1和B2值的确定如式（1）、式（2）所示。

以上两式中，B1值主要是指带电部分对栅栏和运输设备的外廓至无遮拦带电部分之间的安全净距。一般运行人员手臂误入栅栏时的臂长不大于750 mm，设备运输时的摆动也在750 mm范围内。此外，导线垂直交叉且要求不同时停电检修时，检修人员在导线上下的活动范围也不超过 750 mm[1]；B2值为带电部分对网栅的净距，一般运行人员手指误入网栅时的指长不大于70 mm，另考虑30 mm的施工误差[1]。

1.2 C 值的确定

C 值的确定如式（3）所示。

C值为无遮拦裸导体至地面之间的安全净距，即当人举手时，手与带电裸导体之间的净距不小于A1值，一般运行人员举手后的总高度不超过2 300 mm，另考虑室外配电装置场地的施工误差200 mm。在积雪严重地区，还应考虑积雪的影响，该距离可适当加大[1]。

1.3 D 值的确定

D 值的确定如式（4）所示。

D值为两组平行母线之间的安全净距，当一组母线带电，另一组母线停电检修时，在停电母线上进行作业的检修人员与相邻带电母线之间的净距不应小于A1值，一般检修人员的工具活动范围不超过1 800 mm，因室外条件较差，再加200 mm的裕度。此外，要求带电部分至围墙顶部和建、构筑物边沿部分之间的净距不小于D值，这是考虑到当有人爬到上述建、构筑物顶部时不致触电[1]。

1.4 A1及A2值的确定

由式（1）—式（4）可知，B1、B2、C及D值均与A1值有直接关系。变电所设计时，主要导线、设备布置时参考的电气安全净距参数为A1与A2，其值可通过查询IEC 60071-1-2011 得到。

2 亚吉铁路牵引变电所相关电气参数确定

2.1 进线电源电压等级为132 kV/230 kV 时的电气净距

埃塞俄比亚外部电网电压等级为132 kV/230 kV，我国现行标准无相关的电气安全净距参数，需查询IEC 相关标准后再计算确定。

2.1.1 设备最高电压的确定

根据IEC 60038-2009（标准电压等级），标准电压等级132 kV 对应的最高工作电压为145 kV，标准电压等级230 kV 对应的最高工作电压为245 kV，如表2 所示（注：表中数值为线电压；括号中给出的为非优选数值，建议在未来新建系统中不采用这些数值）。

表2 标准电压等级与设备最高电压 kV

2.1.2 雷电冲击耐受电压的确定

根据IEC 60071-1-2011（绝缘配合 定义、原则和规则），结合埃塞俄比亚当地电网的实际情况及设备选型经济性，最高电压等级145 kV 对应额定雷电冲击耐受电压取值为650 kV；最高电压等级245 kV 对应额定雷电冲击耐受电压取值为950 kV，如表3 所示。

表3 设备最高电压等级与额定雷电冲击耐受电压 kV

2.1.3 A1和A2值的确定

根据IEC 60071-1-2011 的规定，带电部分至接地部分之间的安全净距A1值为导体对架构的最小净距，不同相带电部分之间的安全净距A2值为棒对架构的最小净距[3]，相关参数如表4 所示。

表4 安全净距A1和A2值

根据上述分析可知，132 kV额定电压对应的雷电冲击耐受电压为650 kV，其对应的棒对构架的最小净距A1= 1 300 mm，导线对架构的最小净距A2= 1 300 mm；230 kV额定电压对应的雷电冲击耐受电压为950 kV，其对应的棒对构架的最小净距A1= 1 900 mm，导线对架构的最小净距A2=1 700 mm。

2.1.4 安全净距的计算

根据2.1.3 节所述，可得额定电压132 kV对应的带电部分至接地部分之间的安全净距A1= 1 300 mm，不同相带电部分之间的安全净距A2= 1 300 mm；额定电压230 kV对应的带电部分至接地部分之间的安全净距A1= 1 700 mm，不同相带电部分之间的安全净距A2= 1 900 mm，同时根据第1 节中的相关计算式可得额定电压132 kV和230 kV时对应的B、C、D值如表5 所示。

表5 安全净距相关参数 mm

2.2 进线电源电压等级为132 kV/230 kV 时的导线相间距

2.2.1 相间距计算

式中：D为两组平行母线之间的安全净距，mm；Ax-x为不同相带电部分之间的最小电气距离，mm；f1为绝缘子串弧垂，mm；f2为导线弧垂，mm；α1为绝缘子串风偏摇摆角；α2为导线风偏摇摆角；d为导线分裂间距，mm；r为导线半径，mm；f为跨距中绝缘子串和导线的总弧垂，mm；l为跨距中水平投影长度，mm；l1为跨距内导线水平投影长度，mm；Qi为各种状态时的绝缘子串单位长度质量，kg/m；qi为各种状态时的导线单位长度质量kg/m；Q4为绝缘子串承受的风压，N；q4为导线单位长度所承受的风压，N/m；Q1为绝缘子串质量，kg；q1为导线单位长度质量，kg/m。

2.2.2 参数确定

（1）牵引变电所外电进线导线、绝缘子串及其余基础数据。

在亚吉铁路牵引变电所设计过程中，根据牵引供电系统相关参数，选取进线导线型号为JL/G1A-300/50。根据沿线气象资料，9 座牵引变电所所处地区为重污秽区。根据GB/T 26218-2010 中相关定义，不同污秽等级下的参考统一爬电比距（RUSCD）如表6 所示。

表6 统一爬电比距

由表6 可知，重污秽区（e 区）绝缘子串的统一爬电比距为53.7 mm/kV。由此可得额定电压132 kV 时的爬电距离为145 kV/×53.7 mm/kV =4 495 mm，额定电压230 kV 时的爬电距离为245 kV/×53.7 mm/kV = 7 595 mm。根据现场实际情况并查询样本，确定绝缘子串型号为耐污盘形悬式瓷绝缘子，型号为XWP-240。绝缘子串的相关参数如表7 所示。

表7 绝缘子串相关参数

由表7 可得单片绝缘子串的公称爬电距离为525 mm，故额定电压132 kV 电源进线的绝缘子串基准片数为N = 4 495 mm/525 mm≈9；额定电压230 kV 电源进线的绝缘子串基准片数为N = 7 595 mm/525 mm≈15。考虑耐张零值绝缘子2 片，最终可得额定电压132 kV 时耐张绝缘子串为11 片；额定电压230 kV 时耐张绝缘子串为17 片。

根据上述牵引变电所外部电源进线导线及绝缘子串型号，查询设计手册及相关设计图纸后得出导线间相间计算式中相关参数，如表8 所示。

表8 导线相间距计算参数

（2）相间距计算过程。

额定电压等级132 kV 时，将2.2.2 节相关参数代入2.1.1 节的相关计算式中计算可得：

即D≥2 565 mm

额定电压等级230 kV 时，将2.2.2 节相关参数代入2.1.1 节的相关计算式中计算可得：

即D≥3 197 mm

在实际工程中，考虑适当的裕量可取：

U = 132 kV 时，D = 3 000 mm；U = 230 kV 时，D = 4 000 mm。

2.2.3 实际工程应用

实际工程应用中，因部分参数取值较为困难，考虑最极端情况，也可按下列规程公式计算：

其中：f 为跨距中绝缘子串和导线的总弧垂，cm；对于铜及青铜线，K = 7.5；对于铝、铝合金及钢芯铝线，K = 10。

将相关参数代入规程公式可得：

U = 132 kV 时，D≥2 714 mm；U = 230 kV 时，D≥3 278 mm。

在实际工程中，考虑适当的裕量可得：

U = 132 kV 时，D = 3 000 mm；U = 230 kV 时，D = 4 000 mm。

3 结语

亚吉铁路（Sebeta-Mieso 段）9 座牵引变电所的外部进线电源为132 kV/230 kV 电压等级。根据相关的IEC 规范、电力工程设计手册重新计算电气安全净距及进线导线相间距。可以看出，132 kV进线电源的电气参数需重新计算，可参考本文计算结果，230 kV 进线电源电气参数可直接参考、沿用国内220 kV 进线电源的牵引变电所方案进行设计、建设。

我国电气化铁路牵引变电所的外部进线电源多为110 kV 或220 kV，相关电气参数在国标或电力行业标准中均可查询。但在国外，很多国家和地区的外部电网电压等级标准与我国不同，在相关国家进行电气化铁路工程建设时，不能直接套用国内的牵引变电所设计模式以及电气参数取值，需根据相关规范和电气工程设计手册对所在国家或地区的牵引变电所外部进线电源的相关电气参数重新计算。