浅谈拉伊铁路33kV 电力贯通线设计

2024-06-02张河松

中国设备工程 2024年10期

张河松

（中土集团福州勘察设计研究院有限公司，福建福州 350000）

尼日利亚现代化铁路（Lagos ～Ibadan 段）简称拉伊铁路。其中正线全长156.8km，共设9 个车站，支线全长6.513km（含港口内正线）。参照中国I 级铁路标准、内燃牵引设计，设计时速150km/h。设置33kV 电力贯通线1 条，并配备柴油发电机组，作为用电负荷的主用或备用电源。33kV 电力贯通线采用尼日利亚当地电力标准自主设计，在前期设计过程因设计标准差异，遇到很多曾经没有接触过的问题。本文仅针对拉伊正线33kV电力贯通线设计进行探讨。

1 拉伊铁路电力系统组成

Lagos 至Ibadan 全线分段新建一回33kV 电力贯通线，分别由Lagos 配电所、Abeokuta 配电所、Ibadan配电所贯通母线段高压柜馈出。配电所一路33kV 电源进线，预留二路电源土建条件。车站和区间基站电源由33kV 电力贯通线或配电所站馈线接引。同时，配置2 台柴油发电机组，一主一备。机辆段、货场、综合维修车间、工区、客整所、整备点电源由33kV 电力贯通线或配电所站馈线接引。同时，配置1 台柴油发电机组。

2 拉伊铁路供电方案分析比较与选择

2.1 拉伊铁路供电方案分析比较

（1）分散式供电。分散式供电优点是供电线路较短，综合投资较低。缺点是整条铁路全线需就近向地方接引多处电源，运营维护管理有较高难度。本项目不适于采用分散式供电，具体原因如下：①分散式供电要求铁路沿线地方电力资源丰富。拉伊铁路沿线地方电网不发达，电力供应不足，难以就近接引可靠的地方电源。②由于国内外国情的差异化，会因外部因素（市政规划、电力公司、社会民众等）影响项目的总体设计、施工难度和进度。③因外部电源需分点分散由地方电源接引，对后期铁路运营和供电系统的维护管理提出巨大的挑战，同时可能会引起电力设施产权纠纷。

（2）集中式供电。集中式供电具有可靠性高、便于统一管理、施工方便、运营维护管理简单，但投资比较大。集中式供电方案又分链式供电和环式供电。链式供电方案缺点为供电可靠性不高，链式供电方案最大的优点是节省投资费用，操作简单，该种方案在偏远地区及电源条件较差区域的架空线路得到较广泛的运用。环式供电方案供电可靠性高，当环网中任何一段线路发生故障停电的时候，可通过联络开关来恢复供电。缺点是投资较高。

2.2 拉伊铁路供电方案选择

拉伊铁路沿线主要分布有33kV、11kV 供电网络，沿线电网覆盖率较低，电力设备和输电线路老化，电力供应不足，停电情况常态化，供电可靠性、稳定性和安全性较差。集中式供电方案的环式供电，在国内已经很成熟的运用了多年。然而，环式供电方案并未在拉伊铁路项目运用，结合尼日利亚当地国情，从安全性、经济性、可靠性等3 个基本电力特征进行分析对比，拉伊铁路33kV 电力贯通线最终采用供电简单，投资较少，可靠性较高的链式分段供电方案。图1 为拉伊铁路Lagos～Abeokuta 段供电示意图。

图1 拉伊铁路Lagos～Abeokuta 段供电示意图

3 拉伊铁路电力贯通线技术特点分析

（1）33kV 电压等级选取。国内贯通线通常采用10kV 电压等级，而拉伊电力贯通线未采用11kV 或由前端33kV 降压至11kV 进行配网，而采用33kV 电压等级。拉伊铁路沿线主要分布有33kV、11kV 供电网络。根据现场调查，11kV 主要运用在城市配网中而33kV 较多的运用在工业生产中。当地33/11kV 变电站终端电力设备和输电线路老化，无法可靠保证铁路供电的稳定。而132/33kV 终端电力设备相对较新,电压等级越高可靠性越高，可以为铁路供电提供较为稳定的专盘专线。最终采用33kV 电压等级。

（2）供电可靠性。全线3 个配电所电源采用一路专盘专线，同时在车站变电所和区间基站等重要的负荷场所设置两台备用发电机，一主一备。可以满足尼日利亚长期无市电的情况下，确保与行车密切相关的通信、信号系统的主要设备供电的可靠性。

（3）供电安全性。拉伊铁路33kV 电力贯通线采用链式分段供电方案，然而，并未采用在国内已经很成熟运用了多年环式供电方案。其主要原因为尼日利亚当地电源和电压及其不稳定，很容易造成前端和终端设备的频繁性的切换导致的设备损害。同时，由于当地电力员工职业技能较低，很容易引起误操作，影响整个铁路供电系统、设备和人员的安全性。最终采用操作和运营简单的链式分段供电方案，确保整条供电线路的安全性。

（4）供电经济性。拉伊铁路33kV 电力贯通线采用的是分段供电，中间不联络。减少项目投资的情况下又能保证供电安全性和可靠性，具有较高的经济性。

4 拉伊铁路电力贯通线标准化差异

当地电力部门难以接受中国标准以及对后期的运营维护造成很大的不便，拉伊铁路电力贯通线设计采用当地设计标准，并满足NEMSA（尼日利亚电力委员会）的最终批复和验收。尼日利亚当地电力主要标准差异如表1。

表1 主要标准差异

（1）电力电杆采用当地标准要求。通过对当地电杆生产厂家实地考察，制定符合当地要求的电杆生产图、金具安装图以及架空线架设图。当地主用电杆高度为10.4m 和12.2m 的类似H 变径型电杆，本次选用12.2m电力电杆。

（2）档距要求城区段等人员房屋密集的地段基本档距为50m，其余区段基本档距为70m。

（3）距离铁路中心线倒杆距离为杆高加2.5m，路堑段距路堑边缘不小于杆高。杆高为电杆整体高度，不减少埋深距离。

（4）架空线采用截面为150mm2的ACSR，33kV 电缆采用截面为150mm2的铝芯电缆。

（5）直线段每10 根杆作1 个门型耐张杆，一耐张段除去两侧双杆需接地外，另需每隔三根杆接地，接地电阻小于2Ω。大于5°的转角杆、终端杆采用门型杆，大于90°转角杆采用3 根电杆。

5 拉伊铁路33kV 电力贯通线设计

5.1 33kV 电力贯通线概述

通过对尼日利亚拉伊铁路33kV 电力贯通线供电方案分析、技术特点分析、标准差异对比，全线设置一回满足当地标准和国情的33kV 电力贯通线，分别由Lagos配电所、Abeokuta 配电所、Ibadan 配电所高压柜馈出，主要采用架空线形式，个别地方由于条件限制采用电缆形式。架空线采用LGJ-150 型钢芯铝绞线，电缆采用YJLY22-33kV-3×150mm2型高压电缆,电缆主要采用直埋敷设方式。电杆采用12.2m，城区段基本档距50m，其余区段档距70m。

5.2 电杆的选择

电杆采用尼日利亚当地混凝土杆，选用的杆型有DP1、DP2、DP3、DP4、DP5、DP6、DP7、SP1、SP2。每隔十档设置一耐张杆，耐张杆、转角杆、设备杆，T 接杆以及电缆终端杆均采用门型杆，各类杆型安装位置如表2 所示。

表2 各类杆型安装位置

5.3 电缆敷设

33kV 高压电缆线路主要采用直埋敷设方式，电缆埋深应满足当地标准。电缆穿越农田时，埋深不应小于1.2m；在有可能受到车辆或重物压力的地方时，埋深不应小于1.5m；在道路和人行道下，埋深不应小于1.2m；在硬化面处埋深不应小于1m。电缆过硬化路面及过公路、铁路应穿SC150 镀锌钢管保护。电缆过桥时，沿桥上电缆槽敷设。

5.4 电容电流计算

电缆单相对地电容电流可以按下式计算：

其中，IC为电缆单相电容电流，A；1C为电缆单位电容，mF/km；ω为角频率；l为电缆长度，km。

忽略各系统负荷和变压器阻抗，其系统最大无功容量计算为：

当3IC＜20A 时，采用并联电抗器补偿时，75%补偿效果最好，得到电抗器补偿容量为：

由上述计算公式，单相对地电容电流值与电缆长度和电压成正比关系，33kV 电力贯通线单相对地电容电流是10kV 电力贯通线单相对地电容电流3.3 倍关系。架空线路对地电容电流很小，通常在计算无功补偿时忽略不计。架空和电缆混合线采用就地补偿电抗，用以补偿电缆产生的电容电流,采用箱式电抗器分散设置于车站附近。结合电缆相关参数，可求得各个区段电抗器补偿容量如表3 所示。