贛韶鐵路中間站蓄電池容量計(jì)算及結(jié)果修正

牛欣欣

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京102600）

贛韶鐵路開(kāi)展設(shè)計(jì)工作時(shí)，適逢鐵路高速發(fā)展時(shí)期，通信系統(tǒng)所應(yīng)用的一批新設(shè)備對(duì)通信設(shè)計(jì)提出了新的要求，本文從贛韶鐵路蓄電池容量計(jì)算入手，分析容量計(jì)算存在的問(wèn)題，并根據(jù)現(xiàn)有規(guī)范條文及外部環(huán)境對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行合理修正。

1 系統(tǒng)概述

1．1 項(xiàng)目概況

在建的贛州至韶關(guān)鐵路地處我國(guó)華南地區(qū)的江西省和廣東省境內(nèi)，為客貨運(yùn)電氣化鐵路，速度目標(biāo)值160 km／h。線路自京九鐵路南康站引出，經(jīng)江西省大余縣，廣東省南雄、始興、仁化等市縣，接入京廣鐵路韶關(guān)站，線路全長(zhǎng)179．071 km（江西省境內(nèi)60．523 km，廣東省境內(nèi)118．548 km）。其中全線設(shè)贛州、南康、樓子下（線路所）、旗口、新城、青龍、大余、蓮花村、里東圩、南雄、古市、馬市、始興、營(yíng)下、丹霞山、茨菇塘、臘石壩、韶關(guān)等18個(gè)站所，其中新設(shè)車(chē)站14個(gè)、線路所1個(gè)，既有車(chē)站3個(gè)。

1．2 通信系統(tǒng)概況

全線新建SDH2．5 G（1＋1）骨干層傳輸系統(tǒng)，利用新建20芯光纜4芯光纖構(gòu)成1＋1線性復(fù)用段保護(hù)，并通過(guò)622 Mbit／s光口與接入層傳輸設(shè)備連接，為接入層通道提供上聯(lián)及保護(hù)。在韶關(guān)、丹霞山、南雄、大余、贛州設(shè) SDH2．5 Gbit／s （1＋1）MSTP ADM設(shè)備。本工程骨干層采用SDH2．5 Gbit／s（1＋1）MSTP TM設(shè)備，在韶關(guān)、丹霞山、南雄、大余、贛州設(shè)SDH2．5 Gbit／s（1＋1）MSTP ADM 設(shè)備。在車(chē)站設(shè)置接入層節(jié)點(diǎn)，沿線區(qū)間用戶(hù)采用通道保護(hù)方式就近接入相鄰站。區(qū)間利用干線光纜中的4芯光纖，在各車(chē)站與區(qū)間點(diǎn)間組成一個(gè)622 M二纖環(huán)。

全線無(wú)線通信系統(tǒng)采用GSM－R數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)。

各中間站直流電源采用－48 V高頻開(kāi)關(guān)電源及閥控式蓄電池組。

2 中間站蓄電池容量計(jì)算

2．1 計(jì)算公式

根據(jù)TB 10072－2000《電路通信電源設(shè)計(jì)規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“電源規(guī)范”）的要求，蓄電池容量計(jì)算采用下列公式：式中，Q 為蓄電池容量（Ah）；K 為安全系數(shù)，取1．25；I為負(fù)荷電流（A）；t為放電小時(shí)數(shù)（h）；η為放電容量系數(shù)；α為蓄電池溫度系數(shù)（1／℃）；T為實(shí)際蓄電池所在地最低環(huán)境溫度數(shù)值，所在地有采暖設(shè)備時(shí)，按15℃考慮，無(wú)采暖設(shè)備時(shí)，按5℃考慮。

2．2 公式變量的取值

根據(jù)上述公式及變量的描述，K的取值已經(jīng)確定。其他未確定的變量取值選取如下：

I：需要根據(jù)中間站總的通信設(shè)備功率需求確定；

t：根據(jù)“電源規(guī)范”要求，鐵路中間站蓄電池組的放電小時(shí)數(shù)應(yīng)按8～10 h計(jì)算。本工程取8 h；

η：根據(jù)“電源規(guī)范”要求，η的取值與t有關(guān)。當(dāng)t取8 h時(shí)，η取0．94；

α：根據(jù)“電源規(guī)范”有關(guān)條文描述，本項(xiàng)目選取10 h放電小時(shí)率的蓄電池組，α取值0．006；

T：贛韶鐵路地處南方，根據(jù)國(guó)家有關(guān)規(guī)定，本項(xiàng)目未設(shè)置采暖設(shè)備，因此按5℃考慮。

綜上所述，計(jì)算蓄電池容量，還需確定I的取值。下面討論負(fù)荷電流I及蓄電池容量的計(jì)算。

2．3 蓄電池容量計(jì)算

以設(shè)有骨干傳輸層傳輸設(shè)備的中間站為例，其通信設(shè)備用電量統(tǒng)計(jì)如下：

（1）STM－16設(shè)備用電量見(jiàn)表1。

表1 STM－16傳輸設(shè)備用電量統(tǒng)計(jì)表

（2）STM－4用電量見(jiàn)表2。

表2 STM－4傳輸設(shè)備用電量統(tǒng)計(jì)表

（3）接入網(wǎng)及其他通信設(shè)備用電量見(jiàn)表3。

表3 接入網(wǎng)及其他通信設(shè)備用電量統(tǒng)計(jì)表

按上述情況統(tǒng)計(jì)，通信設(shè)備總功耗為：2711．4（W）。

將此數(shù)據(jù)代入蓄電池容量計(jì)算公式得：

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，贛韶鐵路中間站需設(shè)置1組700 Ah蓄電池組方能滿(mǎn)足需求。

3 蓄電池容量計(jì)算的修正

3．1 存在問(wèn)題

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，同等標(biāo)準(zhǔn)或者更高標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)家級(jí)鐵路很少在中間站考慮這么大容量的蓄電池組。自用電情況看，GSM－R系統(tǒng)及車(chē)務(wù)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)共需1800 W的用電量，占總功耗的72%?，F(xiàn)有的“電源規(guī)范”發(fā)布在GSM－R系統(tǒng)大規(guī)模運(yùn)用之前，規(guī)范中未能對(duì)目前通信系統(tǒng)外供電源現(xiàn)狀及開(kāi)設(shè)GSM－R的通信系統(tǒng)蓄電池容量做充分考慮，且贛韶鐵路新設(shè)了車(chē)務(wù)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，其后備電源仍由通信蓄電池組提供，對(duì)蓄電池的容量產(chǎn)生了影響。下面重點(diǎn)比對(duì)已有的規(guī)范、規(guī)定、標(biāo)準(zhǔn)，分析外供交流電源等級(jí)對(duì)通信設(shè)備用電安全的影響，探討蓄電池的合理容量。

3．2 外供交流電源

按照鐵路電力設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，自動(dòng)閉塞區(qū)間通信設(shè)備供電等級(jí)為Ⅰ級(jí)負(fù)荷，非自動(dòng)閉塞區(qū)段通信設(shè)備供電等級(jí)為Ⅱ級(jí)負(fù)荷。

贛韶鐵路為非自動(dòng)閉塞鐵路。在開(kāi)展施工設(shè)計(jì)時(shí)，因通信系統(tǒng)承載有關(guān)信號(hào)等與行車(chē)安全相關(guān)的信息的傳輸，因此中間站通信設(shè)備用電負(fù)荷由電力專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)為Ⅰ級(jí)負(fù)荷，在一般情況下，贛韶鐵路通信設(shè)備外供交流電源不應(yīng)斷電。因此“電源規(guī)范”中提出的8～10 h放電時(shí)間對(duì)于贛韶鐵路現(xiàn)狀來(lái)說(shuō)偏大，產(chǎn)生了資源浪費(fèi)。

3．3 有關(guān)文獻(xiàn)

查閱《中國(guó)鐵路GSM－R移動(dòng)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)指南》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“指南”）、運(yùn)基通信〔2010〕35號(hào)《鐵路客運(yùn)專(zhuān)線通信技術(shù)裝備標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“標(biāo)準(zhǔn)”）中有關(guān)內(nèi)容。“指南”中有關(guān)內(nèi)容摘錄如下：核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)設(shè)備的蓄電池組按2組配置，每組備用時(shí)間1 h；基站設(shè)備蓄電池組按2組設(shè)置，備用時(shí)間按照相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范及實(shí)際維修時(shí)間要求確定。“標(biāo)準(zhǔn)”中有關(guān)內(nèi)容摘錄如下：－48 V直流電源系統(tǒng)車(chē)站及通信站蓄電池組按2組配置，容量配置按照車(chē)站及通信站滿(mǎn)足后備時(shí)間1 h的要求。

3．4 計(jì)算修正

結(jié)合外供交流電源情況及有關(guān)文獻(xiàn)的描述，贛韶鐵路如果中間站后備時(shí)間如果選取1 h，其外供電源滿(mǎn)足需求，自經(jīng)濟(jì)技術(shù)角度出發(fā)，贛韶鐵路中間站后備時(shí)間選取1 h較為合理。據(jù)此，蓄電池容量計(jì)算公式中，t取值為1，則η取值為0．55。代入公式可得：

因此贛韶線中間站蓄電池組按2組200 Ah蓄電池組設(shè)置，設(shè)置情況基本與其他同標(biāo)準(zhǔn)鐵路相符，且符合贛韶鐵路工程實(shí)際，滿(mǎn)足行車(chē)需要。

4 結(jié)束語(yǔ)

從2006年開(kāi)始，鐵路系統(tǒng)進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)期，其建設(shè)速度直至2011年才有所放緩。期間由于高速鐵路的建設(shè)，各種新技術(shù)的運(yùn)用，導(dǎo)致現(xiàn)有規(guī)范部分條款不能適應(yīng)工程建設(shè)需求，鐵路主管部門(mén)也高度重視，不斷在現(xiàn)有規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上進(jìn)行修正和補(bǔ)充。因此，也需要廣大設(shè)計(jì)者在開(kāi)展設(shè)計(jì)工作時(shí)，大膽質(zhì)疑，嚴(yán)謹(jǐn)設(shè)計(jì)，廣泛查閱相關(guān)資料，在現(xiàn)有規(guī)范基礎(chǔ)上根據(jù)實(shí)際情況，合理的完成設(shè)計(jì)工作。本文介紹了贛韶線在中間站蓄電池容量設(shè)計(jì)過(guò)程中的一點(diǎn)思考，希望能拋磚引玉，提供一些設(shè)計(jì)思路。

［1］ 鐵道部．鐵路通信電源設(shè)計(jì)規(guī)范［M］．北京：中國(guó)鐵道出版社，2000．

［2］ 鐵道部．鐵路電力設(shè)計(jì)規(guī)范［M］．北京：中國(guó)鐵道出版社，2007．

［3］ 鐵道部．鐵路客運(yùn)專(zhuān)線通信技術(shù)裝備標(biāo)準(zhǔn)（試行）［Z］．鐵道部運(yùn)輸局，2009．