高速鐵路貫通線供電線路選擇方式的探討

吳小剛 上海鐵路局杭州供電段

根據(jù)最新調(diào)整的中國鐵路建設(shè)規(guī)劃，未來我國將建設(shè)總長約45 000 km的全國性快速鐵路網(wǎng)，至2012年底止，全國快速鐵路已建成約10 000 km?？蛯：透咚勹F路的大規(guī)模建設(shè)，出現(xiàn)了區(qū)間多點供電的需求，在目前供電線路的設(shè)計選擇中，各大設(shè)計院均采用單芯電纜敷設(shè)方式，將各供電點通過環(huán)網(wǎng)供電、T接方式實施對區(qū)間負(fù)荷的供電，與暨有線供電方式比較，供電可靠性有待進一步研討，通過對已投運的客專和高速鐵路區(qū)間供電線路實際運行情況的研究，提出采用架空絕緣線與三芯電纜敷設(shè)相結(jié)合的供電線路方式，以提高客專和高速鐵路的供電可靠性。

1 既有鐵路供電線路和供電方式

（1）既有鐵路線的通信、信號、信息、防災(zāi)等系統(tǒng)的供電，由鐵路10 kV配電所經(jīng)專用自閉和貫通調(diào)壓隔離變壓器饋出10 kV自閉和貫通電線路向沿線各站和區(qū)間負(fù)荷供電（如圖1）。

圖1 10 kV自閉貫通線供電示意圖

（2）區(qū)間10 kV自閉和貫通供電線路采用架空電線路和電纜線路相結(jié)合的方式，架空電線路以架空裸導(dǎo)線為主，部份采用架空絕緣線架設(shè)方式，電纜線路均采用三芯電纜，較少采用單芯電纜敷設(shè)方式。

（3）暨有鐵路供電方式：鐵路每隔50 km左右建設(shè)一座10 kV配電所，設(shè)有二路電源，電源從地方供電部門引接，有專線專柜和公用線等方式引接電源，電源引入鐵路10 kV配電所后，經(jīng)專用自閉和貫通調(diào)壓隔離變壓器饋出10 kV自閉和貫通電線路向沿線各站和區(qū)間負(fù)荷供電，一般配電所的運行方式，10kV兩路電源同時受電，單母線母聯(lián)分段運行（如圖2）。

圖2 10kV配電所一次接線系統(tǒng)圖

2 暨有鐵路供電方式的特點

（1）為節(jié)省投資，暨有鐵路供電的自閉、貫通電線路大部分采用了架空裸導(dǎo)線，由于架空裸導(dǎo)線受自然環(huán)境影響大，尤其在我國東部發(fā)達地區(qū)，城鄉(xiāng)建設(shè)和對環(huán)境綠化要求，架空裸導(dǎo)線的供電線路經(jīng)常受外部環(huán)境的影響，供電可靠性不高，從而影響鐵路運輸?shù)恼惩ā?/p>

（2）暨有鐵路在區(qū)間供電自閉、貫通線路中，兩條線路分別由相鄰配電所主供一條線路，同時作為相鄰配電所備供狀態(tài)。在配電所的自閉、貫通饋出回路中設(shè)有過流、速斷、一次重合閘、備自投等保護；在運行中，當(dāng)電線路發(fā)生故障時，主、備供配電所會保護裝置動作，相鄰備供所會備自投動作投入，如不成功，主供所再一次重合閘，當(dāng)線路無故障則會保持供電，如出現(xiàn)永久性故障則備自投和一次重合閘失敗，跳閘保護后線路處在無電狀態(tài)，通過人工或遠動開關(guān)操作，隔離故障區(qū)段后，配電所恢復(fù)向區(qū)間線路供電。

（3）暨有配電所的正常運行中，自閉或貫通線路如需進行區(qū)間線路檢修，則相鄰兩配電所間可實施短時并網(wǎng)，并網(wǎng)成功后將檢修區(qū)段隔離停電，實施相鄰兩所分段供電，在整個停送電操作過程中，不會對兩配電所間的供電負(fù)荷產(chǎn)生中斷供電的情況。如當(dāng)供電局電源發(fā)生故障或因特殊情況需停用一路電源時，區(qū)間供電線路可通過相鄰兩配電所間實施短時并網(wǎng)改變主備供方式，對負(fù)荷供電不會產(chǎn)生中斷現(xiàn)象。

（4）一般情況暨有鐵路供電線路沿鐵路兩側(cè)的路基外農(nóng)田架設(shè)，設(shè)備檢修均安排在白天實施，很少在夜間檢修。

3 客專和高速鐵路對電力供電的要求

（1）客專和高速鐵路的通信、信號、信息、防災(zāi)系統(tǒng)等供電要求與暨有線不盡相同，通信、信號、信息、防災(zāi)、列控等設(shè)備的供電，由分布在沿線每隔3 km左右的箱式變電站進行供電，供電可靠性要求高。

（2）高速列車在運行時段內(nèi)，所有電力供電設(shè)備均應(yīng)保證供電，一旦電力設(shè)備發(fā)生故障，會影響列車的正常運行，甚至?xí)a(chǎn)生列控中斷而引發(fā)事故。

4 客專和高速鐵路現(xiàn)行設(shè)計的供電線路和供電方式的優(yōu)缺點

（1）已開通和正在建設(shè)的客專和高速鐵路供電，同樣由每隔線路50 km左右的10 kV配電所經(jīng)專用一級貫通和綜合貫通調(diào)壓隔離變壓器饋出10 kV一級貫通和綜合貫通電線路向沿線各站和區(qū)間負(fù)荷供電。

（2）已開通和正在建設(shè)的客專和高速鐵路供電線路，絕大部份是采用10 kV單芯電纜敷設(shè)的電纜線路向沿線各站和區(qū)間負(fù)荷供電。也有利用施工時的架空線路作為客專和高速鐵路區(qū)間的供電線路（甬臺溫、溫福線均為節(jié)省投資，采用了部份永臨結(jié)合的架空電線路，而且這部份電線路均在山區(qū)）。

（3）由于采用了電纜線路，電纜線路中產(chǎn)生大量容性無功，目前設(shè)計均不能采用一次重合閘、備自投和并網(wǎng)功能。與暨有鐵路供電方式相比，供電靈活性不高，當(dāng)線路發(fā)生故障，則需通過操作遠動開關(guān)來隔離故障區(qū)段，由于電纜線路敷設(shè)在高鐵兩邊的電纜槽內(nèi)，在動車200 km/h及以上速度運行時段內(nèi)，無法實施故障處理，必須在列車停運的天窗時間內(nèi)進行故障處理，在天窗點時間內(nèi)通過故障測距，上道巡查確認(rèn)，電纜故障處理，最少也需天窗點兩個，故障復(fù)雜的需用三個以上天窗點才能處理完成，這樣區(qū)間分段供電，供電可靠性降低。如當(dāng)供電局電源發(fā)生故障或因特殊情況需停用一路電源時，只能將整個供電臂停電后，再把備供所電源送至區(qū)間供電，這時區(qū)間只有一路電源供電，大大地降低了供電可靠性。

（4）由于客專和高速鐵路供電線路采用電纜線路，部份利用了永臨結(jié)合的架空線路供電，在日常檢修中，檢修停送電比較復(fù)雜，相鄰兩所不能實施并網(wǎng)操作，因此停送電必須在天窗點時間內(nèi)完成，檢修設(shè)備又均在戶外和沿線，在天窗點時間內(nèi)，電調(diào)停送電操作均以牽引供電停送電為優(yōu)先，然后再實施電力停送電作業(yè)，電力使用的天窗修時間短，所做的檢修工作量不多；高鐵建成后，建設(shè)便道還耕后，箱式變電站有許多交通不便，車輛無法直接到達，檢修照度不足，使檢修工作質(zhì)量存在折扣，不能徹底良好完成設(shè)備保養(yǎng)。

（5）高鐵區(qū)間供電線路均采用10 kV單芯電纜，設(shè)計時主要考慮單芯電纜施工簡便，3 km左右一個基站箱變間可以不做中間接頭，但由于受工程施工環(huán)境因素，施工進度安排的不匹配和電纜材料采購控制不規(guī)范，目前我段管轄的幾條高鐵區(qū)間供電電纜，按照設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)不做中間接頭的不多，工程施工單位為施工方便，電纜沒有按兩箱變間長度采購，產(chǎn)生不少電纜中間接頭。在工程進度上，要求電源盡早提供，站前工程尚未完成，電纜溝未施工好或缺少電纜溝，電纜就開始敷設(shè)，而設(shè)計一般以直埋敷設(shè)和沿橋架電纜溝敷設(shè)為主，單芯電纜的外表皮損傷情況時有出現(xiàn)，由于單芯電纜與三芯電纜表皮損傷對電纜運行情況完全不同，三芯電纜表皮的損傷很少會影響整根電纜的質(zhì)量，而單芯電纜由于其采用一端直接接地、一端經(jīng)護層保護器接地的方式運行，當(dāng)單芯電纜表皮有損傷時，此損傷點就等于是一個接地點，鎧裝的金屬護層兩接地點間產(chǎn)生環(huán)流，經(jīng)長時間運行后就會出現(xiàn)故障（如圖3、圖4），因此單芯電纜對敷設(shè)環(huán)境要求高，但目前高鐵施工中較難以滿足此敷設(shè)環(huán)境要求。

圖3 電纜金屬護層保護接地

圖4 電纜外皮損傷引發(fā)的故障

（6）為避免鐵磁的渦流損耗，單根單芯電纜套用的保護管、固定件等均要選用非磁性材料（如PVC管）或C型鋼管（鋼管側(cè)邊縱向切開，不形成閉合磁路）。

（7）目前高鐵區(qū)間電纜敷設(shè)有不少施工單位采用軌道車輛施放電纜，因此采用三芯電纜的施工敷設(shè)與單芯電纜一樣，工作量和工作強度不會增加。

5 客專和高速鐵路供電線路和供電方式設(shè)計選擇的建議

（1）客專和高速鐵路供電線路建議采用架空絕緣線和三芯電纜敷設(shè)相結(jié)合的方式來實施。由于高鐵線路建成后均實施護欄封閉，給架設(shè)架空線路有了路徑可走，在護欄外架設(shè)電線路，考慮環(huán)境對電線路的影響，建議采用架空絕緣線，以減少環(huán)境因素對供電線路的影響；有橋墩處可利用橋墩兩側(cè)作為固定架空絕緣線路的支柱，以減少投資。在特殊地段則采用三芯電纜，以減少施工等環(huán)境因素的影響，造成電纜施工時的表皮損傷而影響日后運行質(zhì)量。但也可采用少量的單芯電纜來解決一些特殊敷設(shè)情況。

（2）當(dāng)采用架空絕緣線和電纜敷設(shè)相結(jié)合的供電線路方式后，對配電所可設(shè)置過流、速斷、一次重合閘、備自投等功能保護，以提高供電可靠性。

（3）采用架空絕緣線和電纜敷設(shè)相結(jié)合的供電線路方式后，區(qū)間電線路的檢修可采用并網(wǎng)開口方式，停供區(qū)間檢修線路設(shè)備，白天檢修作業(yè)，工作效率高、安全風(fēng)險小。當(dāng)區(qū)間設(shè)備發(fā)生故障時，可采用并網(wǎng)方式，分段查找故障點，對整個供電臂影響減少。當(dāng)?shù)胤焦╇姴块T要求倒換電源時，可不停電情況下，實施并網(wǎng)倒換電源，提高供電可靠性。

（4）從技術(shù)經(jīng)濟分析來看，目前采用架空絕緣線和三芯電纜敷設(shè)相結(jié)合方式的投資會比全單芯電纜敷設(shè)方式的投資降低，對減少投資，降低造價，提高供電可靠性，又便于日常運行維護。

6 結(jié)論

客專和高速鐵路供電線路采用架空絕緣線和三芯電纜敷設(shè)相結(jié)合的方式，可減少工程投資，便于日常運行檢修和故障處理，供電可靠性高，安全風(fēng)險低。