电源匮乏情况下的铁路电力供电方案选择浅析

刘明强　由恒远

摘 要：铁路电力供电系统是铁路通信信号等重要负荷的电源。随着铁路建设进一步深化和建设重点的西进，在西部偏远地区电源匮乏的情况下，电力供电面临的电源问题越来越严重。因此，分析了几种供电方式的优、缺点，并综合经济、技术条件，提出了不同情况下的供电方案。

关键词：供电系统；铁路通信信号；供电方案；接触网

中图分类号：TM46 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.16.117

铁路是国家的命脉，铁路强大的运载能力是经济发展的重要动力。随着铁路建设的进一步深化和建设重点的西进，铁路电力供电系统的电源接入问题越来越严重，甚至出现了从110 kV直接取电变10 kV的现象，增加了建设难度。针对取电困难问题，本文主要提出了几种非常规电源，以解决目前电源接入难的问题。

1 电源方案

1.1 一路贯通线的交直交电源分布式供电

在此方案中，铁路沿线只具备一路贯通电源的条件，贯通出线1和贯通出线2经调压器给沿线信号箱变电源供电。由于不满足一级负荷需要2路独立电源的要求，需设置第二路可靠电源。第二路电源采用牵引交直交电源箱变，由于交直交箱变的电源为接触网，其负荷等级为一级负荷，所以，其可靠性较高。此外，接触网在停电和备自投操作过程中出现了约300 ms的断电时间区间，为了保证供电的连续性，需设置一定容量的电池，交直交电源可提供1 s的续流供电，可保证信号电源不出现断电间隙，从而满足信号电源供电150 ms断电时间的规定。

1.2 一路贯通线的交直交电源集中供电

由于牵引交直交箱变在接触网沿线取电管理中存在一定的难度和隐患，因此，需要改进方案。在原先一路贯通的基础上，第二路电源采用10 kV架空或电缆线路，电源直接在接触网牵引变电站内取电，经交直交和升压变压器提供给10 kV架空线或电缆电能，形成第二路10 kV线路。

1.3 风光互补分布式供电

铁路沿线区间用电负荷小且分散，因此，可采用设置自备电源方案。西部地区的可再生资源分布情况较好，可以太阳能、风能等资源作为自备电源，通过太阳能、风能发电和风光互补发电为铁路沿线负荷点提供电源。此供电方案的可靠性较高。

1.4 柴油发电机组分布式供电

柴油发电机组分布式供电为应急供电方案，选择常规的柴油发电机组独立或与其他电源配合作为电源。

2 方案对比分析

2.1 成本分析

按电源供电系统的规模为50 km线路，配置5台箱变，每台箱变的容量为50 kVA，总配电所的容量为500 kVA计算。

采用一路贯通线的交直交电源分布式供电时，每台分布式交直交箱变的投资为50万左右，其他建设费用为10万左右，沿线5台设备的总投资为300万元左右。

采用一路贯通线的交直交电源集中供电时，投资主要包括建设铁路电力线路、配电所，以及每台铁路远动箱变增设1路电源。铁路电力线路主要以架空线和电缆为主，其投资成本为20万元/km；交直交配电投资为150万元；增加1路贯通电源箱式变电站的投资约为15万元。按50 km为1个供电区间设置5个电力远动箱变计算，总投资为1 375万元。

采用风光互补分布式供电时，主要包括风光互补发电部分和蓄电池部分。其中，风光互补的投资成本约为60万，蓄电池按10 h备用为准，为5万元左右，总投资为325万元。

采用柴油发电机组分布式供电时，每台柴油发电机组为20万元，总投资为100万元。

由此可见，采用柴油发电机组分布式供电的投资最低，采用一路贯通线的交直交电源集中供电的投资最高。

2.2 可靠性和运行维护工作分析

采用一路贯通线的交直交电源分布式供电时，运行可靠性主要取决于交直交电源可靠性和接触网停电两方面。交直交电源采用模块化设计，实现了N+1备用，可靠性高；接触网停电的概率较低。因此，此方案较为稳定，运维方便。

采用一路贯通线的交直交电源集中供电时，由于交直交电源在大容量站场的应用为N+N备用，设备的可靠性极高。因此，此方案的运行可靠性取决于接触网停电问题，而接触网停电的概率较小，所以，此方案非常稳定，运维方便。

采用风光互补分布式供电时，运行可靠性主要取决于风光互补电源的可靠性和蓄电池的维护问题。西部地区的风能和太阳能较丰富，且风能、太阳能同时无效的情况较少，因此，此方案的发电可靠性较高，但因蓄电池的容量不宜过大，且蓄电池的维护成本和维护工作量较大，因此，蓄电池的安全可靠性是主要隐患。从总体上看，此方案的可靠性较高，但运维困难。

采用柴油发电机组分布式供电时，其运行可靠性主要取决于柴油发电机组的启动可靠性。西部地区冬季启动柴油发电机组的难度非常大，运维工作量极大且不可控。因此，此方案不稳定、可靠性低，运维极困难，不建议采用。柴油发电机组的特点是应急供电，因此，可在部分电力工区配置。

2.3 设备更新改造周期

一路贯通线的交直交电源分布式供电交直交电源箱变的设计寿命为20年，设备在运行周期内基本不需要维修。

一路贯通线的交直交电源集中供电中存在一部分架空线，根据以往的铁路线路大修经验，架空电力线路的大修周期不超过15年。

在风光互补发电设备中，蓄电池占的投资比例较大，但也是使用寿命较短的设备。从实际使用效果看，蓄电池的更新周期为5～8年，大大短于架空线路和高压配电设备的更换周期。因此，设备折旧成本较高。

柴油发电机组分布式供电的运维工作量极大，生命周期一般在10年左右。

2.4 方案的灵活性对比

一路贯通线的交直交电源分布式供电、风光互补分布式供电、柴油发电机组分布式供电均为独立安装，其灵活性高，可被广泛应用于铁路信号供电和铁路其他负载供电；一路贯通线的交直交电源分布式供电的建设周期短，可进行局部调整和全线配电；一路贯通线的交直交电源集中供电为全线安装，基于现有的架空和电缆线路，其一般只作为信号供电，建设周期会受到线路施工的限制，工期较长，因此，灵活性相对较差。

3 结论

综上所述，我国西北部等电力匮乏的地区可考虑采用以上方案解决取电难的问题。从可靠性和投资等方面考虑，一路贯通线的交直交电源集中供电符合现有铁路运行规范，可靠性最高，但投资也最高；综合经济和可靠性等方面考虑，一路贯通线的交直交电源分布式供电最合理，建议推广应用；风光互补分布式供电的性价比不高，维护成本较高，应谨慎选择；建议将柴油发电机组分布式供电仅作为电力检修工区的应急电源。

参考文献

[1]钮承新.交直交电源装置在电气化铁路上的研究与应用[J].电气化铁道，2013（06）.

〔编辑：张思楠〕

Abstract： Railway power supply system is the important load of railway communication signal power supply. With the further deepening of railway construction and the construction of Key West， in the western remote area power supply shortage situation， face power supply power supply problems become more serious. Therefore， the advantages and disadvantages of several power supply modes are analyzed， and the integrated economic and technological conditions are put forward.

Key words： power supply system； railway communication signal； power supply scheme； contact net