铁路电力供电用户需求分析

铁路电力供电系统主要由架空电力线路、电力电缆线路、10kV箱式变电站、10kV及以上变配电所、10kV/0.4kV变电所、室外照明、动力配线、车站机电设备监控及火灾自动报警装置等组成。

以下所涉及的武广电力专业工程的技术标准、工程方案的变化和形成的过程，反映了对我国高铁电力供电的负荷特点的研究过程，与常规的国家电网的普通工业用户相比，其负荷特点和需求有一定差异，也反映了我国铁路用户、行内人员不断加深认识和对相应的技术路线逐渐明晰的过程，该脉络的变化过程特别值得总结和回顾，对于分析铁路特有的供电需求规律具有十分重要的启发意义。

3.8.1.1　可行性研究阶段

1）可行性研究主要内容

在2004年3月完成的“武汉至广州高铁乌龙泉至花都段可行性研究（送审稿）”中，相关电力工程设计部分主要内容摘录如下。

（1）本工程不采用牵引变电所与配电所的合建，不采用接触网与10kV电力贯通线共杆架设方式。新建10kV配电所共计15座，间距一般在30～90km。

（2）全线设两条10kV贯通线。一条综合电力贯通线，导线截面为95mm2；一条一级负荷贯通线，导线截面为70mm2。根据地形、地貌、地物的特性采用架空裸导线、架空绝缘导线和电缆入地的混合方式设计电力贯通线路。

（3）各站、段负荷集中的地方设变电所或箱式变电站，容量大于或等于100kVA时采用室内变电所形式，100kVA以下采用变电台供电，受地形限制或环境要求美观的地方采用箱式变供电。

（4）高、低压电力电缆全部采用铜芯，高压电缆采用交联聚乙烯绝缘电缆，低压电缆采用全塑式。

（5）大型站房照明、动车段及站台照明采用智能照明控制系统，可就地控制、远方集中监控；车站建筑设景观照明。

（6）隧道供电。隧道供电电源一般接取自10kV综合电力贯通线。狮子山隧道、鹅公岭隧道因设有正常运行通风设备，用电容量大，取地方10kV电源供电。长度L≥500m的隧道设置固定的电力照明；长度L≥1000m的隧道加设应急照明设备；紧急呼叫电话及紧急出入口处设置固定照明，紧急出口通道内设应急照明设备。

（7）主要设备选型。10kV高压柜、电力线路分断开关选用局部气体绝缘（C-GIS）金属封闭开关设备，一次设备采用无油化小型断路器，操作机构为弹簧操作机构；高、低压断路器等关键元器件采用进口或合资厂家的产品，其余采用国产设备。

（8）高铁铁路电力管理体制、维护、定员的设置与综合维修段、综合维修工区合建。

（9）施工供电永久和临时工程结合。在郴州—乐昌段线路长88.45km，设计对该段施工供电永久和临时工程相结合。

2）可行性研究审查

2004年4月5—12日铁道部组织审查。2004年7月，完成了《新建铁路武汉至广州客运专线可行性研究报告》。2004年12月3日，国家发改委批复该项目可行性研究报告。

3）可行性研究与预可行性的变化情况的对比分析

主要体现在以下7个方面。

（1）可行性研究新设配电所18座，间距一般在30～70km，比预可行性研究增加5座。全线配电所最大间距缩小到70km以内，有效改善了贯通线末端供电质量，提高了单个供电臂的供电能力，并增大了区间供电调度的灵活性，大大提高了供电可靠性。

（2）可行性研究中，在区间部分区域将杆架式变电台更改为箱变，使供电受地形限制和对环境景观影响更小。

（3）可行性研究提出。在贯通线电缆较长的区段设置电抗器进行补偿，以减少电容电流的影响。

（4）可行性研究进一步明确了隧道供电方式。

（5）可行性研究对10kV高压柜、电力线路分断开关提出了更高的要求，选用免维护、体积小的局部气体绝缘（C-GIS）金属封闭开关设备。

（6）针对高铁铁路电力设计采用的一系列新技术，在机构设置、管辖范围和定员提出了新的尝试。

（7）可行性研究进一步明确了施工用电及永临结合的范围。

3.8.1.2　初步设计阶段

2004年5—7月完成全线定测，2004年9月底完成初步设计。初步设计与可行性研究的变化情况对比分析，主要在以下五部分的变化。

（1）初步设计明确了站后各工程和站前土建工程的接口，由于高铁路基建成后不能开挖，因此区间敷设的各类电力电缆需要土建工程设置沿线的电力电缆槽，预留埋设过轨的钢管。这种接口设计是在以前普速铁路中没有提到或强调的。

（2）可行性研究只要求长度L≥500m的隧道设置固定的电力照明；初步设计要求全部隧道设置固定的电力照明，并且长度大于1000m的隧道设置EPS。初步设计提高了隧道照明的技术标准。

（3）可行性研究在设备选型方面考虑仅在供电要求较高的场所变压器采用智能化、低损耗干式变压器，一般场所采用非晶合金变压器；初步设计中则要求所有变压器采用智能化、低损耗干式变压器；调压器采用干式。主要是为了适应武广高铁变电所大多与站房、综合楼等大型建筑合建后的防火要求，并且干式变压器、干式调压器更加环保，符合国家建设环境友好型社会的要求。

（4）初步设计要求沿线变配电设备接地采用接地线引至沿线敷设的综合接地装置；可行性研究中没有要求沿线变配电设备的接地联结成一个整体。(https://www.xing528.com)

（5）结合线路走向调整和桥隧分布变化情况，将施工供电永久和临时工程结合的范围进一步缩小。

3.8.1.3　修改初步设计1）初步设计中间审查

2004年10月中下旬，铁道部完成对本项目初步设计中间审查。鉴定中心关于电力工程设计的审查意见基本同上阶段原则。根据初步设计中间审查意见，2004年12月进行补充定测，期间国内高铁应用标准发生较大变化，2005年3月完成修改初步设计。2005年5月底完成相关补充研究材料及鉴修概算。其中电力工程设计主要内容如下。

（1）全线设一条10kV综合电力贯通线，导线截面为95mm2，设一条10kV一级负荷贯通线，导线截面为70mm2，供电臂最大长度约为78km。各配电所所在站从地方接引两路或一路10kV电源，供车站综合负荷。沿线与行车有关的信号、通信、综合调度系统等由一级负荷贯通线主供，综合电力贯通线备供；沿线其他无线通信中继站、隧道照明、桥隧警卫、无配电所的中间站、越行站等负荷，由综合电力贯通线供电；电力牵引各所所用电源由电力一级负荷贯通线提供一路10kV电源，另一路电源由牵引供电系统供给；无线通信中继站由通信专业设UPS备用电源（备用时间约为18h）。

（2）两条10kV电力贯通线全部采用电缆、分别沿铁路两侧预制电缆槽敷设。一级负荷贯通线设于铁路下行方向左侧，综合贯通线设于铁路下行方向右侧。沿线10kV贯通线电缆铠装外皮引至沿线敷设的综合接地线。

（3）新建10kV变配电所，间距一般在30～78km，共计15座。电源一般为专盘专线。

（4）各站、段负荷集中的地方设变电所，容量大于或等于100kVA时采用室内或箱式变电所，100kVA以下采用小型落地变电箱。

（5）电力远动系统。为保证全线铁路供电的正常、安全运行，设置对全线主要电力设备遥测、遥信、遥控、遥视的电力配电自动化系统。机电设备监控系统：各车站站房设机电设备监控系统。火灾自动报警系统：各站段综合楼（站房）、大型厂房、武汉综合调度中心、武广客运公司大楼的机电设备监控控制站或消防值班室内设消防报警及联动设备，并与全线防灾安全监控系统联网。

（6）隧道照明。长度大于100m隧道设置电力照明，长度大于1000m的隧道设置应急照明。由于全线隧道预留运营通风，供电设计亦为预留。

（7）主要设备选型。高压电缆一般采用交联聚乙烯绝缘电缆，低压电缆采用一般聚乙烯电缆；高压开关柜采用铠装式金属封闭开关设备、断路器采用真空断路器；低压开关柜采用抽出式；变压器采用干式变压器；高、低压配电设备及主要电器元件采用国产的国际先进产品。

（8）设计暂不考虑施工供电永临结合的设计方案。

2005年12月21日，铁道部暨湖北、湖南、广东三省人民政府《关于武汉至广州客运专线乌龙泉至花都段初步设计的批复》（铁鉴函〔2005〕783号）批复本项目初步设计。

2）修改初步设计与初步设计的变化情况对比分析

（1）针对初步设计中间审查意见“区间负荷暂按两条10kV贯通线进行下阶段的工作，进一步调查国外高速铁路供电模式，研究合理可行的供电方案”，修改初步设计阶段通过研究国外高速铁路供电现状，对武广高铁供电方案进行了深化研究与比选。

（2）修改初步设计阶段，10/0.4kV变电所选用室内变电所、箱式变电站以及小型落地变电箱形式，舍弃了杆架式变电台的方式。适应了武广高铁全电缆化的供电，节省了用地，美化了环境，并且箱变工厂化组装可以保证设备质量，节省安装周期。

（3）初步设计要求全部隧道设置固定的电力照明；修改初步设计要求长度大于100m隧道设置电力照明。主要是为了降低工程造价。

（4）根据初步设计中间审查意见并结合隧道通风的要求，修改初步设计暂不考虑施工供电永临结合的设计方案。

3.8.1.4　实施过程中的四电集成新模式

实施阶段中铁道部作为最终用户和行业主管单位，决定对本线通信、信号、牵引供电及电力系统（简称“四电系统”）采取四电系统集成方式实施。建设管理程序上因此产生了再次对原初步设计批复意见的修改，即所谓“补充初步设计”的新增审查阶段。本工程的电力技术标准在该阶段产生的变化较大。

采用四电集成模式的具体原因复杂，既有着武广高铁要继续引进消化吸收国外先进成熟可靠技术、实现中国特色高速铁路技术再创新的政治需要，更有国际跨国公司和国内少数具备集成能力企业的强烈利益要求的深层次原因。

根据有关铁道部文件、实际实施的合同和新的用户需求，设计单位编制了补充初步设计报告。2008年6月30日铁道部《关于武广高铁乌龙泉至花都段通信、信号、电力、电气化工程补充初步设计的批复》（铁鉴函〔2008〕729号），正式同意根据四电集成方案对四电工程初步设计进行调整。补充初步设计与初步设计的变化情况和主要技术标准方案对比见表3.18。

表3.18　电力供电的主要技术标准方案阶段性变化对比表

续表

续表

四电集成方案为基础的补充初步设计相对于原初步设计，电力专业工程技术标准的主要变化体现在三个方面。

（1）以可靠性、可用性、可维护性、安全性（RAMS）指标来指导设计，并对设计方案进行评估。明确了可靠性指标的用户需求。

（2）电力工程技术标准有了很大提高。如双贯通全电缆供电；柴油发电机组的应用；全线10kV变配电所、重要的10/0.4kV变电所、区间接于贯通线上的箱变以及为重要负荷供电的低压回路均纳入SCADA系统等。

（3）主要电气设备规格档次有了很大提升。如区间10kV电力贯通线电缆采用不锈钢铠装的单芯铜芯电缆；10kV高压开关柜采用全封闭SF6绝缘开关设备（GIS）；低压开关柜采用智能型模数化组合柜型；变压器、调压器采用干式节能型设备；区间负荷供电均采用统一模式的箱式变电站等。主要电气设备达到了模数化、标准化、免维护、少维修，并且强调了环保节能的要求。

但也带来了新的工程实施技术难题，比如长大干线10kV电力线路方案采用全电缆方案时带来的接地方式及无功补偿等需要开展关键技术研究的问题。