铁路供配电系统探讨

铁路供配电系统探讨
摘要：随着高速铁路的建设热朝,新建高速铁路占新建铁路50%以上,作为高速铁
路不可或缺的一部分铁路供配电系统,也较普速铁路有了很大的变化。

铁路变配电
所是除列车牵引供电外的所有铁路电力设施供电，其电源从地方供电公司引两路
独立的10kV\35KV\110KV作为主备供电源。

其中武汉北编组站、恩施车站、合肥
南站等采用35kV变配电所；武汉站、佛山站等采用110kV变配电所；麻城北站，天门南站等采用10kV配电所。

关键词：贯通线、铁路配电所、高速铁路、普速铁路、设备选型
1.前言
铁路变配电所向铁路车站，区间负荷供电。

铁路变配电所间距一般为30-
60km；普速铁路从配电所馈出两条电力供电线路，其中一条为贯通线、另外一条
为自闭线。

沿线架设为铁路区间通信、信号、车辆设施供电。

高速铁路从配电所
引出两路馈线，一条为综合贯通线，另一条一级贯通线。

为了提高铁路沿线设备
设施的电压，通常铁路配电所设有调压器，当调压器出线故障时，采用直供的方
式供电。

普速铁路贯通自闭线以架空线路为主，经过深林，河流等困难地带时采
用电缆敷设。

高速铁路贯通线以电缆为主，部分高速铁路采用单芯电缆，部分高
速铁路采用三芯电缆。

普速铁路区间小站设置箱式变电站或杆架式变电台,信号箱
变设置RTU远动装置,箱式变电站内高低压开关统一纳入供电段调度系统,实现远
程操作、监控和控制。

高速铁路区间供电一般采用智能型变电站，由一级贯通线
和综合贯通线供电，高压低压及仪表纳入远动功能，由局平台统一调度管理，当
某一路出线故障时，局平台调度中心通过远程操作终端实现隔离和切除故障，跨
区供电，实现由相邻配电所供电的功能。

从而缩短故障时间和故障范围。

实现无
人看守的目的，由于RTU具有故录功能，所有故障信息将通过2M的数据网传入
调度中心，检修人员收到调度通知单时也同时收到了故障类型。

箱变内设置了环
境监控系统，实现对箱变内的温度、适度、电源、火灾信息、门禁信息、通风、
空调实现远程监控，提供了供电系统的可靠性。

2.变配电所布置
铁路变配电所设置于负荷中心，一般设有变压器室、高压室、通信机械室、
控制室与低压配电室、高压无功补偿并联电力电容器室、小电阻接地室、值班室、维修间、备品备件室等。

可根据变电所的规模、及有关设计规范与设计手册中的
电气设备布置要求的距离进行布置。

铁路配电所10kV侧功率因素不达标时需进行无功补偿，高压并联电力电容器可选用成套高压并联电力电容器柜，容量较小时可与高压开关柜并排布置，也可
单独设置电力电容室，但电力电容室需注意通风和安全间距，在设计铁路配电所时，根据负载情况可以选择补充容性无功还是感性无功，对于普速铁路一般补偿
感性无功，高速铁路一般补偿容性无功。

铁路配电所一般设计为采用无人值班，有人值守模式，宜设置单独的值班室。

值班室可与配电室相邻，并设置相应的直通走道或者门廊，并且值班室应有直接
通向室外或室外走道的门。

设计铁路变配电所时如无用地范围的限制，宜单层布置。

当场地条件限制时
必须采用双层布置时，应在一层设置单独的变压器间，设于二层的配电室应考虑
搬运设备的通道、平台或孔洞，对于安装与地下的变配电所,如深圳站低压所，则
需考虑设备垂直搬运通道，有条件时设置两个垂直通道，一个用于搬运大部件，
另一个用于搬运小部件。

高、低压配电室内，宜留有适当数量配电装置的备用位置。

铁路10kV配电所高压室尺寸以9m*15m为宜，控制室7.2m*7.2m为宜，调压器室3.6m*4.5m为宜，安装两台变压器的低压所采用8m*14米为宜。

供给通信信号的一级负荷用电的两回电源线路的电缆，不宜通过同一电缆沟；当无法分开时，应采用阻燃电缆，且应分别敷设在电缆沟或电缆夹层的不同侧的
支架上；当敷设在同一侧的桥架内时，应采用防火隔板隔开。

主变压器油重小于1000kg的相邻油浸变压器外廓之间的净距，不应小于
1.5m；当油重在1000kg～2500kg的相邻油浸变压器外廓之间的净距，不应小于
3.0m；油重大于2500kg的相邻油浸变压器外廓之间的净距，不应小于5m；当不
能满足上述要求时，应设置防火墙。

3.供电方案
在铁路110/10kV、35/10kV、10kV变配电所前期设计中，需要对负荷等级、
负荷容量、以及5-10年的负荷发展规划做出说明，结合当地的供电局的电网规划，确定外部接线方案和内部供电方案。

当确定好方案后，方可进行下一步的设计。

在施工图设计阶段，常常会出现铁路使用单位和业主尚未和供电公司达成供电协议，造成后期的变更方案设计。

例如某配电所在施工图设计时采用的10kV外部
电源，结果在施工单位进场后，与供电公司对接时，供电公司附近只有6kV电源，或者有10kV电源但提供不了所需负荷容量而改用35kV供电；特别是牵引变电所
设计时，通常设计为110kV外部电源，但当地采用的是220kV的电网系统，没有110kV电压等级。

这时设备已经招标，所有设备基础已经施工完成，这时变更设
计产生的投资浪费和工期延长。

例如某所采用10kV外部电源设计，而供电局实
际提供电源为6kV；武汉某所设计为10kV，供电局实际提供电源为35kV；如果甲方急着催促施工图设计时，与供电局对接几次都未成功，供电局需要提供土地权
属证明、营业执照、项目批复文件等。

由于项目紧，初步设计都还未批复的情况下，这种情况下土地权属证明、营业执照、项目批复都没有，当地供电公司客服
中心不会受理任何报装手续，进而不会有供电公司客户经理陪同观看现场并提供
供电方案。

这时我们可根据负荷等级、负荷容量和近远期发展规划，按照有关规
范进行施工图设计。

施工图完成后在得到当地供电部分（一般为当地经济研究院）统一后，方可进行有关设备订货及施工。

一级负荷的铁路变配电所，应由两路独立电源供电，一路外部电源停电，另
外一路不至于停电。

当地供电部分一般不能保证两路电源不同时停电，供电局只
能保证两路电源来自不同的变电站，不同的母线。

对于铁路一级负荷中特别重要
的负荷，当对断电时间有严格要求时可采用UPS或EPS，无严格要求时可采用柴
油发电机作为独立的第三路电源。

铁路供电方案以放射式、环网式居多和树干式，环网式一般开环运行，由一
个配电所经过每个用户箱变或变配电所时一进一出，直至另一个配电所或者该配
电所的另一条母线。

该供电可靠性高，可以节省电缆和电缆通道，但是开关柜的
数量增加较多，造价高。

高速铁路常采用该方式供电，环网式供电一般选用环网柜，环网柜采用与负荷开关配套的高压熔断器作为保护装置，如果采用微机保护
装置，则需要进行设置过流保护和速断保护。

铁路放射式供电也运用较广，对于
可靠性要求高的变配电所，需要两路电源供电，采用一供一备的方式运行，两路
电源互为备用，备用方式有线路备投和母联备投，低压一般采用单母线分段，末
端一般采用双电源切换开关，一般不采用并列运行。

这种方式电缆投资大，通道
投资也打，供电可靠性高。

树干式供电一般用于三级负荷，对负需求不高的用电设施供电，在铁路站场运用较多，配合电缆π接箱使用，效果明显，电缆不宜出线故障，同时也能保障连续供电。

4.主接线形式
110/10kV、35/10kV铁路变电所一次接线图常用的方式线路变压器组、单母线、单母线分段；例如武汉高铁110/10kV变电所采用外桥接线，某段110/10kV 变电所采用线路变压器组，110/10kV牵引变电所一般采用带改进型外桥接线，铁路35/10kV变电所一般采用单母线或者单母线分段接线。

10kV配电所采用单母线分段接线，其中贯通和自闭单独设置母线。

主接线系统设计时应注明保护类型、保护要求、远动需求、连锁、备投、重合闸等。

5.设备选型
35kV及以下设备一般采用室内布置，普速铁路一般选用AIS结构，高速铁路一般选用GIS结构。

10~35kV金属封闭式开关柜分为铠装、固定和箱式三种，铁路10kV配电所由固定式开关柜和移出式两种。

固定式结构简单，尺寸大，五防差。

移开柜结构合理，便于维护，成本高。

110kV户内变电站一般采用气体绝缘封闭开关设备，它将变电站的隔离开关，断路器，电流互感器，接地开关，电压互感器，避雷器和封闭母线全部集合成一体的设备。

组织成套电气设备，内部采用SF6作为绝缘介质。

在实际选用开关柜时，可根据配电室的尺寸，一次系统图来选用手车柜、固定柜还是环网柜。

根据电网的运行情况校验配电室母线开关的动稳定性和热稳定性。

如果选用手车柜时，可不设及五防，选用固定柜时还需考虑五防。

高压断路器的选择应根据运行条件，额定容量，短路电流进线选择，通过短路容量选择断路器的开断容量，条件不足时可参考上一级变电站的数据。

断路器一般选用真空断路器，高压真空短路器灭弧时间短，容易产生操作过电压，需要特别注意。

对架空出线的真空短路器还需要注意防雷。

对于操作机构，目前较为普遍的是弹操机构，电磁操作机构以及淘汰，永磁机构作为新产品，其主要优点为合闸机构电流小，故障率低。

估计后期慢慢会替代现有的弹操机构。

需要设计电压互感器时，应选择两个单相电压互感器。

目前铁路箱变内一般采用两个单相电压互感器，而普速铁路电压互感器一般单独设柜，高速铁路电压互感器与进线柜公用一面柜体。

接线形式有VV接线、YY接线和开口接线几种形式。

还有对于需要备投时还应考虑电压互感器重动和并列的问题。

对于计量用电压互感器，供电公司一般有专用的需求，有些供电公司要求三相四线制，有些供电公司要求三相三线制接线。

这时我们就需要根据供电公司的需求单独设置选型电压互感器和接线形式，有些供电公司对关口表还有特殊的需求，需要两块表，互为备用。

关口表还需要供电公司专门的计量室校验，并需要授权码。

内部不需要高压计量，又无单相接地保护需求，无高压电力电容器的变电站，可不设电压互感器。

无单相接地保护需求时，电压互感器采用两台单相电压互感器，并采用VV接线；当需要检测剩余电压是，就需要采用开口三角型接线，剩余绕组用来检测单相接地保护及母线对地绝缘监视。

电压互感器一次和二次中性点均需接地。

一次侧发生短路时，接地相对于地电压为零，开口三角形就能检测出剩余电压。

考虑到磁芯饱和的情况，二次回路设计时还需选用消谐装置。

选择电流互感器时，互感器一般二次侧有5A和1A两种型号；对于铁路10kV 配电所一般选用5A就足够了，对于铁路110/10kV变电所及以上等级的变电所一般选用5A；选择零序互感器时需要考虑到三根电缆穿过零序电流互感器，因此对内径的大小也有要求。

对于小电流接地的系统，零序电流较大，需要核算零序电
流互感器的变比。

另外选择互感器时还需考虑电流互感器的精度，有10P、5P、0.5、0.2S；高精度用于计量，0,5级用于测量，P级用于保护。

6.结论
高速铁路和普速铁路变配电所设计是一个系统的工程，涉及负荷计算，供电方案、主接线形式和设备选型多方面。

设计前期还需要调查负荷情况，并根据用电专业需求计算用电负荷。

综合外部电源接引构建铁路供变电系统，为铁路一二级负荷提供可靠动力，设计后期还需要对主体工程设计和实施方案进行调整和细化。

上述论述是铁路供配电系统框架设计的流程，能作为高速铁路和普速铁路供配电设计的参考。

特别是对设备选型电流电压互感器只做了简单的介绍，对于具体的铁路接地系统和供电方案实施具体的选型。

有待更进一步的深化和研究。

参考文献：
[1]国家铁路局.TB1008-2015/J660-2016 铁路电力设计规范[S].北京：中国铁道出版社,2016.
[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50060-2008 3~110kV高压配电装置设计规范[S].北京：中国计划出版社,2009.
[3]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50053-2013 20kV及以下变电所设计规范[S].北京：中国计划出版社,2013.
[4]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50052-2009 供配电系统设计规范[S].北京：中国计划出版社,2010.
作者简介：姜同伍（1986-），男，工程师，2012年毕业于华中科技大学。

工学硕士。