高速铁路贯通线供电线路选择方式的探讨

吴小刚 上海铁路局杭州供电段

根据最新调整的中国铁路建设规划，未来我国将建设总长约45 000 km的全国性快速铁路网，至2012年底止，全国快速铁路已建成约10 000 km。客专和高速铁路的大规模建设，出现了区间多点供电的需求，在目前供电线路的设计选择中，各大设计院均采用单芯电缆敷设方式，将各供电点通过环网供电、T接方式实施对区间负荷的供电，与暨有线供电方式比较，供电可靠性有待进一步研讨，通过对已投运的客专和高速铁路区间供电线路实际运行情况的研究，提出采用架空绝缘线与三芯电缆敷设相结合的供电线路方式，以提高客专和高速铁路的供电可靠性。

1 既有铁路供电线路和供电方式

（1）既有铁路线的通信、信号、信息、防灾等系统的供电，由铁路10 kV配电所经专用自闭和贯通调压隔离变压器馈出10 kV自闭和贯通电线路向沿线各站和区间负荷供电（如图1）。

图1 10 kV自闭贯通线供电示意图

（2）区间10 kV自闭和贯通供电线路采用架空电线路和电缆线路相结合的方式，架空电线路以架空裸导线为主，部份采用架空绝缘线架设方式，电缆线路均采用三芯电缆，较少采用单芯电缆敷设方式。

（3）暨有铁路供电方式：铁路每隔50 km左右建设一座10 kV配电所，设有二路电源，电源从地方供电部门引接，有专线专柜和公用线等方式引接电源，电源引入铁路10 kV配电所后，经专用自闭和贯通调压隔离变压器馈出10 kV自闭和贯通电线路向沿线各站和区间负荷供电，一般配电所的运行方式，10kV两路电源同时受电，单母线母联分段运行（如图2）。

图2 10kV配电所一次接线系统图

2 暨有铁路供电方式的特点

（1）为节省投资，暨有铁路供电的自闭、贯通电线路大部分采用了架空裸导线，由于架空裸导线受自然环境影响大，尤其在我国东部发达地区，城乡建设和对环境绿化要求，架空裸导线的供电线路经常受外部环境的影响，供电可靠性不高，从而影响铁路运输的正常畅通。

（2）暨有铁路在区间供电自闭、贯通线路中，两条线路分别由相邻配电所主供一条线路，同时作为相邻配电所备供状态。在配电所的自闭、贯通馈出回路中设有过流、速断、一次重合闸、备自投等保护；在运行中，当电线路发生故障时，主、备供配电所会保护装置动作，相邻备供所会备自投动作投入，如不成功，主供所再一次重合闸，当线路无故障则会保持供电，如出现永久性故障则备自投和一次重合闸失败，跳闸保护后线路处在无电状态，通过人工或远动开关操作，隔离故障区段后，配电所恢复向区间线路供电。

（3）暨有配电所的正常运行中，自闭或贯通线路如需进行区间线路检修，则相邻两配电所间可实施短时并网，并网成功后将检修区段隔离停电，实施相邻两所分段供电，在整个停送电操作过程中，不会对两配电所间的供电负荷产生中断供电的情况。如当供电局电源发生故障或因特殊情况需停用一路电源时，区间供电线路可通过相邻两配电所间实施短时并网改变主备供方式，对负荷供电不会产生中断现象。

（4）一般情况暨有铁路供电线路沿铁路两侧的路基外农田架设，设备检修均安排在白天实施，很少在夜间检修。

3 客专和高速铁路对电力供电的要求

（1）客专和高速铁路的通信、信号、信息、防灾系统等供电要求与暨有线不尽相同，通信、信号、信息、防灾、列控等设备的供电，由分布在沿线每隔3 km左右的箱式变电站进行供电，供电可靠性要求高。

（2）高速列车在运行时段内，所有电力供电设备均应保证供电，一旦电力设备发生故障，会影响列车的正常运行，甚至会产生列控中断而引发事故。

4 客专和高速铁路现行设计的供电线路和供电方式的优缺点

（1）已开通和正在建设的客专和高速铁路供电，同样由每隔线路50 km左右的10 kV配电所经专用一级贯通和综合贯通调压隔离变压器馈出10 kV一级贯通和综合贯通电线路向沿线各站和区间负荷供电。

（2）已开通和正在建设的客专和高速铁路供电线路，绝大部份是采用10 kV单芯电缆敷设的电缆线路向沿线各站和区间负荷供电。也有利用施工时的架空线路作为客专和高速铁路区间的供电线路（甬台温、温福线均为节省投资，采用了部份永临结合的架空电线路，而且这部份电线路均在山区）。

（3）由于采用了电缆线路，电缆线路中产生大量容性无功，目前设计均不能采用一次重合闸、备自投和并网功能。与暨有铁路供电方式相比，供电灵活性不高，当线路发生故障，则需通过操作远动开关来隔离故障区段，由于电缆线路敷设在高铁两边的电缆槽内，在动车200 km/h及以上速度运行时段内，无法实施故障处理，必须在列车停运的天窗时间内进行故障处理，在天窗点时间内通过故障测距，上道巡查确认，电缆故障处理，最少也需天窗点两个，故障复杂的需用三个以上天窗点才能处理完成，这样区间分段供电，供电可靠性降低。如当供电局电源发生故障或因特殊情况需停用一路电源时，只能将整个供电臂停电后，再把备供所电源送至区间供电，这时区间只有一路电源供电，大大地降低了供电可靠性。

（4）由于客专和高速铁路供电线路采用电缆线路，部份利用了永临结合的架空线路供电，在日常检修中，检修停送电比较复杂，相邻两所不能实施并网操作，因此停送电必须在天窗点时间内完成，检修设备又均在户外和沿线，在天窗点时间内，电调停送电操作均以牵引供电停送电为优先，然后再实施电力停送电作业，电力使用的天窗修时间短，所做的检修工作量不多；高铁建成后，建设便道还耕后，箱式变电站有许多交通不便，车辆无法直接到达，检修照度不足，使检修工作质量存在折扣，不能彻底良好完成设备保养。

（5）高铁区间供电线路均采用10 kV单芯电缆，设计时主要考虑单芯电缆施工简便，3 km左右一个基站箱变间可以不做中间接头，但由于受工程施工环境因素，施工进度安排的不匹配和电缆材料采购控制不规范，目前我段管辖的几条高铁区间供电电缆，按照设计标准不做中间接头的不多，工程施工单位为施工方便，电缆没有按两箱变间长度采购，产生不少电缆中间接头。在工程进度上，要求电源尽早提供，站前工程尚未完成，电缆沟未施工好或缺少电缆沟，电缆就开始敷设，而设计一般以直埋敷设和沿桥架电缆沟敷设为主，单芯电缆的外表皮损伤情况时有出现，由于单芯电缆与三芯电缆表皮损伤对电缆运行情况完全不同，三芯电缆表皮的损伤很少会影响整根电缆的质量，而单芯电缆由于其采用一端直接接地、一端经护层保护器接地的方式运行，当单芯电缆表皮有损伤时，此损伤点就等于是一个接地点，铠装的金属护层两接地点间产生环流，经长时间运行后就会出现故障（如图3、图4），因此单芯电缆对敷设环境要求高，但目前高铁施工中较难以满足此敷设环境要求。

图3 电缆金属护层保护接地

图4 电缆外皮损伤引发的故障

（6）为避免铁磁的涡流损耗，单根单芯电缆套用的保护管、固定件等均要选用非磁性材料（如PVC管）或C型钢管（钢管侧边纵向切开，不形成闭合磁路）。

（7）目前高铁区间电缆敷设有不少施工单位采用轨道车辆施放电缆，因此采用三芯电缆的施工敷设与单芯电缆一样，工作量和工作强度不会增加。

5 客专和高速铁路供电线路和供电方式设计选择的建议

（1）客专和高速铁路供电线路建议采用架空绝缘线和三芯电缆敷设相结合的方式来实施。由于高铁线路建成后均实施护栏封闭，给架设架空线路有了路径可走，在护栏外架设电线路，考虑环境对电线路的影响，建议采用架空绝缘线，以减少环境因素对供电线路的影响；有桥墩处可利用桥墩两侧作为固定架空绝缘线路的支柱，以减少投资。在特殊地段则采用三芯电缆，以减少施工等环境因素的影响，造成电缆施工时的表皮损伤而影响日后运行质量。但也可采用少量的单芯电缆来解决一些特殊敷设情况。

（2）当采用架空绝缘线和电缆敷设相结合的供电线路方式后，对配电所可设置过流、速断、一次重合闸、备自投等功能保护，以提高供电可靠性。

（3）采用架空绝缘线和电缆敷设相结合的供电线路方式后，区间电线路的检修可采用并网开口方式，停供区间检修线路设备，白天检修作业，工作效率高、安全风险小。当区间设备发生故障时，可采用并网方式，分段查找故障点，对整个供电臂影响减少。当地方供电部门要求倒换电源时，可不停电情况下，实施并网倒换电源，提高供电可靠性。

（4）从技术经济分析来看，目前采用架空绝缘线和三芯电缆敷设相结合方式的投资会比全单芯电缆敷设方式的投资降低，对减少投资，降低造价，提高供电可靠性，又便于日常运行维护。

6 结论

客专和高速铁路供电线路采用架空绝缘线和三芯电缆敷设相结合的方式，可减少工程投资，便于日常运行检修和故障处理，供电可靠性高，安全风险低。