综合管沟模式下铁路架空线入地改造探讨

冯宁

摘 要：普速铁路电力供电系统在架空线入地改造过程中采用多种新技术、新设备提高供电可靠性。本文着重分析综合管沟模式下，既有架空线改造为电缆在电力设计过程中的差异点分析及解决方法。

关键词：综合管沟；铁路供电；架空线入地

中图分类号：TU990.3 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）24-0163-01

随着高速铁路沿铁路敷设2条10kV全电缆贯通线为区间和车站的通信、信号等负荷供电的供电模式实施，大大增加了高速铁路的供电可靠性和可维护性。而在大量的普速铁路，贯通线是以10kV架空线路为主，地形困难地区辅以电缆敷设。架空线路抗击自然灾害能力较弱，如树害引起的架空线路瞬时单相接地；冰冻灾害导致架空线路损毁；沿海地区台风、内陆地区洪水等都可能引起架空贯通线供电中断等。相关运营单位要求普速铁路沿线供电“一线一缆”入地的需求强烈，即一条贯通线采用全电缆线路，另一条采用混合线路。普速铁路沿线光电缆通过“综合管沟”方式入地的探索应运而生。而普速铁路沿线贯通架空线入地是一个电网结构、供电方式、管线资源综合利用的系统过程，不是简单的将架空线改成电缆放入综合管沟内，必将涉及到一些与入地工作相关的新设备、新模式和新的工作标准及规范。

1 供电模式改变

目前普速铁路电力供电系统中10kV电力贯通线路主要采用架空线路，用电负荷处采用杆架式变台为用电负荷供电[1]。

综合管沟模式下，10kV电力贯通线电缆在普速铁路综合管沟内敷设，并在区间各用电点设置10kV电力远动箱式变电站，需要提前设置10kV电缆在综合管沟内的进出通道，必要处设置电缆井；同时充分考虑电缆分支箱的使用，适应沿线分散用电负荷的需求。

2 中性点接地方式改变

普速铁路贯通线是以10kV架空线路为主，电容电流小，采用中性点不接地系统，即小电流接地系统。

综合管沟模式下，10kV全电缆贯通线发生单相接地故障时，由于故障点的接地电容电流大，故障点的接地电弧不能自行熄灭，而且间歇电弧接地产生的过电压往往又使事故扩大，这就降低了贯通线的运行可靠性。显然此时中性点不接地系统已不适用。通过对于消除故障的及时性、过电压对于绝缘的的损害以及经济性等诸方面因素的考量，全电缆贯通线采用低电阻接地系统，即大电流接地系统。贯通线经低电阻接地时，可采用调压器副边中性点经低电阻接地方式，采用低电阻接地方式的变配电所接地网电阻值宜取R≤1Ω。低电阻接地的电阻值宜按单相接地电流小于200-400A、接地故障瞬时跳闸方式选择[2]。

3 保护方式改变

铁路变配电所从地方接引的中压电源一般为不接地系统。既有普速铁路的贯通架空线也为中性点不接地方式，其继电保护和自动装置的设置具备一致性。

综合管沟模式下，一条贯通线采用全电缆线路，另一条采用混合线路时，在铁路变配电所处会出现两种保护方式并存的情况，甚至在同一电源的不同母线上，基于调压器压器一、二次绕组侧的接地方式不同，而出现不同的保护方式。在电容电流较大的10kV中性点不接地系统改为中性点经低电阻接地方式后，单相接地就要同相间故障一样，按阶梯原则切除。增加一套零序电流元件是简单易行的办法。贯通线馈出高压柜采用零序速断和零序过流两段式保护的整定计算方法和时限配合原则。贯通调压器高压柜设置中性点零序过流保护作为贯通馈线的后备保护并兼作贯通母线接地的主保护，其零序过流保护的电流采样于贯通调压器二次中性线回路，动作于调压器保护单元的断路器。基于调压器采用D，yn11接线，不会在调压器的一次侧电源系统中产生零序电流。故调压器开关柜的零序电流保护动作时限不必与一次侧不接地系统的线路零序保护相匹配。

4 补偿方式改变

普速铁路的无功补偿设于铁路变配电所。规范要求高压侧功率因数补偿至0.9～1。铁路用电设备为照明、电机和电子类，均呈感性。故普速铁路设计中，铁路变配电所在主母线设置高压电容器补偿功率因数[3]。

综合管沟模式下，10kV电力贯通线采用全电缆方式，铁路贯通线负荷小，电缆工作电容远大于架空线路工作电容，显著加大了供电系统对地电容电流和相间电容电流，除了造成功率因数降低外，当线路达到一定长度时，还可能造成线路电压升高、单相接地时形成弧光过电压等危害，因此对长电缆线路采用电抗器补偿。

因此，综合管沟模式下，以电缆为主的长距离电力线路，宜采用在线路上分散设置固定电抗器与在变配电所集中设置动态补偿装置相结合的补偿方式。固定电抗器补偿一般采用欠补偿方式，在电源接口处不一定能满足供电方对用户端功率因数的要求，动态补偿作为叠加补偿，可将功率因数调整至需要的范围。要注意的是，动态补偿设置于调压母线时，受上下级保护整定配合的限制，其容量不能超过调压器。

10kV贯通线路设计中，全线各段根据贯通线电缆长度，在适当位置设置三相补偿电抗器，且三相电抗器接成中性点不接地Y形连接，以使全电缆线路电容电流得到适当补偿。铁路变配电所当采用主母线补偿时，根据工程实际计算是否需要设置电容器；当采用贯通母线补偿时为电感性补偿，只设可调电抗器。同时考虑在适当位置增加一组备用电抗器，该组电抗器一般不投入运行，仅当本段线路中其中一组电抗器出现故障或检修时，投入运行，以便使线路电容电流得到更好的补偿。

5 其他需要注意的问题

在综合管沟模式下，单条贯通线电缆入地尚须注意以的问题：（1）贯通线并网或跨所运行要慎重。贯通线路正常运行时，主供配电所送电，主、备配电所均不投入重合闸和备自投功能。主供配电所断路器故障跳闸后，由调度远程判断并隔离故障区段后再远程闭合主、备供所断路器，此种运行方式是由重要负荷、装设UPS不间断电源决定的，贯通线路倒闸或短时停电不会对重要负荷造成影响，同时也避免了长电缆电容电压叠加的发生。若采用并网运行，当两台调压器采用并网方式向同一路电缆贯通线供电，贯通线一点发生单相接地时，零序电流经过由两条路径形成回路，基于零序电流保护采用带方向的保护配置的特点，会使零序保护复杂化。当需要跨所供电时除需要考虑电源正常配电所的调压器容量，还需要考虑电抗补偿的投入度问题，确保不发生谐振。（2）普速铁路一线一缆入地的情况下，会在配电所形成两种接地方式共存的情况，即架空线侧为中性点不接地系统，电缆侧为中性点经地电阻接地系统，由于低电阻接地系统会导致单相接地电流增大，低压侧中性点、PEN线或PE线及设备外露可导电部分（人体可触及的导电部分）均上升到同一电压Uf水平上，因此必须做好总等电位联接的安全措施。

6 结语

普速铁路在利用综合管沟改造架空线为电缆入地过程中，阐述贯通线采用调压器副边中性点经低电阻接地方式、设置合理贯通线高压柜零序电流保护模式、使用可调电抗取代电容器补偿容性无功功率等技术措施实现普速铁路全电缆线路安全送电，提高铁路供电可靠性。

参考文献

[1]TB 10008-2015.铁路电力设计规范[S].

[2]廖芳芳.鄭西客运专线全电缆贯通线路的研究与设计[J].铁道工程学报，2010，（4）：71-75.

[3]廖宇.全电缆贯通线低电阻接地系统的设计研究[J].铁道工程学报，2009，（8）：88-92.endprint