徐 悌

(中鐵第四勘測設(shè)計集團(tuán)有限公司，武漢 430063)

1 工程概況

滬杭高速鐵路連接上海與杭州，是中國“四縱四橫”客運專線網(wǎng)絡(luò)中滬昆客運專線的組成部分，該工程由上海虹橋站引出，經(jīng)松江南、金山北、嘉善南、嘉興南、桐鄉(xiāng)、海寧西、余杭南引入杭州東站，并通過聯(lián)絡(luò)線與上海南站、杭州站相接，正線全長153.5 km，其中87%為橋梁工程，全線設(shè)車站9座、線路所3座、動車運用所1座。

2 電力供電方案

2.1 電力供電系統(tǒng)組成

滬杭高速鐵路電力供電系統(tǒng)主要由從國家電網(wǎng)公司接引的高壓電源線路、(20)10 kV變配電所、沿線2路10 kV電力貫通線路、站場及區(qū)間高低壓電力線路、10/0.4 kV變電所、箱式變、室外照明、動力配線、機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、消防自動報警系統(tǒng)、防雷接地等部分組成。全線電力遠(yuǎn)動設(shè)施納入鐵路供電調(diào)度系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)度管理。

2.2 供電原則

(1)電力供電系統(tǒng)必須滿足客運專線安全、可靠供電的要求，并滿足免維護(hù)、少維修、10 kV及以上變配電所無人值守的原則要求。

(2)為保證各用電設(shè)備的可靠安全用電，電力供電系統(tǒng)應(yīng)保證各級供配電系統(tǒng)的相互匹配，除發(fā)生大面積自然災(zāi)害(如地震、戰(zhàn)爭、電網(wǎng)崩潰等)或故意損壞外，其可靠性滿足每天24 h的運輸需要(含“維修天窗”時間)。

(3)電力供電系統(tǒng)的主要設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)為模數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)化、免維護(hù)、少維修。

(4)電力供電系統(tǒng)與鐵路行車和運輸安全密切相關(guān)，所有客運專線各個等級負(fù)荷的電源均自電力供電系統(tǒng)接引。

(5)與行車相關(guān)的一級負(fù)荷或重要負(fù)荷至少從供電網(wǎng)絡(luò)接取2路獨立電源。

3 電力設(shè)計主要內(nèi)容

3.1 20(10)kV變配電所

3.1.1 (20)10 kV配電所設(shè)置

結(jié)合各站負(fù)荷情況和供電臂距離，全線新建松江南、嘉興南、桐鄉(xiāng)新共計3座(20)10 kV變配電所，由于站房建設(shè)工期往往與四電設(shè)備調(diào)試工期相矛盾，為減少建設(shè)工期，以上各所均為獨立建設(shè)房屋的變配電所;為節(jié)約建筑面積，房屋建筑形式為平房式。

3.1.2 變配電所規(guī)模及電源情況

松江南10 kV配電所從地方變電站接取兩路獨立專屏專線的10 kV電源;嘉興南10 kV配電所從地方變電站接取2路獨立專屏專線的10 kV電源，根據(jù)地方電網(wǎng)規(guī)劃及供電公司要求，電源線采用20 kV電纜，預(yù)留20 kV條件;桐鄉(xiāng)20/10 kV變配電所從地方變電站接取2路獨立專屏專線高壓電源20 kV電源。

配電所規(guī)模及電源情況見表1。

表1 (20)10 kV變配電所規(guī)模及電源情況

3.1.3 配電所電氣主接線

(20)10 kV變配電所采用單母線分段接線方式，為了減少初期投資和方便今后增容，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，桐鄉(xiāng)(20)10 kV變配電所主母線采用了20/10 kV變壓器降壓后供給車站綜合變壓器和貫通線，10 kV貫通線經(jīng)調(diào)壓器調(diào)壓后設(shè)置貫通母線供電;10 kV主母線采用不接地系統(tǒng)，貫通線中性點采用低電阻接地系統(tǒng)，接地電阻不大于10Ω。

3.1.4 10 kV變配電所設(shè)備類型

10 kV高壓開關(guān)柜采用免維護(hù)、少維修SF6氣體絕緣開關(guān)柜(GIS)，斷路器為真空斷路器;10/10 kV調(diào)壓器采用干式調(diào)壓器。直流電源設(shè)備采用智能高頻開關(guān)鉛酸免維護(hù)電池直流電源柜。

3.1.5 10 kV變配電所繼電保護(hù)及自動裝置

配電所采用數(shù)字繼電器及通信裝置，實現(xiàn)全所電氣設(shè)備的測量、控制、保護(hù)等功能，并提供電力遠(yuǎn)動接口;數(shù)字繼電器布置在高壓柜儀表單元上、通信裝置布置在控制室內(nèi)。變配電所內(nèi)設(shè)置視頻監(jiān)控終端，并將攝像機(jī)分別布置在高壓室、調(diào)壓器等主要設(shè)備間，視頻信息通過綜合監(jiān)控系統(tǒng)上傳到綜合調(diào)度中心。

3.2 10/0.4 kV變電所

3.2.1 變電所的設(shè)置

各車站、動車運用所、綜合維修工區(qū)負(fù)荷集中的地方設(shè)10/0.4 kV變電所，車站綜合變電所設(shè)在站房內(nèi)，綜合維修工區(qū)變電所獨立設(shè)置。10/0.4 kV變電所容量及分布見表2。

表2 10 kV變電所容量及分布 kVA

3.2.2 主接線型式

10/0.4 kV變電所均為2臺變壓器各一段低壓母線，兩段低壓母線分別運行，母聯(lián)斷路器斷開;當(dāng)一路電源失電或一臺變壓器因故退出運行時，母聯(lián)斷路器自動合閘，由一路電源帶全所重要負(fù)荷。

10/0.4 kV變電所10 kV側(cè)設(shè)高壓環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜，變壓器通過SF6負(fù)荷開關(guān)或配電所斷路器進(jìn)行保護(hù)。

3.2.3 10/0.4 kV變電所設(shè)備類型及布置

高壓環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜采用SF6負(fù)荷開關(guān)，變壓器采用帶防護(hù)罩的干式變壓器，低壓開關(guān)柜采用組合式柜型并配置數(shù)字化儀表。10/0.4 kV變電所低壓開關(guān)柜內(nèi)設(shè)電力運動終端，所有低壓回路均納入電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)。

3.3 電力線路

3.3.1 10 kV電力貫通線路

全線設(shè)置10 kV一級負(fù)荷貫通線和10 kV綜合負(fù)荷貫通線各1回，全部采用電纜敷設(shè)。由京滬高速鐵路工程建設(shè)的虹橋220 kV變配電所引出，經(jīng)松江南10 kV配電所、嘉興南10 kV配電所、桐鄉(xiāng)20/10 kV變配電所，引至杭州樞紐工程建設(shè)的杭州東站35/10 kV變配電所。全部采用交聯(lián)聚乙烯絕緣非磁鎧裝的單芯銅芯電纜，分別沿鐵路兩側(cè)預(yù)制電纜槽敷設(shè)。

3.3.2 20(10)kV變配電所電源線路

根據(jù)城市規(guī)劃、地形等環(huán)境因素采用電力電纜或架空線路。電力電纜采用交聯(lián)聚乙烯絕緣鋼帶鎧裝的三芯銅芯電纜，架空線路采用鋼筋混凝土電桿、鋼芯鋁絞線、鐵橫擔(dān)。

3.3.3 站場、段所電力線路

車站站場、動車運用所、綜合維修工區(qū)內(nèi)高低壓電力線路全部采用電力電纜，一般沿溝敷設(shè)，局部地段直埋敷設(shè)，過路、過軌時穿管保護(hù)敷設(shè)。

3.4 10/0.4 kV箱式變電站

3.4.1 接線型式

10/0.4 kV箱式變電站10 kV側(cè)進(jìn)出線及變壓器設(shè)高壓負(fù)荷開關(guān)，采用環(huán)網(wǎng)接線方式，箱式變電站內(nèi)負(fù)荷開關(guān)均采用電動操作機(jī)構(gòu);在全線2回10 kV電力貫通電纜線路上每隔10～15 km左右分別分散設(shè)置箱式電抗器進(jìn)行無功補(bǔ)償，補(bǔ)償貫通線電纜電容電流。

3.4.2 設(shè)備類型及布置

箱式變電站采用中壓預(yù)裝箱式變電站，氣體絕緣高壓環(huán)網(wǎng)開關(guān)，其操作電源采用交流并配置UPS電源作為備用。

沿線區(qū)間供電的箱式變電站采用基本統(tǒng)一模式。通信、信號雙電源專用箱變與通信基站、信號中繼站機(jī)房相鄰設(shè)置，其他箱變獨立設(shè)置。箱式電抗器與箱式變電站相鄰布置。

箱式變電站設(shè)氣體絕緣高壓環(huán)網(wǎng)開關(guān)間隔和變壓器、低壓開關(guān)、電力遠(yuǎn)動終端間隔。所有高低壓回路均納入電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)。

3.5 電力遠(yuǎn)動

(1)全線10 kV配電所配置的綜合自動化系統(tǒng)、車站站房電力遠(yuǎn)動室10/0.4 kV變電所配置的監(jiān)控裝置、區(qū)間接于貫通線上的箱變內(nèi)高低壓回路均納入電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)。

(2)由電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)在全線2條10 kV貫通線供電的箱變處設(shè)置電力遠(yuǎn)動終端，負(fù)責(zé)對2條10 kV貫通線及其供電的低壓回路的電流電壓數(shù)據(jù)的采集、監(jiān)控;當(dāng)貫通線出現(xiàn)相間短路、單相接地、斷相的情況下，迅速完成對其故障區(qū)段的定位、隔離及非故障區(qū)段的恢復(fù)供電工作。

(3)電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)對電力被控設(shè)備處采集的模擬量數(shù)據(jù)(電流、電壓)可在調(diào)度端以圖形方式顯示，圖形中相鄰點間時間間隔最小為20 ms。

(4)由綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)在全線各站的10 kV配電所統(tǒng)一配置視頻監(jiān)視系統(tǒng)，負(fù)責(zé)對變配電所運行相關(guān)的場所進(jìn)行監(jiān)視。

4 新技術(shù)應(yīng)用

(1)無功補(bǔ)償采用了在10 kV電力貫通電纜線路上分散設(shè)置電抗器補(bǔ)償為主、配電所集中設(shè)動態(tài)無功補(bǔ)償為輔的方式，起到了補(bǔ)償容性無功功率、降低線路容性電流、限制線路末端電壓上升的綜合作用，具有如下優(yōu)點:電抗器維護(hù)較方便，可與區(qū)間箱式變壓器同時進(jìn)行;分散補(bǔ)償能最大限度地降低線路容性電流，起到節(jié)能減排作用;投資相對較小，可采用箱式電抗器與區(qū)間箱式變電站相鄰布置;配電所集中設(shè)動態(tài)無功補(bǔ)償設(shè)置可以滿足電源進(jìn)線功率因素要求，避免無功超標(biāo)罰款。

(2)考慮到滬杭高速鐵路采用2條10 kV電力貫通線供電，供電可靠性較高，而且全電纜線路發(fā)生瞬間故障的概率較低等原因，10 kV電力貫通線系統(tǒng)采用中性點經(jīng)低電阻接地運行方式，當(dāng)發(fā)生單相接地故障，繼電保護(hù)裝置動作，及時切斷故障線路。由于采用了低電阻接地系統(tǒng)，中性點與大地之間用很小的電阻相連，一旦發(fā)生單相接地故障，就會產(chǎn)生高達(dá)幾百安培的接地電流，必須設(shè)置零序電流保護(hù)，迅速可靠地將這個電流切斷。低電阻接地系統(tǒng)中繼電保護(hù)的選擇性和靈敏度較好。

(3)由于綜合地線中有牽引供電系統(tǒng)回流通過，綜合地線中電流可達(dá)幾十安培甚至上百安培電流通過，如果電纜金屬層采用兩端接地，則電纜金屬層成為綜合地線的并聯(lián)回路，電纜金屬層長期有電流通過勢必會造成電纜發(fā)熱，甚至有電纜燒毀的危險，因此，滬杭線電力貫通線電纜金屬層的接地方式采用的是線路一端單點直接接地的方式，在線路另一端經(jīng)電纜金屬護(hù)層電壓限制器接地。此種方式比采用線路兩端直接接地方式既保證了供電安全性又節(jié)省了投資。

(4)滬杭高速鐵路電力工程設(shè)計中采用了一系列新設(shè)備、新材料，如電力貫通線電纜采用不銹鋼鎧裝的單芯銅芯電纜、10 kV變配電所高壓開關(guān)柜采用了全封閉SF6絕緣開關(guān)設(shè)備(GIS)、低壓開關(guān)柜采用智能型模數(shù)化組合柜型;變壓器、調(diào)壓器采用干式節(jié)能型設(shè)備、區(qū)間負(fù)荷供電均采用統(tǒng)一模式的箱式變電站等。

(5)電力遠(yuǎn)動系統(tǒng)實現(xiàn)了全線變配電所無人值班，可在調(diào)度臺上對全線的電力設(shè)施進(jìn)行遙測、遙信、遙控。

5 結(jié)語

電力供電系統(tǒng)是確保調(diào)度指揮、信號、通信、旅客服務(wù)等系統(tǒng)重要負(fù)荷安全、可靠、不間斷運行的基礎(chǔ)設(shè)施，由于滬杭高速鐵路電力供電系統(tǒng)的設(shè)計采用了新技術(shù)、新材料，保證了供電的可靠性、安全性，也減少了運營單位的維修工作量。滬杭高速鐵路在試驗階段運行最高時速達(dá)到416.6 km，刷新世界鐵路運營試驗的最高時速。目前我國正在大量建設(shè)鐵路客運專線，希望本文對其他客運專線電力供電系統(tǒng)的設(shè)計具有一定的參考和借鑒作用。

［1］中華人民共和國鐵道部.TB10621—2009 高速鐵路設(shè)計規(guī)范(試行)［S］.北京:中國鐵道出版社，2009.

［2］鐵道部專業(yè)設(shè)計院.鐵路工程設(shè)計技術(shù)手冊·電力［M］.北京:中國鐵道出版社，1991.

［3］中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).DT/T620—1997 交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合［S］.

［4］中國電力企業(yè)聯(lián)合會.GB50217—2007 電力工程電纜設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國計劃出版社，2007.

［5］中華人民共和國鐵道部.TB10008—2006 鐵路電力設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2006.