提高鐵路電力系統(tǒng)抗擊冰雪災(zāi)害能力的探討

1、<p>　　提高鐵路電力系統(tǒng)抗擊冰雪災(zāi)害能力的探討</p><p>　　摘要：鐵路信號(hào)屬一級(jí)負(fù)荷供電，由沿鐵路兩側(cè)架設(shè)的10KV自閉、貫通電力線路兩路電源供電。2008年湖南省發(fā)生了特大冰雪災(zāi)害，造成廣鐵集團(tuán)公司京廣線鐵路信號(hào)大面積斷電，嚴(yán)重影響了鐵路運(yùn)輸秩序。本文對(duì)鐵路電力系統(tǒng)受災(zāi)情況進(jìn)行了收集和歸納總結(jié)，對(duì)雪災(zāi)引起鐵路供電系統(tǒng)停電故障的原因進(jìn)行了分析，并就提高鐵路供電系統(tǒng)抗擊特大冰雪災(zāi)等自然災(zāi)害的能

2、力進(jìn)行了探討。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：冰雪災(zāi)害；鐵路；電力；可靠性 </p><p>　　中圖分類號(hào)：F407.61 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： </p><p><b>　　前言 </b></p><p>　　2008年元月18日，廣州鐵路集團(tuán)公司管內(nèi)長沙供電段因雪災(zāi)發(fā)生了大面積的停電故障，造成京廣線行車中斷。

3、本人接到集團(tuán)公司領(lǐng)導(dǎo)命令后，立即參加長沙供電段為期近一個(gè)月電力搶修和設(shè)備復(fù)舊的調(diào)度指揮。以下是本人對(duì)這次雪災(zāi)對(duì)鐵路電力設(shè)備的影響、原因分析、提高鐵路電力設(shè)備抗擊特大雪災(zāi)能力探討如下： </p><p>　　1.鐵路電力系統(tǒng)雪災(zāi)故障主要分類 </p><p>　　1.1株洲~白石渡間的白石渡（1）、郴州（2）、馬田（2）、耒陽（1）、衡山（2）、淦田（2）6個(gè)鐵路10KV配電所10條電源線因

4、地方110KV變電站停電而失電，該段總電源線數(shù)量為15條，占2/3。 </p><p>　　1.2株洲~白石渡間330km10kV自閉、貫通架空線路，特別是淦田~衡陽，耒陽~白石渡間由于導(dǎo)線嚴(yán)重覆冰，嚴(yán)重超過設(shè)計(jì)張力，造成部分電桿開裂、倒桿、橫擔(dān)金具扭曲、瓷瓶炸裂、斷線等，進(jìn)而引起短路、接地或斷路故障。據(jù)統(tǒng)計(jì)電桿開裂、倒桿56根，橫擔(dān)扭曲變形347組，拉線斷裂或地錨被拉出69組，導(dǎo)線斷線45處，瓷瓶故障163個(gè)；

5、 </p><p>　　1.3地方110KV線路及以上交叉跨越鐵路處發(fā)生斷線42處，造成10kV自閉、貫通線兩條線路同時(shí)短路。 </p><p>　　1.4嚴(yán)重覆冰的樹木傾覆，造成鐵路10kV自閉貫通電力線路短路、接地或斷相故障而斷電的有若干處（無法統(tǒng)計(jì)）。 </p><p>　　第一類故障是需要地方電業(yè)局提高抗擊能力，后三類故障是本文重點(diǎn)探討的。 </p&g

6、t;<p>　　2.鐵路電力架空線抗擊冰雪災(zāi)害能力差的原因 </p><p>　　2.1電力設(shè)備陳舊老化 </p><p>　　雪災(zāi)中受損的設(shè)備運(yùn)行時(shí)間均超過十年，10kV自閉線路建成于1984~1985年，投入運(yùn)行23年，10KV貫通線路建成于1996年~1997年投入運(yùn)行11年。 </p><p>　　2.2架空電力線路抗惡劣天氣能力差 </

7、p><p>　　2008年冰雪災(zāi)害為五十年一遇的特大災(zāi)害，南方0℃以下的低溫時(shí)間持續(xù)長，導(dǎo)線最大覆冰厚度達(dá)到50mm，電桿最大覆冰厚度達(dá)到120mm。而京廣線10kV貫通線按十年一遇氣象條件為Ⅴ區(qū)設(shè)計(jì)，最大覆冰為10 mm。電力線路受損的原因分析如下： </p><p>　　2.2.1由于覆冰嚴(yán)重，導(dǎo)線承受了2倍的安全負(fù)載[以貫通線LGJ-70導(dǎo)線為例，一米導(dǎo)線自重0.275kg，外徑11.4

8、 mm，覆冰為10 mm冰重每米[ρπ（R2-r2）]=0.234 kg，覆冰50mm冰重每米約0.828 kg，是正常覆冰情況下的（0.828+0.275）/(0.275+0.234)=2倍，是沒覆冰時(shí)的（0.828+0.275）/0.275=4.01倍]，從張力近視公式（T=GL/2[(L/2)2+h2]0.5/h 其中：G為單位長度的荷載，L為檔距，h為馳度）可以得出，導(dǎo)線的張力與負(fù)載成正比（同溫度、同檔距、同馳度條件下），導(dǎo)線拉

9、力增加，加上鋼芯鋁絞導(dǎo)線運(yùn)行已達(dá)13~25年，內(nèi)部承受張力的鋼芯已嚴(yán)重銹蝕，允許應(yīng)力下降，造成斷線。 </p><p>　　2.2.2由于承受4倍的張力和長期低溫，導(dǎo)致橫擔(dān)金具扭曲、瓷瓶炸裂、抱箍拉線等金屬部件出現(xiàn)裂跡，出現(xiàn)斷落。 </p><p>　　2.2.3由于導(dǎo)線斷線，瞬時(shí)沖擊力作用最大的電桿斷裂，相鄰電桿發(fā)生裂紋。 </p><p>　　2.3部分10kV

10、貫通線所處環(huán)境條件惡劣 </p><p>　　2.3.1部分10kV貫通線穿越山區(qū)，跨越大江大河，檔距更大，導(dǎo)線覆冰后更容易造成斷線； </p><p>　　2.3.2與地方110KV以上電力線路的交叉跨越，當(dāng)線路發(fā)生斷線故障必掉落在自閉、貫通線路上，造成短路； </p><p>　　2.3.3不少地段穿越林區(qū)，冰雪天氣下這些區(qū)段樹木倒覆，壓在導(dǎo)線上，造成斷線、單相

11、接地、多相多點(diǎn)接地短路故障。 </p><p>　　2.4應(yīng)急方案薄弱 </p><p>　　鐵路電力系統(tǒng)對(duì)地方電網(wǎng)在災(zāi)害條件下發(fā)生停電事故的估計(jì)不足，應(yīng)急措施薄弱，這導(dǎo)致雪災(zāi)中鐵路配電所停電故障頻發(fā)，而且鐵路恢復(fù)供電主要依賴地方電網(wǎng)的恢復(fù)。 </p><p>　　3提高鐵路電力系統(tǒng)抗擊冰雪災(zāi)害能力的方案及比較 </p><p>　　3.11

12、0kV自閉、貫通電力線路方面 </p><p>　　從此次冰災(zāi)鐵路電力系統(tǒng)電力故障的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，同一區(qū)段10kV自閉、貫通電力線路均發(fā)生故障，說明在該區(qū)段10kV自閉、貫通電力線路的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)抗災(zāi)能力較低，因此有必要對(duì)其進(jìn)行改造。 </p><p><b>　　方案一： </b></p><p>　　將10kV自閉、貫通線路全部改為電纜。 &l

13、t;/p><p>　　此方案優(yōu)點(diǎn)是基本避免了各種不利因素（大風(fēng)、雨雪、洪水、交叉跨越、樹木侵害、外力破壞等）對(duì)鐵路自閉、貫通線路的影響，供電可靠性高。缺點(diǎn)是雙電纜方案投資高（約60萬元/公里，需投資近2億元，未計(jì)列設(shè)備費(fèi)用），且原架空線路完全廢棄。 </p><p><b>　　方案二： </b></p><p>　　考慮10kV自閉線路運(yùn)行二十多

14、年，接近第二個(gè)大修周期，全部改為全電纜；10kV貫通線仍維持架空，但對(duì)局部地段進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。 </p><p>　　此方案優(yōu)點(diǎn)是自閉線改為電纜后，可最大程度的減少外部條件對(duì)自閉線的影響，降低故障率，保證在絕大多少情況下鐵路至少有一路電源可用。 </p><p>　　10kV自閉、貫通線一纜一架方案相對(duì)雙電纜方案投資節(jié)省，且僅自閉線廢棄，改造工作量也相對(duì)減少。 </p><p

15、>　　雪災(zāi)情況下單電纜貫通線和雙電纜貫通線供電可靠性指標(biāo)比較計(jì)算模型為：一個(gè)長度為50公里的供電臂，共20個(gè)負(fù)荷點(diǎn)，分支線的長度均為500m，每段貫通線長度相同，環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)有20個(gè)負(fù)荷點(diǎn)，負(fù)荷點(diǎn)之間平均間距長2500m。變電站采用10kV單母線分段的接線方式，考慮外部電源均停電，各配電所只有一路發(fā)電機(jī)情況。經(jīng)計(jì)算，得出單電纜貫通線的單電纜貫通線路平均供電可用率(RS-1、ASAI)為99.989%，雙電纜貫通線路平均供電可用率(RS

16、-1、ASAI)為99.997%，雙電纜貫通線路平均供電可用率(RS-1、ASAI)指標(biāo)比單電纜貫通線路高出0.08%，可見在罕見的自然災(zāi)害下，如果一條架空貫通線全停電時(shí)，另外一條全電纜貫通線可以滿足與行車密切相關(guān)的通信信號(hào)等特別重要的一級(jí)負(fù)荷供電要求。 </p><p>　　根據(jù)比較，建議在京廣線株洲~白石渡間電力抗災(zāi)改造中采用方案二。 </p><p>　　3.2適當(dāng)提高鐵路電力架空線

17、路的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn) </p><p>　　3.2.1在新建或改造項(xiàng)目中適當(dāng)提高電力架空線路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，與國家電網(wǎng)公司建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)保持一致，將110～330kV電力線路氣象條件重現(xiàn)期由15年提高到30年一遇；10~35kV電力線路氣象條件重現(xiàn)期由10年提高到15或30年一遇。對(duì)重要線路和特殊區(qū)段采取差異化設(shè)計(jì)，提高安全設(shè)防水平，確保供電設(shè)施的安全可靠。 </p><p>　　3.2.2對(duì)于跨越鐵路的電力

18、線路加強(qiáng)改造 </p><p>　　對(duì)于跨越鐵路的10kV及以下的電力線路（包括自閉線、貫通線以及地方電力線路）全部改為電纜過軌。對(duì)于跨越鐵路的110kV及以上電力線路應(yīng)采用獨(dú)立耐張段，桿塔結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取1.1，要求35kV～330kV線路重現(xiàn)期由15年提高到30年一遇，或者要求采用電纜過軌。500kV線路由30年提高到50年，桿塔離鐵路的距離應(yīng)滿足對(duì)倒桿距離要求。地方110KV線路同時(shí)跨越鐵路及10KV自閉、

19、貫通電力線路時(shí)，則將自閉、貫通線在交叉檔內(nèi)改為電纜。 </p><p>　　3.2.3設(shè)置鐵路應(yīng)急電源 </p><p>　　此次雪災(zāi)中地方電網(wǎng)停電事故頻發(fā)，造成鐵路配電所失電，可見在災(zāi)害天氣下，地方電網(wǎng)并不是十分可靠的。因此有必要設(shè)置鐵路應(yīng)急電源。 </p><p><b>　　方案一： </b></p><p>　　

20、各車站均設(shè)置低壓柴油發(fā)電機(jī)，作為特別重要的一級(jí)負(fù)荷的應(yīng)急電源。此方案的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單易行；缺點(diǎn)是日常維護(hù)工作量大，大部分設(shè)備長時(shí)間閑置，且并不能保證區(qū)間的通信、信號(hào)負(fù)荷供電。 </p><p><b>　　方案二： </b></p><p>　　在配電所、大型站集中備用應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組或在供電段配置移動(dòng)式高壓柴油發(fā)電機(jī)組，應(yīng)急情況下可向10kV自閉線供電以確保沿線各站、區(qū)

21、間通信信號(hào)、應(yīng)急照明等特別重要負(fù)荷供電。此方案的優(yōu)點(diǎn)是維護(hù)工作量小，能保證區(qū)間通信信號(hào)負(fù)荷供電。經(jīng)比較，建議在各配電所每或間隔一個(gè)配電所、大型站集中備用應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組，保證鐵路運(yùn)輸電力供電的需要。 </p><p><b>　　4.結(jié)語 </b></p><p>　　為提高鐵路電力系統(tǒng)抗擊冰雪災(zāi)害能力，應(yīng)將鐵路10kV自閉改電纜、貫通電力線路局部補(bǔ)強(qiáng)，同時(shí)適當(dāng)提高鐵