【摘要】對(duì)肯尼亞蒙巴薩至內(nèi)羅畢新建標(biāo)準(zhǔn)軌鐵路項(xiàng)目電力工程建設(shè)過程中的實(shí)際問題進(jìn)行分析。非洲當(dāng)?shù)丨h(huán)境及標(biāo)準(zhǔn)與我國相關(guān)規(guī)范存在較大差異。論文針對(duì)電力貫通線、無功補(bǔ)償、中性點(diǎn)接地方式、繼電保護(hù)的設(shè)置等方面進(jìn)行對(duì)比分析，從而設(shè)計(jì)出安全、適用的鐵路供電系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】電力貫通線；無功補(bǔ)償；中性點(diǎn)接地方式；繼電保護(hù)

1鐵路正線供電方式

肯尼亞國內(nèi)電力基礎(chǔ)設(shè)施薄弱，蒙內(nèi)鐵路沿線地方主干電網(wǎng)僅由一路既有132kV輸電線路構(gòu)成，132kV、33kV、11kV變電站分布稀疏，短時(shí)間停電為常態(tài)，供電可靠性較低。線路途經(jīng)肯尼亞國家野生動(dòng)物保護(hù)區(qū)，該范圍內(nèi)難以取得可靠的外部電源。鐵路用電負(fù)荷具有用電點(diǎn)分散，容量小，對(duì)供電質(zhì)量要求高等特點(diǎn)。分散供電方案是最原始的供電方案，分散供電方案要求鐵路沿線地方電源資源豐富，車站及區(qū)間用電設(shè)備均可就近接引地方電源，供電線路較短，綜合投資較低。整條鐵路接引多處電源，運(yùn)營維護(hù)階段有較高要求，國外鐵路普遍采用分散供電方案。集中供電方案是30多年前，我國鐵路電力技術(shù)人員根據(jù)中國國情，面對(duì)鐵路沿線電力網(wǎng)薄弱，電力供應(yīng)匱乏，滿足不了鐵路的供應(yīng)需要狀況，大膽創(chuàng)新的智慧結(jié)晶，此項(xiàng)技術(shù)經(jīng)過30多年的不斷改進(jìn)和完善，日臻成熟。該方案可靠性高，受到運(yùn)營部門的歡迎。目前，我國絕大部分鐵路采用集中供電方案。依據(jù)對(duì)蒙內(nèi)鐵路沿線環(huán)境及電源的調(diào)查，集中供電是較為合理的方案。鐵路全線采用33kV電力貫通線作為車站及區(qū)間設(shè)備的主供電電源，既能滿足鐵路用電安全可靠的要求，又便于運(yùn)營維護(hù)。貫通線路采用架空與電纜混合線路敷設(shè)方式，具備架空條件的段落均優(yōu)先采用架空線路，有困難路段部分采用電纜線路[1]。架空線路易受氣候影響，但造價(jià)低，便于搶修；電纜線路造價(jià)高，維護(hù)不如架空線路方便，但具有全天候特點(diǎn)，能更大限度地抵抗冰雪等自然災(zāi)害。結(jié)合實(shí)際的用電需求及建設(shè)條件，蒙內(nèi)鐵路采用架空與電纜混合線路型式。

2電力貫通線中性點(diǎn)接地方式

中性點(diǎn)接地方式與電壓等級(jí)、單相接地故障電流、過電壓水平及保護(hù)配置等有密切關(guān)系。電力貫通線中性點(diǎn)接地方式直接影響電網(wǎng)的絕緣水平、供電可靠性、連續(xù)性和運(yùn)行的安全性，以及電力貫通線對(duì)通信線路及無線電的干擾。普速鐵路電力系統(tǒng)應(yīng)用較多的中性點(diǎn)接地方式為中性點(diǎn)直接接地及中性點(diǎn)不接地方式。中性點(diǎn)直接接地的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)的過電壓水平和變電設(shè)備所需的絕緣水平較低。中性點(diǎn)直接接地方式的缺點(diǎn)是發(fā)生單相接地故障時(shí)單相接地電流很大，必然引起斷路器跳閘，降低供電連續(xù)性，供電可靠性較差。中性點(diǎn)不接地方式的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)生單相接地故障時(shí)，不形成故障電流通路，通過接地點(diǎn)的電流僅為接地電容電流。當(dāng)單相接地電容電流很小時(shí)，不會(huì)形成穩(wěn)定的接地電弧，故障點(diǎn)電弧可以迅速自熄。熄弧后絕緣可自行恢復(fù)，而無須使線路斷開，可以帶故障運(yùn)行一段時(shí)間，以便查找故障線路，單相接地電流很小，對(duì)臨近通信線路的干擾小。中性點(diǎn)不接地方式的缺點(diǎn)是發(fā)生單相接地故障時(shí)產(chǎn)生弧光重燃過電壓，過電壓造成電氣設(shè)備的絕緣損壞或開關(guān)柜絕緣子閃絡(luò)，系統(tǒng)絕緣水平要求高。當(dāng)線路很長時(shí)，接地電容電流過大，超過臨界值，接地電弧不能自熄，容易形成間歇性的弧光接地或電弧穩(wěn)定接地。間歇性的弧光接地可能導(dǎo)致危險(xiǎn)的過電壓，穩(wěn)定性的弧光接地會(huì)導(dǎo)致相間短路，使得線路跳閘。

3電力貫通線無功補(bǔ)償

依據(jù)電力貫通線敷設(shè)方式的差異，鐵路電力系統(tǒng)通常采用靜態(tài)補(bǔ)償或動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方式。靜態(tài)補(bǔ)償設(shè)備包含并聯(lián)電容器及并聯(lián)電抗器，是傳統(tǒng)的補(bǔ)償方式，廣泛應(yīng)用于各類等級(jí)的普速鐵路中。當(dāng)貫通線路以架空線路敷設(shè)為主時(shí)，采用集中設(shè)置于電力配電所高壓母線并聯(lián)電容器進(jìn)行補(bǔ)償，用于補(bǔ)償區(qū)間貫通線的感性無功。當(dāng)貫通線路以電纜線路敷設(shè)為主時(shí)，采用分散設(shè)置于電力配電所及區(qū)間的并聯(lián)電抗器進(jìn)行補(bǔ)償，用于補(bǔ)償區(qū)間貫通線的容性無功。動(dòng)態(tài)補(bǔ)償設(shè)備包含靜止無功功率補(bǔ)償器及靜止無功功率發(fā)生器，是新型補(bǔ)償方式，廣泛應(yīng)用于各類等級(jí)的高速鐵路中。磁控電抗器（MSVC）以磁飽和電抗器及并聯(lián)電容器為基本元件，集成無功功率檢測控制部件構(gòu)成補(bǔ)償裝置，能夠進(jìn)行快速補(bǔ)償，使功率因數(shù)保持合理水平，補(bǔ)償裝置運(yùn)行穩(wěn)定，占地面積小。靜止無功功率發(fā)生器（SVG）以變流器及變壓器為基本元件，集成二次系統(tǒng)部件構(gòu)成補(bǔ)償裝置，通過變流器調(diào)節(jié)電壓角度，動(dòng)態(tài)控制無功功率吸收及發(fā)出。蒙內(nèi)鐵路設(shè)計(jì)階段電力貫通線采用全架空方式敷設(shè)，電力貫通線無功功率呈感性，配電所內(nèi)安裝電力電容器進(jìn)行補(bǔ)償。但在施工實(shí)施階段，因橫跨電力貫通線與紅線內(nèi)的地方電力線路、地方建筑、公路的安全距離不滿足當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)等多種原因，部分電力架空線改為電纜，導(dǎo)致電力貫通線的容性無功功率增加。在配電所內(nèi)，單純地進(jìn)行容性無功補(bǔ)償已經(jīng)無法滿足現(xiàn)場生產(chǎn)運(yùn)行的需求，需安裝既可進(jìn)行容性無功補(bǔ)償又可進(jìn)行感性無功補(bǔ)償?shù)难b置。配電所選用磁控電抗器型高壓靜止無功補(bǔ)償裝置（MSVC），安裝無功補(bǔ)償裝置前，負(fù)荷滿載（負(fù)荷率90%）時(shí)，無功功率呈現(xiàn)感性，功率因數(shù)為0.85；負(fù)荷輕載（負(fù)荷率10%）時(shí)，無功功率呈現(xiàn)容性，功率因數(shù)為0.42；無法滿足供電部門功率因數(shù)至少為0.9的要求。安裝無功補(bǔ)償裝置后，負(fù)荷滿載（負(fù)荷率90%）時(shí)，功率因數(shù)為0.93；負(fù)荷輕載（負(fù)荷率10%）時(shí)，功率因數(shù)為0.95；滿足供電部門功率因數(shù)的要求。無功補(bǔ)償裝置需提供200kV•A容性無功功率及400kV•A感性無功功率，考慮越區(qū)供電的實(shí)際需求，MSVC選取的無功功率相應(yīng)增加。

4配電所繼電保護(hù)整定沿線

33kV電力貫通線路需設(shè)置相間電流速斷、過電流及零序速斷及過電流保護(hù)裝置。貫通配電線路采用微機(jī)型線路保護(hù)裝置，保護(hù)裝置的過電流保護(hù)采用定時(shí)限“電流—時(shí)間”曲線進(jìn)行整定。在33kV配電所電源引入過程中，當(dāng)?shù)毓╇姴块T提出其為本工程提供的33kV供電線路過電流保護(hù)采用反時(shí)限“電流-時(shí)間”曲線進(jìn)行整定，并要求鐵路33kV配電所線路過電流保護(hù)與供電線路過電流保護(hù)相互配合。由于采用中性點(diǎn)直接接地方式，電力貫通線發(fā)生接地短路或相間短路時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的短路電流。針對(duì)故障電流的特點(diǎn)，分別設(shè)置二段式定時(shí)限電流保護(hù)。二段式相間電流保護(hù)分為過電流保護(hù)及無時(shí)限電流速斷保護(hù)；過電流保護(hù)應(yīng)躲過線路的過負(fù)荷電流；無時(shí)限電流速斷保護(hù)應(yīng)躲過線路末端短路時(shí)的最大三相短路電流；為了保護(hù)線路全長，可以降低選擇性的要求，靠自動(dòng)重合閘裝置補(bǔ)救。二段式零序電流保護(hù)分為零序過流I段保護(hù)及零序過流II段保護(hù)；零序過流I段保護(hù)應(yīng)躲過線路單相接地短路電流；零序過流I段保護(hù)應(yīng)躲過其他線路接地短路時(shí)本線路供出的電容電流。

5結(jié)論

蒙內(nèi)鐵路采用電力貫通線替代國外鐵路的分散供電方式，安裝MSVC替代傳統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置，中性點(diǎn)接地采用直接接地方式替代普速鐵路普遍采用的不接地方式，配電所進(jìn)線采用反時(shí)限電流保護(hù)代替定時(shí)限電流保護(hù)，實(shí)踐證明技術(shù)安全可靠，為同類型的海外項(xiàng)目提供借鑒與參考。