论非洲国家铁路电力供配电方案的选择

张泷

（中土集团福州勘察设计研究院有限公司，福建 福州 350000）

1 概述

铁路电力供配电系统作为铁路系统组成的核心部分，为铁路车站及沿线区间等非牵引负荷进行供电，其重要性不言而喻。如果铁路供配电系统发生问题，会导致铁路系统许多功能无法正常运行，进一步影响铁路运营效率，甚至带来安全隐患。

面对非洲国家电力资源匮乏、公共电网薄弱、基础设施陈旧，且各国执行的标准复杂多样等问题，在非洲国家所实施的铁路电力设计不能生搬硬套国内传统的设计模式，应当针对当地实际情况，结合工程特点，采用安全适用、供电可靠、经济合理、使用维护方便的电力设计方案。

本文通过介绍铁路负荷分布特点，国内铁路电力供配电系统模式，以及针对非洲国家电力资源现状，对在电源匮乏地区的铁路电力供配电系统方案进行研究。

2 铁路负荷类型、分级及供电要求

铁路用电负荷主要分布于沿线的车站、段所和区间。其中，车站负荷主要有：通信、信号、综合调度系统、运营维护设备、给排水、暖通、照明、消防等；段所负荷主要有：检修、整备、试验、化验、给排水、暖通、照明、消防等；区间负荷主要有：信号中继站、通信基站、直放站、牵引变电所用电、防灾系统及隧道照明、通风等设备用电。

根据规范要求，用电负荷被划分成三个等级。一级负荷：应采用两路相对独立电源供电。二级负荷：有条件时宜采用两路电源供电，当供电条件困难时，可由一路专用电力线路供电。三级负荷：可由一路可靠电源供电。

铁路车站、段所的用电负荷较为集中，且用电负荷较大；区间用电负荷较小，但因沿线设置，负荷点多且较为分散。综合实际情况，需采用两路独立电源供电的负荷较多。

3 国内铁路电力供配电系统方案

随着我国经济发展，基础设施的不断建设，电力资源较为丰富，能够满足我国铁路工程的建设需求。铁路电力供配电系统由外部电源、变配电所、高压配电系统、低压配电系统等组成。目前，国内铁路电力供配电系统已形成了一套成熟的设计模式，即集中供电模式，下面就该模式进行介绍。

外部电源采用公共电网可靠电源，根据用电容量，电源线路长度，当地公共电网条件等因素，一般采用10kV电源。

根据电源分布情况和运营维护方便原则，宜每隔40～60km 设置铁路10kV 配电所，优先选择在车站或负荷集中点。在相邻2 个配电所之间以互为备用的供电方式设置10kV 电力贯通线，对沿线变电所进行高压供电，该模式极大程度上减少外部电源工程，提高铁路电力供配电系统可靠性。铁路配电所一般采用“一站一所”的方式，向一级负荷供电的铁路双电源10kV 配电所电源，其中一路宜为专盘专线。向电力贯通线路供电的相邻两变、配电所电源之间应符合双重电源条件，且其中一个变、配电所的电源宜为两路电源。其他变、配电所应有一路可靠电源，有条件时宜有两路电源。

电力贯通线分为单贯通线和双贯通线，一般在高等级铁路中采用双贯通线路模式，如客运专线、自动闭塞铁路等；低等级铁路采用单贯通线路模式，如半自动闭塞铁路。鉴于大部分非洲国家铁路等级较低，对其设计时一般考虑采用单贯通线模式，故本次以单贯通线模式来介绍国内铁路电力供配电系统设计方案。

3.1 车站供电方案

每座车站均设置10/0.4kV 变电所，设有铁路配电所的车站，外部电源从地方公共电网接引。其10/0.4kV 变电所的一路电源由铁路配电所站馈线接引，作为车站所有负荷的主用电源；从10kV 电力贯通线上接引一路电源，作为车站信号、通信、信息、消防等一、二级负荷的备用电源。

3.2 区间供电方案

区间负荷供电一般采用就近设置杆式变电台或箱式变电站的方式，从10kV 电力贯通线接引电源。

3.3 技术经济

国内铁路供配电系统方案的供电可靠性高、电能质量好、一次性投资较高、运行维护工作量少。

4 非洲国家铁路电力供配电系统方案的研究

非洲国家基本处于发展落后状态，除国家首都外，其他地区的电网均较为薄弱。对于电网薄弱区域的铁路电力供配电系统设计，面临地区电力资源匮乏、公共电网基础薄弱、电能质量及供电可靠性差等困难，若完全套用国内铁路电力供配电系统方案，在该区域上难以实施。因此，我们需在既有的国内传统方案上，寻找出符合当地国情的适宜的供电方案。以下就几种供电方案及实例案例进行阐述。

4.1 方案一

全线不设电力贯通线，在车站、段所、区间用电负荷就近设置变、配电所，变、配电所从地方公共电网接引电源。

该方案供电可靠、电能质量好、运营维护工作量低、一次投资少，但考虑全线变、配电所均从地方接引电源，对地方电力资源要求高，一般情况下，该方案在电网薄弱的国家比较难以实施。

例如，亚吉电气化铁路就是采取了方案一的供配电模式。但该铁路截止2023 年底，建成通车6 年，全线除Labu 车站有两路地方电源引入，供电基本良好外，其余车站、区间当地供电部门均仅能提供一路电源，且因地区电网基础设施较为陈旧，日常运维跟不上，导致频繁停电，无法保障与行车直接相关的通信、信号等重要设备的可靠用电，进而影响安全行车和正常运营。如为提高其余车站的供电可靠性，考虑新建第二路外部电源线路的话，还需考虑既有地方电力变、配电设备是否需要更新问题，且部分地区不具备第二路电源条件。

4.2 方案二

全线不设电力贯通线，在车站、区间用电负荷就近设置变、配电所。变、配电所从地方公共电网接引一路电源，作为用电负荷的主用电源，另设置柴油发电机组作为一、二级负荷的备用电源。

该方案供电可靠、电能质量好、运营维护工作量较低、一次投资较少，但考虑全线变、配电所均需从地方接引一路电源，对地方电力资源要求较高。

考虑亚吉铁路当前外部电源供电情况，可考虑采取方案二的供配电模式，改善供电稳定性。首先，采用柴油发电机组作为备用电源无需考虑区域内是否存在第二路外部电源条件，减少外部电源工程投资；其次，因非洲国家铁路等级较低、规模较小，各车站、段所用电负荷容量较少，且市面上柴油比较充足、便宜，能够满足日常发电机组的用油需求，相比较对外部电源设施的改造，投资较少。另考虑当地外部电源频繁停电，发电机组使用频率较高，可采用双发电机组作为备用电源，提高供电可靠性。

4.3 方案三

供配电系统在方案一、二的基础上，设置交直交电源装置，装置从接触网取电，对沿线重要用电负荷进行供电。

该方案供电可靠、电能质量好、运营维护工作量较低、一次投资较少，只需考虑车站变、配电所从地方接引电源，但只适用于电气化铁路。

由于铁路沿线区间负荷较为分散，大多位于边远地区，周边电力资源较为匮乏，有的地区周边没有公共电网；另电网薄弱区域供电稳定性也相对较差，严重影响区间用电负荷，进而影响安全行车和正常运营。接触网作为向电力机车供电的输电线路，电源可靠性高，且区间用电负荷均在铁路沿线上，取电便捷。交直交电源装置从接触网上取电，通过变压器降压、整流、逆变后，可向用电负荷提供良好的电源，但该方案只适用于电气化铁路。

例如，坦桑尼亚中央线ISAKA 至MWANZA 铁路，该铁路为电气化铁路，全线未设置铁路电力贯通线。在车站、段所均设置变电所，变电所从地方公共电网接引一路外部电源作为主用电源。同时，与变电所合建发电机房，采用一组柴油发电机作为备用电源。变压器和柴油发电机组构成一用一备的供电模式，对车站、段所内的所有负荷进行供电。另考虑车站、段所内与行车密切相关的通信、信息、信号等特别重要负荷的用电可靠性，就地从接触网取电，经交直交电源装置转化后与变压器、柴油发电机共同构成三路电源的供电模式，大大提高了用电可靠性。

因沿线区间负荷周边没有公共电网，沿线区间负荷采用就地接触网取电作为用电负荷的主用电源，另设置柴油发电机组作为用电负荷的备用电源。

4.4 方案四

在车站或负荷集中点设置铁路配电所，配电所从地方公共电网接引一路电源。在相邻2 个配电所之间以互为备用的供电方式设置电力贯通线，沿线变电所高压电源从电力贯通线接引，作为用电负荷的主用电源，另设置柴油发电机组作为一、二级负荷的备用电源。

该方案供电可靠、电能质量好、运营维护工作量较低、一次投资高。

例如，尼日利亚拉伊铁路就是采取方案四的供配电模式。该铁路沿线分别在Lagos、Abeokuta 及Ibadan 车站设置铁路配电所，另考虑当地电网的不稳定性，在与行车直接相关的通信、信号等重要设备的场所，采用2台发电机组（一用一备）作为备用电源；其余综合工区、货场、整备场、机辆段等场所采用单台柴油发电机组作为备用电源。

5 结语

综上所述，通过分析国内常用铁路电力系统模式和非洲国家当地实际情况，归纳总结出适用于电网薄弱区域铁路项目的电力供配电系统方案。以上四种供电方案各有优缺点，电网薄弱区域往往存在电网分布不均的情况，一条铁路多段分区内可能有多种外部电源情况，实际设计时需综合考虑当地国情、工程特点、线网规划，需经技术、经济比较后进行确定。