幾內(nèi)亞西芒杜礦山鐵路供電方案設(shè)計

劉彬彬

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司電化處， 武漢 430063)

0 引言

西芒杜礦山鐵路位于非洲幾內(nèi)亞共和國境內(nèi)，起于大西洋海濱的卡巴卡港口，途經(jīng)弗雷卡迪亞、金迪亞、馬木、法拉納、康康、麻省塔等六省至西芒杜礦山區(qū)，正線長620.58km[1-2]。該線路為單線鐵路，采用內(nèi)燃機車牽引，主要承擔(dān)西芒杜礦山的鐵礦石運輸。由于該鐵路是非電氣化鐵路，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)較低，同時，當(dāng)?shù)仉娏υO(shè)施落后，給全線負(fù)荷供電方案的設(shè)計帶來了很大困難。在充分調(diào)研鐵路沿線供電條件后，對幾內(nèi)亞西芒杜礦山鐵路的供電方案展開設(shè)計。

1 鐵路負(fù)荷分布與容量計算

西芒杜礦山鐵路主要的用電需求集中在港口、礦山、Faranah、隧道、中間會讓站和客運站等，另外有一些沿區(qū)間分散的小供電點，主要包括區(qū)間通信基站及直放站、信號中繼站等。計算負(fù)荷如表1所示，其中：(1)照明負(fù)荷包括室內(nèi)照明、室外照明和隧道照明等。(2)全線共設(shè)有15座貨運站，分別為港口站、礦山站和區(qū)間13座會讓站，其中一座中間會讓站與Faranah綜合維修工區(qū)合并供電。(3)全線共設(shè)有5座客運站。(4)全線共設(shè)有49座通信基站、8座紅外軸溫探測站、6座隧道守護房屋。其中4座隧道守護房屋位于西馬木隧道和東馬木隧道進出口，與隧道照明、隧道運營通風(fēng)合并供電。另外2座通信基站與附近隧道守護房屋合并供電。8座通信基站和紅外軸溫探測站合并供電。剩余39座通信基站獨立供電。(5)全線共設(shè)有26座臨時營地，其中有12座將會被改造為永久營地。營地負(fù)荷計算指標(biāo)為2kW/人。負(fù)荷需要系數(shù)分別為：機械設(shè)備0.45；暖通和給排水設(shè)備0.75；照明0.85；通信、信號、信息設(shè)備0.9。

2 既有電源情況及供電原則

2.1 既有電源情況

根據(jù)前期電源調(diào)查的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，港口建設(shè)工程將在港口新建一座發(fā)電站，能夠為港口鐵路用電設(shè)施提供一路可靠外部電源；礦山有既有發(fā)電廠，能夠為礦山地區(qū)鐵路用電設(shè)施提供一路可靠外部電源。而對于鐵路區(qū)間分散的小供電點，均無法接引外部電源。而全線又不考慮架設(shè)電力貫通線，故區(qū)間負(fù)荷只能考慮離網(wǎng)發(fā)供電方案。

計算負(fù)荷/kW 表1

2.2 供電原則

鐵路全線供電負(fù)荷主要包括沿線各車站的通信、信號、信息、機械設(shè)備、給排水、空調(diào)通風(fēng)、室內(nèi)外照明等動力照明負(fù)荷。其中，與行車相關(guān)的通信、信號、信息負(fù)荷為一級負(fù)荷；機房專用空調(diào)、消防負(fù)荷、給排水設(shè)備、站場照明等為二級負(fù)荷；其余為三級負(fù)荷。對一級負(fù)荷和重要的二級負(fù)荷提供兩路獨立電源供電，其余負(fù)荷提供一路可靠電源供電[3-5]。

3 供電方案

3.1 港口供電方案

在港口站新建33kV配電所，規(guī)模為一進六出，電源由港口發(fā)電站接引。在港口維修工區(qū)、機車養(yǎng)護車間、道路養(yǎng)護車間和新增機械廠房附近各設(shè)置1座33/0.4kV箱式變電站，由港口配電所采用放射方式供電，4座箱式變電站的容量分別為1 250kVA、1 250kVA、630kVA和630kVA，供電線路采用全電纜線路。在4座箱式變電站附近設(shè)置備用400V柴油發(fā)電機作為港口一級負(fù)荷和部分二級負(fù)荷的后備電源，發(fā)電機容量按箱式變電站容量的20%設(shè)計，發(fā)電機備用方式為熱備用，儲油量按2天設(shè)計。

在港口控制中心配備UPS電源以滿足一級重要負(fù)荷的用電需求，UPS的最小工作時間為8h，另設(shè)置1臺容量為20kVA的控制中心專用400V柴油發(fā)電機，作為二次備用以防止主用電源停電時間超過8h的同時備用柴油發(fā)電機故障，發(fā)電機備用方式為熱備用，儲油量按2天設(shè)計[6]。

3.2 礦山供電方案

在礦山通信、信號負(fù)荷附近配置預(yù)制的400V配電室，內(nèi)設(shè)1臺70kVA的400V柴油發(fā)電機作為通信、信號負(fù)荷的后備電源，其主用電源由礦山發(fā)電站接引。發(fā)電機備用方式為熱備用，發(fā)電機儲油量按2天設(shè)計。

3.3 離網(wǎng)供電方案

3.3.1 區(qū)間通信基站和會讓站離網(wǎng)供電方案

全線共設(shè)區(qū)間通信基站49處(不含隧道)，為一級負(fù)荷，需要提供2路電源。由于鐵路沿線人煙稀少，采用柴油發(fā)電機作為主用電源存在道路養(yǎng)護難和運輸成本高的問題，且環(huán)保性差，考慮到用電容量較小且當(dāng)?shù)厝照諚l件良好，故在每個區(qū)間通信點建設(shè)小型太陽能發(fā)電站作為主用電源，但太陽能發(fā)電也存在可靠性較低的缺點。為了彌補太陽能發(fā)電供電可靠性的不足，采用大容量電池板存儲電能以提高供電可靠性，太陽能電池板存儲電能的最低要求為連續(xù)7天陰雨天氣保證電能的可靠供應(yīng)。同時配備一臺400V柴油發(fā)電機作為后備電源，柴油發(fā)電機備用方式為熱備用，發(fā)電機儲油量按7天設(shè)計。具體設(shè)計方案為：(1)39座通信基站獨立供電，采用12kW太陽能發(fā)電站作為主用電源，配備一臺1×15kVA柴油發(fā)電機作為后備電源；(2)8座通信基站和紅外軸溫探測站合并供電，采用15kW太陽能發(fā)電站作為主用電源，配備一臺1×20kVA柴油發(fā)電機作為后備電源；(3)2座通信基站與附近隧道守護房屋合并供電，采用18kW太陽能發(fā)電站作為主用電源，配備一臺1×25kVA柴油發(fā)電機作為后備電源。

區(qū)間有12個會讓站單獨供電，各會讓站主要用電負(fù)荷為通信、信號設(shè)備，用電量約為20kW，為一級負(fù)荷，需要提供2路電源。在各會讓站建設(shè)容量為25kW的小型太陽能發(fā)電站作為主用電源，太陽能電池板存儲電能的最低要求為連續(xù)7天陰雨天氣保證電能的可靠供應(yīng)。同時配備一臺容量為40kVA的400V柴油發(fā)電機作為后備電源，柴油發(fā)電機備用方式為熱備用，發(fā)電機儲油量按7天設(shè)計。

3.3.2 隧道供電方案

西馬木隧道和東馬木隧道的供電示意圖如圖1～2所示。在西馬木隧道和東馬木隧道的大里程端附近各新建一座6.6kV配電所，規(guī)模為一進兩出。由于供電距離較長，配電所內(nèi)增設(shè)無功補償裝置。

隧道內(nèi)每隔3km設(shè)置一個電力洞室，內(nèi)設(shè)6.6/0.4kV箱式變電站，用于隧道通風(fēng)風(fēng)機、隧道通信、檢修設(shè)備用電以及隧道照明和洞室內(nèi)照明等供電。在隧道兩端各設(shè)一臺室外6.6/0.4kV箱式變電站，用于隧道通信、檢修、排水設(shè)備用電以及隧道照明和隧道看守房屋等供電。為提高供電可靠性，從6.6kV配電所至各6.6/0.4kV箱式變電站采用環(huán)網(wǎng)供電。

在西馬木隧道和東馬木隧道的大里程端6.6kV配電所設(shè)置6.6kV高壓柴油發(fā)電機組，作為6.6kV配電所的主、備用電源。西馬木隧道設(shè)置4臺柴油發(fā)電機，3用1備；東馬木隧道設(shè)置6臺柴油發(fā)電機，5用1備。單臺發(fā)電機容量為550kVA，備用方式為熱備用，發(fā)電機儲油量按4天設(shè)計。

圖1 西馬木隧道供電示意圖

圖2 東馬木隧道供電示意圖

全線電源分布 表2

3.3.3 Faranah供電方案

Faranah設(shè)有維修工區(qū)，第一階段的計算負(fù)荷為209.3kW，用電量較大而且無法外部取電。故采用400V柴油發(fā)電機作為電源，主用柴油發(fā)電機容量為400kVA，備用柴油發(fā)電機容量為150kVA，發(fā)電機儲油量按7天設(shè)計。

3.3.4 客運站供電方案

全線共設(shè)5個客運站，每個客運站的用電量按70kW設(shè)計(預(yù)留部分容量)。若采用太陽能發(fā)電需要面積約為700m2的場地用于布置太陽能電池板，方案難以實施，故采用400V柴油發(fā)電機作為主備用電源，設(shè)置2臺柴油發(fā)電機，1用1備，單臺發(fā)電機容量為100kVA，備用方式為熱備用，發(fā)電機儲油量按7天設(shè)計。

3.3.5 營地供電方案

對于臨時營地，設(shè)置一臺400V柴油發(fā)電機作為主用電源。對于永臨結(jié)合營地，設(shè)置多臺400V柴油發(fā)電機分別作為永久負(fù)荷和臨時負(fù)荷的主用電源。主用柴油發(fā)電機容量根據(jù)各營地實際用電負(fù)荷選擇。營地備用柴油發(fā)電機統(tǒng)一按25kVA配置，作為通信、信號負(fù)荷的后備電源。

3.3.6 全線電源分布

全線電源分布情況如表3所示。

4 與國內(nèi)鐵路供電方案差異比較

4.1 外部電源差異

4.1.1 電壓等級差異

國內(nèi)電網(wǎng)中壓電壓等級一般為10kV，低壓電壓等級一般為380/220V，而國外電壓等級種類很多，有33kV、6.6kV等，給線纜選型和變配電系統(tǒng)設(shè)計帶來一定的困難。

4.1.2 供電電源差異

國內(nèi)主備用供電電源均接引自地方城市電網(wǎng)，地方城市電網(wǎng)屬堅強電網(wǎng)，電源較為集中，屬單機無窮大系統(tǒng)，電能質(zhì)量和供電可靠性較高，部分重要一級負(fù)荷配備專用柴油發(fā)電機作為第三路電源；國外電網(wǎng)規(guī)模很小，而且供電可靠性較低，從電網(wǎng)獲取鐵路用電較為困難，一般采用柴油發(fā)電機作為主備用電源，部分小的供電負(fù)荷也可采用新能源(太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等)發(fā)電作為主用電源，柴油發(fā)電機作為備用電源。這種供電模式容易造成環(huán)境污染，同時供電可靠性不高，而且有很高的運營管理成本。

4.2 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)差異

國內(nèi)外供電設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)在變壓器選型計算、防雷接地、建筑物不同場所的照度要求等方面均存在不同程度的差異，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)鼐唧w規(guī)范優(yōu)化設(shè)計。同時，國內(nèi)供電設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)對設(shè)計內(nèi)容基本都進行了較為詳細(xì)的規(guī)定，供電設(shè)計規(guī)范較多，而且很多是強條，設(shè)計靈活性相對很小。而國外供電設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定較為靈活，需要設(shè)計人員結(jié)合具體項目、具體情況選擇合適的供電方案，對設(shè)計人員提出了更高的要求。

4.3 供電方案差異

國內(nèi)鐵路沿線建設(shè)一級負(fù)荷貫通線和綜合負(fù)荷貫通線給鐵路區(qū)間用電負(fù)荷供電，貫通線供電電源接引自區(qū)間配電所，鐵路站房和工區(qū)等用電負(fù)荷就近從配電所或地方城市電網(wǎng)接取可靠電源；國外單線重載鐵路區(qū)間負(fù)荷較少，故不架設(shè)貫通線，區(qū)間、車站和工區(qū)負(fù)荷均采用分布式柴油發(fā)電機供電。

5 結(jié)束語