电力系统在铁路工程的应用 本文关键词：电力系统，铁路工程
电力系统在铁路工程的应用 本文简介：【摘要】永临结合工程的建设思路在国内已经越来越广泛的应用在各项工程领域，这些年来也逐渐应用到中国铁路电力系统中，并实现了良好的经济效益与社会效应，但是在肯尼亚共和国铁路供电系统中，永临结合工程的建设推广尚处于初步研究阶段。且肯尼亚共和国电网覆盖十分匮乏，使用柴油发电机供电对铁路的土建施工带来了高额的
电力系统在铁路工程的应用 本文内容：
【摘要】永临结合工程的建设思路在国内已经越来越广泛的应用在各项工程领域，这些年来也逐渐应用到中国铁路电力系统中，并实现了良好的经济效益与社会效应，但是在肯尼亚共和国铁路供电系统中，永临结合工程的建设推广尚处于初步研究阶段。且肯尼亚共和国电网覆盖十分匮乏，使用柴油发电机供电对铁路的土建施工带来了高额的成本以及对生态环境的破坏。永临结合电力系统的实施则有效的降低了铁路的建设成本与工作效率，并且清洁环保，也有助于提高肯尼亚铁路建设的稳定性，促进东非铁路网供电系统的发展。本文将围绕永临结合电力系统在肯尼亚铁路建设中的应用情况进行探讨。
【关键词】永临结合电力系统；肯尼亚铁路；节能减排
当前，由中国企业建设的肯尼亚共和国内罗毕至马拉巴标轨铁路即将建成通车，该项目将持续推进当地的经济发展，其中旅游业作为肯尼亚的一个支柱产业，肯尼亚政府对环境以及生态的保护一直非常重视，因为永临结合电力系统在该项目建设过程中便发挥了重大的作用。肯尼亚铁路土建施工用电量大，备用柴发供电成本高，启动后噪音大，会对生态环境造成破坏。永临结合电力系统的建设以及稳定运行既保证了内马铁路一期工程的顺利实施，又有效避免了资源浪费和环境污染，具有较强的经济效益和社会效益。对整个肯尼亚交通网络的发展起到积极的促进作用。
1永临结合电力系统综述
所谓永临结合电力系统，就是在土建单位进场施工前，将铁路供电部分永久设施提前建设，在项目基建期用作临时设施，为土建单位的生产以及生活用电提供保障。铁路投产后按照原设计功能使用，为铁路沿线设备进行供电。这样既合理使用了项目资金，又避免了临时设施建设造成的资源浪费和环境污染。在成本保持基本不变的情况下，永临结合电力系统提高了其在铁路整体建设过程中的使用功能，进而提高了项目价值，其实现途径就是讲永久设施提前建设，投入的建设成本是一次性的永久设施成本，但其使用价值发挥了双重效用。一方面满足了土建单位施工期间工作与生活的供电需求，另一方面也完成了肯尼亚铁路投产后所必需的电力基础设施，满足铁路全线站房、设备等供电需求。
2肯尼亚铁路施工供电方案
2.1供电方式选择
铁路施工用电供电方案一般有以下三种：（1）采用柴油发电机：优点为建设周期短，缺点为运营维护成本较高，国内工程每度电约为1.8元，用电成本远高于永临结合方案（国内每度电约为0.5元），且供电能力有限，对于长大隧道及辅助坑洞供电能力不足（隧道长度>5km，每处用电点需要配置1000~4000kVA不等）。此方案一般试用于独立工点或零星工点供电，或作为永临结合方案中长大隧道施工重要负荷的备用电源考虑。（2）分散接引地方电源：即每个供电点分别接引地方电源，主要T接农电，适用于地方电源发达的情况，肯尼亚铁路沿线电网欠发达，此方案不做考虑。（3）集中供电方式：从地方变电站接引专线或T接地方电力线路，通过临时变配电装置，沿线敷设架空线路，供给施工用电，临时电力线路将来作为正式工程的贯通线及电源线使用。优点是提高了施工用电的可靠性、减少了土建单位的小临费用，并解决了营区生产生活用电。适用于地方电力资源分布不均，电力供应紧张，解决重点工程施工用电较为困难情况下，对保证供电，节省投资起到很大作用。综合肯尼亚标轨铁路施工沿线电网情况，且正式工程需沿线建设贯通电力线路，本工程选用集中供电方式较为适宜。
2.2临时供电方式选择
2.2.1临电工程范围施工用电负荷较大，地方电网供电能力不能满足施工用电的需要，须采用集中供电方式，采用集中供电方式的地段，纳入电力临时工程覆盖范围。电力临时工程包括：（1）集中供电地段的永临结合变配电装置（含计量装置）。（2）地方变电站至变配电装置的临时电源线路及电源T接工程。（3）自配电装置馈出的沿铁路架设的集中供电干线。（4）从集中供电干线至部分距离供电干线较远的隧道、桥梁、制梁场、铺轨基地、焊轨场等施工用电变电台（所）的高压分支线，每处用电点含一套变电台及一套计量柜，变压器及计量柜位置由用电单位提出需求确定。2.2.2供电线路电压等级选择本线电力临时工程线路电压等级主要考虑11kV及33kV两种，两种系统主要区别如下：（1）33kV电力线路及供配电系统造价约为11kV系统的2倍。（2）33kV电力线路及供配电系统供电能力约为11kV系统的9倍。经计算，本线临时工程中：前者供电范围可达40～50km，后者约为10～20km。正式工程中：前者供电范围可达120km，后者约为40km。肯尼亚标轨铁路内马段施工用电负荷主要包括：隧道（含隧道斜井、竖井、横洞等施工口）、桥梁、制梁场、轨枕预制场、轨排生产线、道砟生产场、混凝土拌合站、施工营地等。其中隧道、桥梁负荷较大，外部电源匮乏的情况，根据现有资料，如采用11kV供电系统，需接引外接电源的数量约为5～6处，肯尼亚当地电网实际条件不允许，因此全线供电系统采用33kV等级。2.2.3临电系统方案在Maimahiu站场旁设置一座66/35kV，25MW单电源变电站，从铁路全线中段与66kV地方电力线路交叉处T接一路66kV电源引向Maimahiu变电站。变电站馈出二回35kV线路，其中一回路往小里程方向为DIK11+800，该段铁路主要施工用电点4处，施工用电变压器装机需求约2MVA。各施工用电支线以T接方式接入主供电线路。所有支线均加装开关设备，便于线路维护和保证主线路供电安全。施工用电支线在线下施工结束后进行拆除或废弃，设备进入库存2.2.4临电66/35kV变电站主接线及设备选择变电站引接单回66kV电源，66kV侧采用“线路-变压器”组接线方式。66/35kV主变采用户外油浸式，YN/YN/D11接线，35kV侧采用中性点直接接地方式。66kV隔离开关采用户外柱式，避雷器采用氧化锌避雷器，66kV侧开关装置采用户外GIS组合电器，35kV侧配电装置采用户外箱式配电所。直流自用电系统选用高频开关电源模块，采用铅酸免维护智能型直流系统。二次设备采用集控制、保护、监测和远动于一体的微机综合自动化装置。66kV侧采用集中组屏保护，35kV侧采用分散组屏保护。
2.3临电计量方式
全线各负荷点设有变压器，电能计量则在每台变压器低压侧设置一台计量柜，计量柜内设置电能表计，并预留若干馈出开关，各工点从馈出开关取电。电力局计量站及66kV变电站进线侧均设有总计量表计，将通电第一个月底计量站总表读数与各工点计量柜读数总和之比作为线损系数，各负荷点计量柜读数乘以此线损系数即为该点应缴费用电量。
2.4施工临时供电与铁路永久供电相结合
正式电力工程与临时工程重合度应尽量提高。为高效利用临时电力工程投资，节省正式工程费用，本工程采用永临结合方案。临电工程66/35kV单电源变电站及其外部电源线路可利用为正式工程变电站及电源线，临电工程供电干线可利用为正式工程贯通线。
2.5永临结合倒替
2.5.1临时负荷供电阶段临电施工高峰期时，线路电压损失较大，应根据线路末端电压压降情况，调整主变抽头，提高线路电压5%，保证线路末端电压压降小于5%。距离变电站较远的变电台，如果个别电压仍不满足，可以视情况调整变电台抽头（±10%可调），保证低压设备供电电压。2.5.2永久负荷与临时负荷同时供电阶段联调联试之前，大部分土建工程已完工，临时负荷主要为营区生活用电等，永久负荷主要为中间站及会让站车站用电、区间通信基站、直放站用电、隧道照明等。此阶段供电系统应同时满足剩余临时负荷及正式工程用电要求。2.5.3永久负荷阶段（1）视情况拆除生活营区临时线路及变电台，变压器、计量柜等，进入库存。（2）调整35kV箱式变电所内的所用电变压器高压侧抽头。调整变电所综合自动化系统设置的保护定值。每个车站安装一路柴发AC380V电源作为车站通信、信号系统的备用电源，保证铁路的正常运行。
3经济效益与节能减排分析
3.1经济效益分析
3.1.1用电成本计算根据市场询价及成本核算，肯尼亚电费约为1.2元/kWh，使用柴油发电机发电成本约为5元/kWh，因此采用永临结合电力系统实施方案每度电可节省3.8元/kWh的成本。内马铁路一期工程工期为3.5年，其中施工高峰期约为1年，非施工高峰期约为2.5年。施工高峰期间，施工现场涉及隧道、桥梁、制梁场、铺轨基地、焊轨场等施工用电与生活用电，经统计每月用电量可达到100万度；非施工高峰期间用电量可达到60万度。经计算施工高峰期全年用电量约为100×12=1200万度，非高峰期全年用电量约为60×12=720万度，内马铁路一期工程工期内总用电量为：1200×1+720×2.5=3000万度共可节省成本：3000×3.8×10000=11400万元内马铁路一期工程全长120km，因此若采用永临结合电力系统实施方案，每公里可节省95万元的用电成本。3.1.2设备折旧成本计算由于土建单位施工用电需求大，采购的柴油发电机功率平均在800kW，售价约为80万元，采用平均年限法，折旧年限为5年，每年折旧费约为16万元。经统计，本工程全线共有约50台柴油发电机。每年折旧费为：16×50=800万元。内马铁路一期工程全长120km，因此若采用永临结合电力系统实施方案，每年每公里可节省柴油发电机折旧费用6.67万元。
3.2节能减排分析
柴油发电机在启动过程中主要排放物为烟尘、SO2、NOX、CO、烃类等，根据《环境统计手册》，燃油大气污染物排放系数见表1。本项目全线约有50台800kW的柴油发电机，每天使用时间约为8h，平均投入使用时间约为2年。发电机燃料采用0#轻柴油（密度850kg/m3），单位燃油量按200g/kWh计算，则50台柴油发电机的耗油量为8000kg/h，每天全线的燃油量为8000kg/h×8=64000kg。
4结论
综合考虑肯尼亚国内的电网分布情况与铁路施工各用电点负荷情况，永临结合电力系统可以在当地铁路建设的过程中发挥重要的作用。永临结合电力系统在功能方面，具有为铁路永久供电的全部功能，同时又兼顾了临时设施的供电需求，是临时设施的功能质量大幅提高，同时永临结合电力系统实施方案可以有效的节约资源，减少环境污染。如果肯尼亚标轨铁路项目的参建单位进入现场全部使用柴油发电机为生产、生活需求进行供电，会造成巨额的成本，且发电过程中的噪音以及排放的废气都会对生态环境造成破坏。永临结合项目的建设，为现场文明施工创造了良好的条件，为肯尼亚铁路的建设奠定了良好的开端，具有很强的经济意义与社会意义，值得在今后东非铁路网的建设中多加推广应用。
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作者：高珍 柳海光 杨成志 单位：中交机电工程局有限公司北方分公司
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