摘要：本文阐述铁路供配电系统的特点，介绍在节能需求上设计供配电系统的原则，提出从变压器、线缆、照明灯具等方面对供配电系统实施节能设计，确保供配电系统处于经济运行状态。

    0 引言
    铁路供配电系统的供电情况不仅直接影响铁路运输系统的安全运行，也关乎多个铁路职能部门正常工作。在铁路供配电系统中，损耗主要包括固定损耗和运行损耗。固定损耗与设计的电压有关，主要产生在线路、变压器上，所占比重较小。运行损耗主要产生在线路、变压器、铁路各种用电设备的串联阻抗上，与系统设置的功率密切相关，所占比重较大。因此，选用合理的变压器、线缆、照明工具等是实现供配电系统节能设计的关键内容。本文从铁路供配电系统的特点展开分析，介绍铁路供配电系统节能设计的要点。

    1 铁路供配电系统主要特点
    铁路供配电系统因其特殊性在系统构成及功能设计上有别于其它电力系统，主要表现如下。
    （1）变（配）电所结构单一，电压等级较低。铁路负荷属于直接面向最终客户的终端负荷，因此铁路供配电系统内多设置10kV配电所、35kV变电所，个别用电枢纽设计HOW变电所。一般根据各地区电源情况和铁路负载要求，合理设计配电所电压等级。因为功能要求、应用范围基本一致，所以铁路供配电系统的主接线等构成基本相似，设备配置无明显变化。
    （2）供电系统可靠性要求较高。铁路供配电系统虽然电压等级较低，但一、二级负荷所占比重较高，因此对系统供电可靠性要求较高。一般情况下，相邻配电所倒闸作业支持中断供电时间仅有0.6s。虽然铁路部门采用诸多措施确保供电的可靠性，但只局限在配电所范围内，因此重要的贯通线或自闭线发生永久性故障时，缺少恰当的隔离、定位和恢复措施，将致使贯通线或自闭线失电，严重影响系统的可靠性。同时，铁路供配电系统的特点决定其检修工作费时费力，缺少准确的故障定位，为检修工作带来极大不便。
    （3）供配电系统接线形式简单。铁路供配电系统是一个沿铁路敷设的线状辐射网，通常沿着铁路两侧分别设置10kV的自动闭塞相邻和电力贯通线路，距离约40km～60km配备变（配）电所，各配电所间相互连接，互为备用。各配电装置的连接线包括自闭线和贯通线，具体系统设计时可能存在两种连接线，也可能只有两种连接线的一种形式。连接线不单完成相邻所之间的电气连接，也为铁路供电系统最重要的负荷提供所需电源。

    2 节能设计原则
    铁路供配电系统质量直接影响铁路运输系统运行效果，也关系到多个铁路部门的正常工作，因此要根据其特点、要求来设计满足铁路需求的节能系统。铁路供配电系统节能设计原则：基于充分满足铁路用电负载功能要求的环境，尽可能降低能源消耗，提升能源的利用效率；严格按照实用、经济可靠、技术先进的原则，综合考虑使用前、中、后的情况，不可因过分节能而增加投资和运行费用，因节能需求而加大的投资也必须及时回收；同时，密切结合电子专业与信号、建筑、设备等专业，共同做好节能设计工作。

    3 节能设计要点
    3.1准确计算负荷
    铁路负荷牵涉多个专业和种类，容量差别较大，以往设计过程中，为保障容量满足要求而使系统裕量过大，造成了不必要的浪费，因此准确计算负荷是设计供配电系统、设定变压器容量等的基础，也是对配电系统进行节能设计的关键内容。初步设计时期，负荷计算可通过需要系数法或单位面积功率法求解，施工图设计使用需要系数法，与通信、房建等专业紧密配合，分析负荷特点、用电要求等信息，并将不同负载持续率环境下的额定功率转换为统一持续率下的功率，从而准确计算负荷容量。
    3.2合理设计配电所及电源电压
    铁路供配电系统设计的电源电压要依据负荷容量、地方电网情况、线路长度等因素综合确定，优先选用10kV电源。35kV或以上的电源供电能力较大，能有效降低运营成本，因此电源线路超过20km、负荷容量大于6 300WA时，优先选用35kV及以上的电源。铁路负荷具有点多、线长的特点，合理选用变配电所位置，可对提升供电质量、减少线损产生重要影响。变配电所位置依据电源分布、方便检修等因素综合考虑设计，确保高压深入负荷中心，并达到电压偏差值要求。
    3.3选用合理的变压器
    在铁路供配电系统内，变压器所占比重最大，因此选用最佳变压器能达到最佳节能效果。变压器损耗主要表现为线损和铁损。线损是因变压器绕组通过电流会消耗部分功率引起的，绕组的电阻值越大，消耗功率也越大，因此要选用绕组电阻小的变压器，如铜芯变压器。铁损又称作空载损耗，是因变压器初级线圈通电时铁心出现涡流消耗部分功率产生的，这部分损耗处于固定不变状态，由铁芯的性能、制造工艺决定，因此要优先选用S11、SC10等节能型干式或浸式变压器。S11变压器属于低损耗变压器，其空载损耗较SP系列低75%，负载损耗两者相当。
    如果铁路系统选用较大容量的变压器，其区域负荷分布较少，多数负荷主要分布在车站，那么设计时要依据负荷大小和分布情况，尽量选用较大容量变压器。如，某火车站需安装1 o00kVA容量的变压器，设计中根据车站具体情况选用2台50okVA变压器，而不选用4台250kVA的变压器。如果选用S11型号的油浸式变压器，那么2台500kVA变压器的负载损耗为10. 25kW、4台250kVA变压器的负载损耗值为12. 12kW。设计铁路电力系统时，要根据汇总的负荷计算结果选用所需的变压器数量及容量，确保变压器经常性负载控制在变压器额定容量的60%，负荷率为75%～85％为最佳状态。如果选用容量过大的变压器，那么变压器必在轻载状态下运行，长期运行会增加铁路电力系统的固定和无功损耗。如果选用的变压器容量过小，那么变压器处于过载状态，长期运行将导致其负载损耗增加，会在不同程度上损坏变压器等设备，严重影响铁路供电安全。由此可知，设计时应合理选用变压器容量，使其长期在经济负荷状态下运行，并在合理分配负荷基础上尽可能缩减变压器数量，选用大容量变压器。

[1] [2]  下一页