铁路电力设计规范.docx
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铁路电力设计规范
UDC
中国铁路总公司标准QB
PQ/CRXXX-201X
铁路电力设计规范
Codefordesignofrailwayelectricpower
(征求意见稿)
201X-发布201X-实施
中国铁路总公司发布
前言
1总则
1.1.1为统一中国铁路总公司电力工程设计标准,做到安全适用、供电可靠、技术先进、经济合理、使用维护方便,制定本规范。
1.1.2本规范适用于110kV及以下的电力工程设计。
1.1.3铁路电力工程设计应贯彻执行国家能源政策,采取节能措施,降低电能消耗,并应因地制宜,保护环境,节约土地。
1.1.4铁路电力工程设计应结合社会技术经济发展水平,采用安全、可靠、先进、节能和便于维护的技术和装备。
1.1.5铁路电力工程设计采用新技术、新工艺、新材料、新设备时,应符合国家及行业有关规定。
1.1.6铁路电力工程设计应针对相关致灾因素和安全隐患,采取必要的防范措施。
【条文说明】
对于铁路电力工程设计,常见致灾因素和安全隐患主要有冰、雪、风、洪水、地震、泥石流、滑坡、塌陷等自然灾害,以及火灾、电击等潜在事故。
1.1.7铁路电力工程设计除应符合本规范外,还应符合国家现行有关标准的规定。
2术语
2.0.1公共电网publicdistributionnetwork
面向社会提供电能的电力网。
2.0.2外部电源externaldistributionsystem
向铁路供配电系统供电的电源,包括公共电网及其他电网的电源。
2.0.3后备电源extraelectricsource
从重要一级负荷的双重电源同时失电至恢复正常供电或用电设备允许停止工作的时间内,用于继续供电的电源。
2.0.4低压配电系统lowvoltagepowerdistributionsystem
工频1000V及以下铁路电力配电设施的统称。
2.0.5综合负荷电力贯通线路high-voltagepowerlinealongtherailwayforallelectricloads
以铁路沿线各类中小负荷为主要供电对象,由相邻变、配电所以互为备用方式供电的高压电力线路。
2.0.6一级负荷电力贯通线路high-voltagepowerlinealongtherailwayforfirstelectricloads
以铁路沿线一级负荷为主要供电对象,由相邻变、配电所以互为备用方式供电的高压电力线路。
2.0.7变电所substation
室内变电所、箱式变电站、杆架式(落地式)变电台的统称。
2.0.8变配电所substationanddistributionstation
带有高压配电功能的变电所。
2.0.9光伏发电系统PhotovoltaicPowerGeneratingSystem
利用光伏电池的光生伏特效应,将太阳辐射能直接转换成电能的发电系统。
又称光伏电池发电系统,简称PV系统。
按与公共电网的关系,光伏发电系统分为离网型光伏发电系统和并网型光伏发电系统。
2.0.10并网型光伏发电系统Grid-connectedPVSystem
与公共电网相联接的光伏发电系统。
2.0.11离网型光伏发电系统Stand-alonePVSystem
未与公共电网相联接的光伏发电系统。
又称独立型光伏发电系统。
2.0.12光伏电池方阵PVcellarray
由若干个光伏电池组件在机械和电气上按一定方式组装在一起,并且有固定的支撑结构而构成的直流发电单元。
2.0.13光伏建筑一体化buildingintegratedphotovoltaic(BI-PV)
在建筑上安装光伏发电系统,并通过专门设计,实现光伏发电系统与建筑的良好结合。
3基本规定
3.1.1铁路电力工程设计应从全局出发,统筹兼顾,按照负荷性质、用电容量、工程特点和地区供电条件,因地制宜,实行差异化设计,合理确定设计方案。
供电方式宜采用集中供电方式,亦可采用分散供电方式、集中供电和分散供电相结合的方式。
【条文说明】
集中供电是指对工程项目的整条铁路线或区段,集中引取外部电源,通过构建内部配电网,如电力贯通线路,长距离配电干线等方式,为分布各处的铁路负荷供电。
分散供电是指不修建贯通线路、长距离配电干线等,各负荷点或地区分别引取外部电源的供电方式。
3.1.2铁路电力工程设计年度分为近期和远期。
近期为交付运营后第十年,远期为交付运营后第二十年。
设计时应根据工程特点、规模和发展规划,做到远、近期结合。
电气设备的房屋和场地、高压电力干线应按远期用电量确定;低压电力线路应按近期用电量确定,其中能确认远期需求的低压硬母线式干线,应按远期用电量确定;其它电力设施及电气设备宜按交付运营时的用电量确定,适当考虑发展。
3.1.3铁路供配电系统属不同单位管理时,分界点处电力设施的设置应方便管理。
【条文说明】
不同单位管理的分界通常包括:
1不同铁路局(公司)、供电段(或其他管理机构)之间的分界。
2供电段(或其他管理机构)与用户之间的分界。
3.1.4铁路电力工程设计应根据运营管理需要,合理设置计费装置及必要的内部考核计量装置或系统。
3.1.5改建工程应根据既有电力设施及与其相关的建筑物和构筑物的质量、使用年限、安全可靠程度等情况,充分利用符合使用条件的既有设施。
3.1.6铁路电力运营管理机构的设置,应符合电力设施管理和维护的要求。
3.1.7铁路电力设计应注重与其他专业之间的协调和接口衔接;既有线改造电力设计应注重新旧设备的衔接。
4供配电系统
4.1负荷分级及供电要求
4.1.1铁路用电负荷根据供电可靠性要求及中断供电对人身安全、经济损失或影响程度,分为一级负荷、二级负荷及三级负荷,并应符合下列要求:
1符合下列情况之一时,应为一级负荷:
1)中断供电将造成人身伤害时。
2)中断供电将在经济上造成重大损失时。
3)中断供电将影响重要的用电单位正常工作、造成铁路运输秩序严重混乱时。
2符合下列情况之一时,应为二级负荷:
1)中断供电将在经济上造成较大损失时。
2)中断供电将影响较重要用电单位的正常工作、影响铁路正常运输时。
3不属于一级和二级负荷者为三级负荷。
【条文说明】
本条是依据国标GB50052《供配电系统设计规范》制定的。
用电负荷分级的意义,在于正确地反映它对供电可靠性要求的界限,以便恰当地选择符合实际水平的供电方式,提高投资的经济效益,保护人员生命和设施的安全。
负荷分级主要是从安全和经济损失两个方面来确定。
安全包括了人身生命安全和生产过程,生产装备的安全。
停电一般分为计划检修停电和事故停电。
由于计划检修停电事先通知用电部门,故可采取措施避免损失或将损失减少至最低限度。
条文是按事故停电的损失来确定负荷特性的。
对一级负荷的判定是供配电系统设计的关键问题之一,需重点研究和解决。
对于在有关标准中没有明确规定负荷等级的用电设备是否为一级负荷,其主要判据是对停电后果的评估。
还有一个可供参考的判断方法是:
用电设备本身是否允许停止工作。
如果该用电设备是按双套及以上备用配置,或采用冗余备份配置的,部分设备故障后仍能维持基本需求的,结合停电后果的评估,可判定是否为一级负荷。
不具备上述参考条件,说明设备本身是可以中断工作的,就不宜轻易判定为一级负荷。
铁路用电负荷中还存在许多系统性的设备,其不同节点的设备对供电可靠性的需求不一定相同。
例如,中央处理级设备和一般终端设备停电时,对系统运行的影响程度和造成的后果通常就是不同的。
所以属于各类系统组成内容的用电设备,应需要根据其在系统中的使用性质、非正常停电的后果等因素分析确定负荷等级。
4.1.2铁路用电设备的负荷等级划分应符合附录A和以下规定:
1系统性设备的各节点设备由系统自行配置的电源装置集中供电时,按系统组成设备中负荷等级较高者确定系统电源装置的电力供电负荷等级。
2应急照明、火灾报警、消防、防灾等设备的负荷等级应符合《铁路工程设计防火规范》TB10063的规定。
【条文说明】
通信、信号、信息等系统性负荷的等级是针对系统核心的或关键的设备而言的,不等于该系统不至于影响系统正常运行的其他设备都与系统负荷等级一致,例如某些终端性设备,需要在设计时加以分析、区分,以避免投资的不合理增加。
使用时还需注意:
本规范铁路负荷等级是为确定供电标准而划分,兼顾了自然供电条件因素。
某些负荷,例如位于工区、站房办公等场所的部分通信机械室等设备,就严格意义而言,不一定构成一级负荷。
但考虑其停电后果判别复杂,且一般情况下所在地点具备便利的供电条件,故仍然划入一级负荷范围。
原则上一级负荷的双重电源首先由电力供电系统提供,但当用电设备系统配有UPS等备用电源时,即使无便利条件提供电力供电系统的备用电源,除与行车安全直接相关的重要一级负荷外,仍是满足一级负荷供电要求的。
关于通信设备与信号设备的关系:
在CTCS-3列控制式下,通信基站等设备承载行车信号信息,对行车安全和效率均有影响;对于CTCS-2列控制式,通信基站等设备承载车次号、进路预告、调度命令等信息,与行车安全没有必然关联,只对行车效率有影响。
对于重载铁路,当无线通信系统需承载机车同步操控信号时,将涉及行车安全。
设有无线系统时,车站通信机械室可能会包括设在车站的GSM-R基站设备
一般当涉及到发预告和重要引导信息的显示屏停电时,会在一定程度上造成旅客失序,这种情况下可采用广播方式临时替代。
考虑显示屏负载容量大,双重供电代价高,故特大站和国境站只将客运广播定为一级负荷。
4.1.3一级负荷应由双重电源分别供电至用电设备或低压双电源切换装置处。
当一路电源发生故障时,另一路电源不应同时受到损坏。
【条文说明】
本条主要是依据《供配电系统设计规范》GB50052-2009制定的。
因地区大电力网在主网电压上部是并网的,用电部门无论从电网取几回电源进线,也无法得到严格意义上的两个独立电源。
所以这里指的双重电源是指一个负荷的电源是由两个电路提供的,这两个电路就安全供电而言被认为是互相独立的。
其可以是分别来自不同电网的电源,或来自同一电网但在运行时电路互相之间联系很弱,或者来自同一个电网但其间的电气距离较远,一个电源系统任意一处出现异常运行时或发生短路故障时,另一个电源仍能不中断供电,这样的电源都可视为双重电源。
低压双电源切换装置通常已最大限度地靠近了用电设备。
当上级某一路配电线路故障时,通过切换装置仍然能最大限度地避免设备断电,故要求双重电源要供电至低压双电源切换装置处。
铁路低压双电源切换装置通常有两种情况:
当用电设备对切换装置没有特殊要求时,由供配电系统设置;当有特殊要求时,一般由用电设备系统自行设置,例如某些通信设备的电源装置就属于这种情况。
4.1.4对中断供电将造成人身伤亡或重大设备损坏或发生中毒、爆炸和火灾等后果,以及特别重要场所的不允许间断供电的一级负荷,其供电应符合下列规定:
1除由双重电源供电外,应增设后备电源。
其中用电设备系统自行配置有后备电源且能满足其供电时间和切换要求时,供配电系统可不另行配置后备电源。
2供电电源的切换时间应满足用电设备允许中断供电的要求。
【条文说明】
由于这类负荷中断供电会造成更严重的后果,故增设后备电源。
4.1.5二级负荷的供电应符合下列规定之一:
1可由具备两回电源线路且其高低压至少一侧设有联络的变电所供电。
2可由贯通线路、环网线路以及其他双端供电线路等能构成等效双回电源线路的变电所供电。
3在负荷较小或地区供电条件困难时,可由一回6kV及以上专用的电力线路供电。
当专用电力线路采用架空线路时,可由一回架空线路供电;当采用电缆线路时,宜采用主备电缆供电或设置备用电缆通道,其中备用电缆应能负载100%的二级负荷。
【条文说明】
本条依据《供配电系统设计规范》GB50052-2009并结合铁路特点制定。
二级负荷供电要求的关键是其6kV及以上系统的线路故障时,能快速恢复供电。
基于此,当采用电缆作为电源线路时,要求其具有备用电缆或等效的备用关系,以便能在短时间内重新接通电路。
两回及以上电源线路的变电所,并且其高低压至少一侧设置了联络时,显然等于具备了高压线路互备条件;引接在贯通线路、环网线路、其他双端供电线路的变电所,由于均属于双向供电线路,则等效具备双回电源线路条件;架空线路因便于快速修复,故当为专用线路时,可为一回。
4.1.6在二级负荷中,为一级负荷的通信、信号、防灾机房配置的专用空调在具备双重电力电源条件时,宜采用双重电源供电。
【条文说明】
本条是在能充分利用自然供电条件的前提下,为进一步保障重要电子信息设备运行环境而制定的。
需注意不具备便利双重电源条件时,是不宜通过额外大量增加电力系统投资满足这一要求的。
4.1.7三级负荷可由一路电源供电。
4.2电源及电压选择
4.2.1铁路供配电系统的电源可采用外部电源、电力牵引供电电源、自备电源,应优先采用外部电源。
【条文说明】
优先采用外部电源既可以提供更加充裕的供电能力,又是社会总体资源配置合理性的需要。
电力牵引供电电源的利用目前受制于投资渠道和电网公司的政策性限制,在非技术层面存在一定的应用困难问题,当引取外部电源特别困难时,需采用一事一议的方式解决。
自备电源包括柴油发电机、太阳能发电、风能发电、分布式燃气冷热电三联供发电系统等,这些技术都在铁路工程中有所应用。
因此,铁路供配电系统的电源的种类已具备多样性,因地制宜选取更合适的电源成为可能。
4.2.2电气化铁路的供配电系统电源可利用电力牵引供电电源,并应符合下列规定:
1技术经济合理时,可与牵引变电所共用一次侧电源。
2当所在地区偏僻、电源匮乏,技术经济合理时,可在牵引变电所二次侧设配电变压器取得电源,且其输出的电源质量应满足用电设备需求。
3当难以就近取得外部电源或电力牵引供电电源,且在不危害牵引供电系统运行安全时,可由接触网接引电源,并应满足用电设备对电源质量的要求。
【条文说明】
利用牵引变电所的一次侧电源,主要需注意两方面的问题:
一是当电力变压器容量较小时,由于牵引供电电源的一次侧至少是110kV,则电力变压器的一次电流过小,对保护整定和保护的准确动作不利;二是牵引供电电源与电力外部电源的投资渠道和建设模式通常不同,利用牵引供电一次侧电源可能不会被供电方所允许。
根据工程实践,电力牵引的二次供电电源(包括由接触网接引的情况)电压波动大、谐波含量高,使用该电源会对用电设备带来不利影响。
虽然电源净化装置能有效改善电源质量,但其投资高,容量大时质量不够稳定,运行经验少。
较好的解决办法是分类使用,对电源质量敏感的中小容量用电设备通过电源净化处理后供电,其他设备(例如道岔融雪装置)经变压器直供。
由接触网接引电源,还需要考虑相关企业运营管理的规定,将确保安全作为实施的前提。
4.2.3满足下列条件之一时,可设置铁路自备电源:
1无可利用的外部电源,或利用外部电源技术经济性极不合理,且电力牵引供电电源不具备利用条件。
2需要设置后备电源系统。
4.2.4自备电源可采用光伏发电系统、风力发电系统、柴油发电站或利用分布式能源系统。
【条文说明】
“分布式能源系统”是设置在用户端,以资源、环境效益最大化为原则对能源加以梯级利用的系统,目前在铁路的应用主要有冷热电联供系统。
4.2.5光伏发电系统、风力发电系统的储能装置设计应符合下列规定:
1作为主、备电源时和离网型系统,应设置储能装置。
2并网型系统,发电量大于稳定持续负荷量且不允许向公网逆流时,应设置储能装置。
4.2.6柴油发电站的设计应符合系统简单、运行可靠、维护管理方便、安全环保的原则。
当柴油发电站作为主、备电源时,应采用离网型;当用于实现系统不间断供电时,可采用并网型。
【条文说明】
柴油发电站与外部电源并网时,对电网存在一定的安全和可靠性的影响,故一般采用与外电切换的方式为设备供电。
柴油发电机必须经过一定的启动时间后,才能开始稳定供电,这样当用其实现不间断供电时,就需要提前并入电网,同步运行。
4.2.7并网型自备电源的机组配置、结线、并网方式、保护和自动化配置,应综合考虑潮流影响、建设和营运模式、国家和地方的相关规定等因素确定。
【条文说明】
当用户自备发电系统并入公网时,将对公网和内部配电网同时带来一系列的技术影响。
其中有些影响甚至是涉及电力网络可靠性和安全性的,各地因此对其有不同的规定。
故设置该类型的系统不仅需要考虑技术因素,还要考虑政策因素,通过综合研究方能确定设计方案。
4.2.8向一级负荷和电力贯通线路供电的铁路双电源10(20、6)kV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。
其它变、配电所应有一路可靠电源,有条件时宜有两路电源。
【条文说明】
专盘专线电源因不受其他用户影响,能进一步提高铁路配电所的供电可靠性,有条件时是优先考虑的设计方案。
但由于我国地域广阔,情况复杂,各地供电条件不同,并不能保证各供电点均能获得专盘专线电源,故不作硬性规定。
电力贯通线路由于是双向互备的供电形式,故要求相邻两配电所的电源之间符合双重电源条件。
当其中至少一个配电所为双重电源时,能提高相邻区间的供电可靠性。
4.2.9动车段(所)应采用两路高压电源供电。
4.2.10特大型旅客站房应设置应急备用发电机组。
4.2.11具有两路电源的变、配电所,每路电源宜保证全部负荷供电。
如供电条件确有困难,当一路电源停电时,另一路电源应保证一级和二级负荷供电。
【条文说明】
对铁路变、配电所而言,负荷的分散性造成了三级负荷不容易集中切除这种状况,调度过程相对复杂,故每路电源能满足全部负荷供电是更为理想的目标。
4.2.12双重电源应符合下列规定:
1来自不同变电站,即两路电源之间无联系,其中一路电源发生故障时,另一路电源应能继续工作。
2来自同一变电站的不同母线,即两路电源之间有联系,但发生故障时,两路电源应不致同时受到损坏。
【条文说明】
根据《供配电系统设计规范》GB50052-2009制定。
4.2.13供配电系统的设计,应按一个电源系统检修或故障的同时,另一电源不发生故障进行设计。
【条文说明】
根据《供配电系统设计规范》制定GB50052-2009。
绝对的可靠意味着投资的无限增大,工程建设亦不能无视经济效益,故不应按电源故障叠加考虑设计方案。
4.2.14下列电源可作为后备电源:
1独立于正常电源的发电机组。
2供电网络中独立于正常电源的专用的馈电线路。
3蓄电池。
4独立于正常电源的其他电源。
【条文说明】
2供电网络中独立于正常电源的专用的馈电线路是指保证不与正常电源同时中断供电的线路,且只做应急之用,不同时负担其他负荷。
3将蓄电池用作后备电源,比较通常的做法是设置以电池为核心的成套设备,如符合《逆变应急电源》GB/T21225的逆变应急电源(EPS)或符合《不间断电源设备》GB/T7260的不间断电源设备(UPS)。
4独立于正常电源的其他电源常见的主要有用户建设的太阳能发电设备、热电联产设备等。
4.2.15后备电源与正常电源之间应采取防止并列运行的措施。
当有特殊要求,后备电源向正常电源转换需短暂并列运行时,应采取安全运行的措施。
4.2.16铁路供配电系统电源电压应根据用电容量、电源线路长度、当地公共电网现状及其发展规划等因素,经技术经济比较确定,宜采用10(20、6)kV电源;铁路枢纽、特大型客站、段等负荷高度集中的地区,或电源线路较长,或变压器安装容量较大,经技术经济比较合理时,宜采用35kV及以上电压的电源。
【条文说明】
目前铁路绝大部分外部电源采用的是10kV电源,具有投资较小,容易接取的优点,但电源线路过长的情况也比较常见。
这时如果负荷又相对较大,往往供电能力受到限制,供电质量及可靠性也相对较差。
这种情况下,采用35kV或以上电源,将能有效提高供电能力,且电价较低,可节约运营成本,具有较大的发展空间。
变压器安装容量过大时,采用35kV及以上等级的铁路变电所,既能解决工程需要,又留下了一定的发展空间。
此外,部分地区正以20kV系统逐步代替10kV系统。
因此,铁路供配电系统根据外部电源情况,亦可接引20kV电源等级。
4.2.17铁路供配电系统一级配电电压宜采用10(20、6)kV,当技术经济合理时可采用35kV。
【条文说明】
采用10(20、6)kV配电电压技术经济比高,相关设备成熟,运行经验多,故应优先采用。
配电线路(如贯通线)过长,是偏远地区铁路会遇到的问题。
例如铁路通过亘长过百公里的沙漠、大山区、无人区等地段,沿线均无取得外部电源的条件,而区间又有均布的用电负荷,需要设置贯通线等纵向配电干线进行供电时,受10(20、6)kV配电系统的供电能力限制,采用35kV线路通常在技术上能满足用电需要,经济上相对合理,故是个可行的解决方案。
4.2.18当供电电压为35kV或电力贯通线路电压为35kV时,为用电负荷供电的变压器可采用35kV直接降至220/380V或与其他用电设备额定输入电压相适应的电压等级的方式。
4.3系统配置
4.3.1铁路供配电系统由外部电源线路,变、配电所,高压配电电力线路和低压配电系统等构成。
4.3.2由铁路10kV配电所供电的变压器最大安装容量不宜超过15MVA。
【条文说明】
通常各地电力部门对用户引入的10kV外部电源都有容量的限制,常见的在5000kVA~10000kVA不等,个别情况下允许超过10000kVA,故本条要求铁路10kV配电所供电的变压器最大安装容量不宜超过15MVA。
20kV的电源尚不普遍,未形成容量限制的经验数据,故不作规定。
4.3.3铁路沿线宜设置电力贯通线路,做为沿线与行车直接有关的用电负荷的主(备)供电源,当供电能力允许时,可对难以取得外部电源的其它用电负荷供电。
4.3.4双线铁路自动闭塞区段应设置双回电力贯通线路。
其中一级负荷电力贯通线路主要应作为通信、信号等重要一级负荷设备的主供电源及沿线其它一、二级用电负荷的备用电源,综合负荷电力贯通线路主要为沿线其他中小负荷供电,并兼作重要一级负荷的备用电源。
【条文说明】
双线铁路自动闭塞区段包括高速铁路。
根据铁路工程建设的发展和实际运行情况,电力贯通线路供电对象已不再严格按照是否为信号设备供电进行划分,但一级负荷电力贯通线路原则上作为通信、信号设备的主用电源。
铁路沿线区间常见负荷大多只有几十千瓦,部分可达到一百千瓦左右,例如通信、信号、防灾及其辅助设备,隧道照明设备,较短隧道的通风设备,接触网开关设备,警务区和岗亭等,这类负荷都属于中小负荷。
4.3.5车站站房、隧道等大负荷采用集中供电方式技术经济合理时,可采用在沿线设置双环网线路的方式供电。
【条文说明】
有的城际铁路车站间距短,对车站采用集中供电可能是个合理的选择。
这种情况下,区间供电负荷都比较大,区间馈线采用设置调压器且正常情况下单端向全区段供电的贯通线路可能不合理,故可以采用双环网线路这种形式。
环网线路正常情况下,由两端变、配电所同时向区段中间供电,在区间中部合适位置设置环网开关形成断开
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