夏 炎
(中國(guó)鐵路經(jīng)濟(jì)規(guī)劃研究院,北京 100038)
鐵路電力、牽引供電相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及文件優(yōu)化建議
夏 炎
(中國(guó)鐵路經(jīng)濟(jì)規(guī)劃研究院,北京 100038)
為進(jìn)一步優(yōu)化鐵路電力、牽引供電工程設(shè)計(jì),梳理現(xiàn)行鐵路電力、電力牽引供電工程主要采用的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及文件,主要包括《鐵路電力設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10008—2015)、《鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10009—2016)、《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10621—2014)、《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》(TG/01—2014)等,結(jié)合工程實(shí)踐及調(diào)研情況,本著保證工程質(zhì)量安全、提高技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性的原則,對(duì)其中有關(guān)條文給出優(yōu)化合理建議。
電力;牽引供電;高速鐵路;標(biāo)準(zhǔn);優(yōu)化
進(jìn)入21世紀(jì),我國(guó)鐵路建設(shè)駛上了大規(guī)模、高標(biāo)準(zhǔn)、快速度的發(fā)展道路[1]。截止2016年年底,全國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)里程達(dá)到12.4萬(wàn)km,其中電氣化鐵路里程達(dá)8萬(wàn)km,電氣化率64.5%。電氣化鐵路以其牽引功率大、運(yùn)能大、速度快、污染小等優(yōu)點(diǎn),成為現(xiàn)代化鐵路建設(shè)的首選方案。電氣化鐵路的飛速建設(shè)發(fā)展離不開(kāi)鐵路工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的支撐,目前已形成針對(duì)鐵路電力工程、電力牽引供電工程等全面系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)體系,為我國(guó)高速鐵路建設(shè)和中國(guó)鐵路“走出去”提供了強(qiáng)有力的技術(shù)保障和支持[2-4]。為進(jìn)一步提升鐵路工程建設(shè)質(zhì)量、保障安全、提高技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性,梳理目前主要使用的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及文件具有指導(dǎo)意義。
目前指導(dǎo)鐵路電力、電力牽引供電工程設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)主要有《鐵路電力設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10008—2015)(以下簡(jiǎn)稱“電力設(shè)規(guī)”)、《鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10009—2016)(以下簡(jiǎn)稱“電牽設(shè)規(guī)”)、《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10621—2014)(以下簡(jiǎn)稱“高規(guī)”)。另外,由于大部分鐵路項(xiàng)目都由中國(guó)鐵路總公司主持修建,所以其于2014年發(fā)布的《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》(高速部分、普速部分)(TG/01—2014)(以下簡(jiǎn)稱“技規(guī)”)在實(shí)際應(yīng)用中也起到很重要的作用。
對(duì)這些標(biāo)準(zhǔn)及文件進(jìn)行全面梳理,并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)踐,調(diào)研標(biāo)準(zhǔn)及文件使用情況等,總結(jié)歸納出以下兩方面可以進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化完善。
(1)標(biāo)準(zhǔn)及文件自身可以進(jìn)一步優(yōu)化完善。一是相關(guān)條款規(guī)定可以通過(guò)優(yōu)化,節(jié)省工程投資;二是隨著科研技術(shù)的成熟,一些科研成果可以用于標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化。
(2)標(biāo)準(zhǔn)及文件之間可以進(jìn)一步優(yōu)化完善。不同標(biāo)準(zhǔn)及文件之間可能存在對(duì)同一問(wèn)題規(guī)定不一致的問(wèn)題。通過(guò)優(yōu)化協(xié)調(diào),可進(jìn)一步提高操作性。
第8.3.2條 第3款“……位于區(qū)間、野外的露出地面的電纜2.0 m高范圍內(nèi),除穿管外,還應(yīng)加設(shè)磚砌或混凝土防護(hù)。”[5]
本條款規(guī)定了對(duì)于露出地面的電纜要采取加設(shè)磚砌或混凝土防護(hù)的措施。然而實(shí)際調(diào)研反映,工程中大量電力電源線、貫通線在架空線與電纜相互轉(zhuǎn)換的電桿處,電纜均露出地面。如嚴(yán)格按照本規(guī)范執(zhí)行,增加工程量巨大,難以實(shí)現(xiàn)且實(shí)用性不大?!案咭?guī)”中僅對(duì)上下橋電纜在距地面2 m范圍內(nèi),要求采取磚砌圍樁防護(hù)。“電力設(shè)規(guī)”可參照“高規(guī)”進(jìn)行規(guī)定,可優(yōu)化完善為“高速鐵路、城際鐵路沿橋墩上下橋的電纜在距地面2 m范圍內(nèi),除穿管外,還應(yīng)加設(shè)磚砌圍樁防護(hù)。”
第8.3.3條 “電纜沿鐵路橋梁敷設(shè)時(shí)應(yīng)符合下列規(guī)定:1可采用穿管或沿槽道敷設(shè)。槽道宜結(jié)合人行道合理設(shè)置,槽道內(nèi)應(yīng)鋪裝減振墊……”[5]。
規(guī)范規(guī)定槽道內(nèi)應(yīng)鋪設(shè)減振墊。但工程現(xiàn)場(chǎng)反映鐵路橋梁電纜槽內(nèi)振動(dòng)對(duì)電纜影響有限,且全線橋梁槽道均鋪設(shè)減振墊會(huì)帶來(lái)工程投資增加,特別是對(duì)目前高速鐵路大量“以橋代路”的建設(shè)模式而言。本條款可優(yōu)化完善為“……槽道內(nèi)應(yīng)采取減振措施……”,不指明應(yīng)采用減振墊的形式。
第4.5.7條 “導(dǎo)體和導(dǎo)體、導(dǎo)體和電器的連接應(yīng)符合下列規(guī)定:……2需要斷開(kāi)的接頭及導(dǎo)體和電器端子的連接處,應(yīng)采用螺栓連接……”[6]。
本條款規(guī)定了導(dǎo)體和導(dǎo)體、導(dǎo)體和電器之間連接所采用的方式,應(yīng)采用螺栓連接。但目前實(shí)際工程中,導(dǎo)體與導(dǎo)體間,特別是電纜之間多采用壓接方式。壓接方式施工起來(lái)更為方便可靠。導(dǎo)體與設(shè)備電氣端子的連接依舊應(yīng)采用螺栓連接。因此,可優(yōu)化完善為“……需要斷開(kāi)的接頭及導(dǎo)線和電氣設(shè)備端子的連接處,可采用螺栓連接或壓接……”。
第4.7.1條 第3款“……主變壓器的主保護(hù)裝置與后備保護(hù)裝置應(yīng)獨(dú)立設(shè)置……”[6];第4.7.6條第3款“……220 kV及以上變壓器宜采用雙重化保護(hù)配置……”[6]。
第一個(gè)條款規(guī)定了主變壓器的主、后保護(hù)裝置應(yīng)獨(dú)立設(shè)置,第二個(gè)條款規(guī)定了220 kV及以上變壓器采用雙重化保護(hù)。這兩個(gè)條款放在一起,容易混淆理解為220 kV及以上變壓器要配置4臺(tái)保護(hù)裝置,兩主兩后。而《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》(GB/T14285—2006)中第4.1.12條第1款規(guī)定:“宜將被保護(hù)設(shè)備或線路的主保護(hù)(包括縱、橫聯(lián)保護(hù)等)及后備保護(hù)綜合在一整套裝置內(nèi)……對(duì)僅配置一套主保護(hù)的設(shè)備,應(yīng)采用主保護(hù)與后備保護(hù)相互獨(dú)立的裝置”[7]。實(shí)際中,對(duì)于220 kV及以上變壓器,采用主后一體化保護(hù)裝置,不僅也能滿足保護(hù)要求,同時(shí)還可以減少保護(hù)裝置數(shù)量,節(jié)省投資。因此,為避免造成混淆,這兩條條款可以合起來(lái)優(yōu)化完善為一條條款:“采用雙重化配置的主變壓器保護(hù)裝置可采用主后一體化保護(hù)裝置,采用單套配置的主變壓器的主保護(hù)裝置與后備保護(hù)裝置應(yīng)獨(dú)立設(shè)置”。
第11.3.19條 “27.5 kV專用電纜金屬屏蔽層與金屬保護(hù)層應(yīng)分開(kāi)接地……2采用單點(diǎn)直接接地方式時(shí),另一端宜設(shè)置保護(hù)層電壓限制器。”[8]
本條款首先規(guī)定了27.5 kV專用電纜的屏蔽層和保護(hù)層應(yīng)分開(kāi)接地,隨后又規(guī)定單點(diǎn)接地時(shí),要設(shè)置護(hù)層保護(hù)器。這樣可以理解為屏蔽層和保護(hù)層需分別設(shè)置一個(gè)護(hù)層保護(hù)器。然而,鐵路總公司科研課題《高速鐵路牽引供電27.5 kV單芯電纜敷設(shè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)研究》研究結(jié)論表明,27.5 kV專用電纜屏蔽層和保護(hù)層可共設(shè)護(hù)層保護(hù)器,使用一個(gè)護(hù)層保護(hù)器就能滿足功能及安全需求。如此可減少一半護(hù)層保護(hù)器數(shù)量,節(jié)省工程投資。所以,本條款可優(yōu)化完善為“27.5 kV電纜金屬屏蔽層與保護(hù)層宜采用單點(diǎn)直接接地方式,一端接地,另一端宜設(shè)置護(hù)層電壓限制器。屏蔽層和鎧裝層可共設(shè)護(hù)層保護(hù)器”。
第11.5.5條 “接觸網(wǎng)供電分段設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列規(guī)定:1……在車站兩端、正線區(qū)間每隔10~15 km處、AT供電方式下靠近AT所附近、長(zhǎng)度大于1 km隧道的出入口、長(zhǎng)度大于5 km隧道內(nèi)宜設(shè)置絕緣錨段關(guān)節(jié)及電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān),并納入遠(yuǎn)動(dòng)……”[8]。
本條款本意是在一定區(qū)段范圍內(nèi)設(shè)置電分段,縮小事故、維修范圍,以及規(guī)定隧道的防災(zāi)救援要求。其中對(duì)于隧道,規(guī)定當(dāng)長(zhǎng)度大于1 km時(shí),即在其出入口設(shè)置絕緣錨段關(guān)節(jié)及隔離開(kāi)關(guān)。這條在實(shí)際執(zhí)行過(guò)程中,對(duì)于隧道眾多的山區(qū)鐵路,會(huì)引起大量錨段關(guān)節(jié)及隔離開(kāi)關(guān)的設(shè)置,既不必要又帶來(lái)巨大的運(yùn)營(yíng)維護(hù)工作。在維持原意的基礎(chǔ)上,可對(duì)其說(shuō)法進(jìn)行優(yōu)化完善,可規(guī)定為:
“高速鐵路宜在下列地段設(shè)置絕緣錨段關(guān)節(jié),并滿足至少半個(gè)供電臂停電要求:
(1)車站兩端;
(2)供電臂中部或AT所附近;
(3)特長(zhǎng)隧道、長(zhǎng)隧道、隧道群區(qū)段兩端;
(4)隧道或隧道群長(zhǎng)度大于5 km時(shí)可每隔5 km設(shè)置;
注:以上(2)、(3)、(4)項(xiàng)的絕緣錨段關(guān)節(jié)可結(jié)合線路工況合并設(shè)置?!?/p>
第12.2.7條 “車站及區(qū)間通信、信號(hào)等與行車有關(guān)的一級(jí)負(fù)荷應(yīng)由電力一級(jí)負(fù)荷、綜合負(fù)荷貫通線路提供兩路相互獨(dú)立的電源供電……有條件時(shí),車站信號(hào)負(fù)荷可由車站綜合變壓器低壓側(cè)另接引第三路備用電源。遠(yuǎn)離貫通線路的通信信號(hào)一級(jí)負(fù)荷可采用三路相互獨(dú)立的電源供電……”[8]
本條款規(guī)定車站信號(hào)負(fù)荷、遠(yuǎn)離貫通線的通信信號(hào)負(fù)荷除了原有的雙電力貫通線供電外,在有條件時(shí),再接第三路電源作為備用。引接第三路電源必要性不高,本身一級(jí)負(fù)荷已經(jīng)有兩路貫通線互作備用進(jìn)行供電,可靠性較高。強(qiáng)行引入第三路電源,不僅會(huì)造成系統(tǒng)接線復(fù)雜,同時(shí)增加設(shè)備故障率,綜合效果反而下降。作為優(yōu)化完善,可以將此規(guī)定刪除,具體項(xiàng)目進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。
“高規(guī)”第12.2.4條 “……配電變壓器裝機(jī)容量近期達(dá)10 MV·A以上、經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較合理時(shí),宜采用35 kV及以上電壓等級(jí)的地區(qū)變配電所進(jìn)行集中供電?!盵8]
“電力設(shè)規(guī)”第4.3.2條 “由鐵路10 kV配電所供電的變壓器最大安裝容量不宜超過(guò)15 MV·A?!盵5]
2本規(guī)范從不同的出發(fā)點(diǎn),對(duì)配電所電壓等級(jí)與其變壓器最大安裝容量的對(duì)應(yīng)關(guān)系作出了規(guī)定。按照“高規(guī)”規(guī)定,10 MV·A以上變壓器采用35 kV及以上電壓等級(jí)電源供電,反過(guò)來(lái)可以理解為10 MV·A及以下變壓器采用35 kV以下,即10 kV電壓等級(jí)對(duì)其進(jìn)行用電。而“電力設(shè)規(guī)”規(guī)定,10 kV電壓等級(jí)電源對(duì)應(yīng)最大變壓器安裝容量可達(dá)15 MV·A。2條規(guī)定分別從不同角度出發(fā),規(guī)定的變壓器容量范圍有交叉,容易造成混淆,使用時(shí)帶來(lái)苦難。為減少歧義,建議兩本規(guī)范相協(xié)調(diào),對(duì)同樣電壓等級(jí)供電的變壓器最大安裝容量規(guī)定同一個(gè)數(shù)值。
“技規(guī)”(高速部分)第184條 “35 kV及以下的電線路(包括通信線路、廣播電視線路等)不得跨越接觸網(wǎng),應(yīng)由地下穿過(guò)鐵路”。[9]
“電力設(shè)規(guī)”表7.7.3架空線路與鐵路交叉或接近的規(guī)定中規(guī)定10 kV及以下架空電力線路不得跨越接觸網(wǎng),35 kV電力線路可以跨越,電力線路距接觸網(wǎng)最上部導(dǎo)體最小距離為3 m。[5]
“技規(guī)”(高速部分)規(guī)定35 kV及以下電力線路不得跨越電氣化鐵路,“電力設(shè)規(guī)”僅規(guī)定10 kV及以下電力線路不得跨越電氣化鐵路。如按“技規(guī)”執(zhí)行,將造成高速鐵路大量35 kV電力線路進(jìn)行遷改,增加投資。經(jīng)調(diào)研測(cè)算,在建高速鐵路35 kV電力線路如需遷改,將增加投資約31億元??紤]到《鐵路安全管理?xiàng)l例》(國(guó)務(wù)院令第639號(hào))無(wú)此項(xiàng)規(guī)定、現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《66 kV及以下架空電力線路設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50061—2010)允許上跨[10],且原鐵道部《轉(zhuǎn)發(fā)國(guó)務(wù)院安全生產(chǎn)委員會(huì)辦公室關(guān)于對(duì)電力線通信線廣播電視線交越和搭掛進(jìn)行安全整治的通知》(辦運(yùn)發(fā)[2003]25號(hào))中僅規(guī)定“在電氣化區(qū)段,嚴(yán)禁10 kV及以下電線路、通信線、廣播電視線交叉跨越和搭接”。建議“技規(guī)”(高速部分)按照“電力設(shè)規(guī)”進(jìn)行修改,允許35 kV電力線路按照有關(guān)規(guī)定進(jìn)行上跨,如此可節(jié)省大量工程投資。
“技規(guī)”(普速部分)第209條 “35 kV及以上電力線路的電桿內(nèi)緣至線路中心的水平距離不小于桿高加3 100 mm。35 kV以下電力線路的電桿內(nèi)緣至線路中心的水平距離不小于3 100 mm”。[11]
“技規(guī)”(高速部分)第183條 “電力線路的電桿內(nèi)緣至線路中心的水平距離不小于桿高加3 100 mm”。[9]
“電力設(shè)規(guī)”表7.7.3架空線路與鐵路交叉或接近的規(guī)定中規(guī)定對(duì)電氣化鐵路,電桿支柱距軌道中心最小距離滿足:10 kV及以下電力線路,路內(nèi)10 m,路外平行時(shí)桿高加3.1 m,交叉時(shí)10 m;35~66 kV電力線路,平行時(shí)桿高加3.1 m,交叉時(shí)30 m;110 kV及以上,桿高加3.1 m,無(wú)法滿足時(shí)雙方協(xié)商確定[5]。
從規(guī)定中就可以看出,“電力設(shè)規(guī)”根據(jù)不同電壓等級(jí)、不同情況進(jìn)行了細(xì)致而又有針對(duì)性的規(guī)定,且與電力行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相符[12],而技規(guī)中則大而全的統(tǒng)一要求要滿足最小距離為桿高加3.1 m的要求。這樣“技規(guī)”在執(zhí)行過(guò)程中遇到了許多困難,特別是對(duì)于高電壓等級(jí)的路外電力線路,塔高極高,此時(shí)要想滿足桿高加3.1 m的規(guī)定非常困難。有些線路甚至要因此進(jìn)行大規(guī)模遷改,投資代價(jià)巨大。建議“技規(guī)”按照“電力設(shè)規(guī)”修改相關(guān)規(guī)定,滿足國(guó)家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求即可,減少不必要的工程投資。
“技規(guī)”(普速部分)第203條、“技規(guī)”(高速部分)第183條規(guī)定“跨越電氣化鐵路的各種建(構(gòu))筑物與帶電部分最小距離,不小于500 mm。”[9,11]
“電牽設(shè)規(guī)”表5.3.2空氣絕緣間隙值中規(guī)定25 kV帶電體距跨線建筑物底部的靜態(tài)間隙正常值(不小于)500 mm,困難值(不小于)300 mm[6]。
關(guān)于跨線建筑物與25 kV帶電體最小距離的要求,“技規(guī)”規(guī)定最小為500 mm,“電牽設(shè)規(guī)”規(guī)定正常時(shí)為500 mm,困難時(shí)為300 mm?!半姞吭O(shè)規(guī)”這樣規(guī)定是考慮到大量既有線情況,如都嚴(yán)格按照500 mm執(zhí)行,將大量增加跨線建筑物建造和遷改投資。且歐洲標(biāo)準(zhǔn)《架空接觸網(wǎng)》(EN50119—2009)中規(guī)定跨線建筑物與25 kV帶電體最小距離僅為270 mm[13-14]。建議“技規(guī)”按照“電牽設(shè)規(guī)”進(jìn)行修改,以適用于更多工況,減少不必要投資。
鐵路電力、牽引供電工程設(shè)計(jì)是施工、驗(yàn)收的源頭,相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及文件又是這源頭制定的依據(jù)[15]。雖然經(jīng)過(guò)多年電氣化鐵路的建設(shè),積累了大量工程經(jīng)驗(yàn),但標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)文件中依然有可以進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化完善的地方。通過(guò)對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及文件進(jìn)行全面系統(tǒng)的梳理整理,對(duì)有關(guān)問(wèn)題提出優(yōu)化完善建議,有助于進(jìn)一步提高工程設(shè)計(jì)質(zhì)量及其安全性和經(jīng)濟(jì)性。
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Optimization Recommendations for Related Standards and Official Documents of Railway Electric Power and Traction Power Supply
XIA Yan
(China Railway Economic and Planning Research Institute, Beijing 100038, China)
In order to further improve the design of railway electric power and traction power supply, this article sorts out the related design standards and official documents of railway electric power and traction power supply, mainly including Code for Design of Railway Electric Power (TB10008—2015), Code for Design of Railway Traction Power Supply (TB10009—2016), Code for Design of High Speed Railway (TB10621—2016) and Railway Technology and Management Specification (TG/01—2014). And based on the engineering practices, optimization recommendations are proposed to improve relevant clauses in the above codes for better project quality and technical and economical benefit.
Electric power; Traction power supply; High speed railway; Standard; Optimization
1004-2954(2018)01-0123-04
2017-05-09;
2017-06-19
夏 炎(1989—),男,工程師,2014年畢業(yè)于北京交通大學(xué)電氣工程專業(yè),工學(xué)碩士,主要從事鐵路電力、電力牽引供電標(biāo)準(zhǔn)管理及其他標(biāo)準(zhǔn)化工作,E-mail:15120074099@163.com。
U223
A
10.13238/j.issn.1004-2954.201705090001