刘彬彬

(中铁第四勘察设计院集团有限公司电化处， 武汉 430063)

0 引言

西芒杜矿山铁路位于非洲几内亚共和国境内，起于大西洋海滨的卡巴卡港口，途经弗雷卡迪亚、金迪亚、马木、法拉纳、康康、麻省塔等六省至西芒杜矿山区，正线长620.58km[1-2]。该线路为单线铁路，采用内燃机车牵引，主要承担西芒杜矿山的铁矿石运输。由于该铁路是非电气化铁路，建设标准较低，同时，当地电力设施落后，给全线负荷供电方案的设计带来了很大困难。在充分调研铁路沿线供电条件后，对几内亚西芒杜矿山铁路的供电方案展开设计。

1 铁路负荷分布与容量计算

西芒杜矿山铁路主要的用电需求集中在港口、矿山、Faranah、隧道、中间会让站和客运站等，另外有一些沿区间分散的小供电点，主要包括区间通信基站及直放站、信号中继站等。计算负荷如表1所示，其中：(1)照明负荷包括室内照明、室外照明和隧道照明等。(2)全线共设有15座货运站，分别为港口站、矿山站和区间13座会让站，其中一座中间会让站与Faranah综合维修工区合并供电。(3)全线共设有5座客运站。(4)全线共设有49座通信基站、8座红外轴温探测站、6座隧道守护房屋。其中4座隧道守护房屋位于西马木隧道和东马木隧道进出口，与隧道照明、隧道运营通风合并供电。另外2座通信基站与附近隧道守护房屋合并供电。8座通信基站和红外轴温探测站合并供电。剩余39座通信基站独立供电。(5)全线共设有26座临时营地，其中有12座将会被改造为永久营地。营地负荷计算指标为2kW/人。负荷需要系数分别为：机械设备0.45；暖通和给排水设备0.75；照明0.85；通信、信号、信息设备0.9。

2 既有电源情况及供电原则

2.1 既有电源情况

根据前期电源调查的基础数据，港口建设工程将在港口新建一座发电站，能够为港口铁路用电设施提供一路可靠外部电源；矿山有既有发电厂，能够为矿山地区铁路用电设施提供一路可靠外部电源。而对于铁路区间分散的小供电点，均无法接引外部电源。而全线又不考虑架设电力贯通线，故区间负荷只能考虑离网发供电方案。

计算负荷/kW 表1

2.2 供电原则

铁路全线供电负荷主要包括沿线各车站的通信、信号、信息、机械设备、给排水、空调通风、室内外照明等动力照明负荷。其中，与行车相关的通信、信号、信息负荷为一级负荷；机房专用空调、消防负荷、给排水设备、站场照明等为二级负荷；其余为三级负荷。对一级负荷和重要的二级负荷提供两路独立电源供电，其余负荷提供一路可靠电源供电[3-5]。

3 供电方案

3.1 港口供电方案

在港口站新建33kV配电所，规模为一进六出，电源由港口发电站接引。在港口维修工区、机车养护车间、道路养护车间和新增机械厂房附近各设置1座33/0.4kV箱式变电站，由港口配电所采用放射方式供电，4座箱式变电站的容量分别为1 250kVA、1 250kVA、630kVA和630kVA，供电线路采用全电缆线路。在4座箱式变电站附近设置备用400V柴油发电机作为港口一级负荷和部分二级负荷的后备电源，发电机容量按箱式变电站容量的20%设计，发电机备用方式为热备用，储油量按2天设计。

在港口控制中心配备UPS电源以满足一级重要负荷的用电需求，UPS的最小工作时间为8h，另设置1台容量为20kVA的控制中心专用400V柴油发电机，作为二次备用以防止主用电源停电时间超过8h的同时备用柴油发电机故障，发电机备用方式为热备用，储油量按2天设计[6]。

3.2 矿山供电方案

在矿山通信、信号负荷附近配置预制的400V配电室，内设1台70kVA的400V柴油发电机作为通信、信号负荷的后备电源，其主用电源由矿山发电站接引。发电机备用方式为热备用，发电机储油量按2天设计。

3.3 离网供电方案

3.3.1 区间通信基站和会让站离网供电方案

全线共设区间通信基站49处(不含隧道)，为一级负荷，需要提供2路电源。由于铁路沿线人烟稀少，采用柴油发电机作为主用电源存在道路养护难和运输成本高的问题，且环保性差，考虑到用电容量较小且当地日照条件良好，故在每个区间通信点建设小型太阳能发电站作为主用电源，但太阳能发电也存在可靠性较低的缺点。为了弥补太阳能发电供电可靠性的不足，采用大容量电池板存储电能以提高供电可靠性，太阳能电池板存储电能的最低要求为连续7天阴雨天气保证电能的可靠供应。同时配备一台400V柴油发电机作为后备电源，柴油发电机备用方式为热备用，发电机储油量按7天设计。具体设计方案为：(1)39座通信基站独立供电，采用12kW太阳能发电站作为主用电源，配备一台1×15kVA柴油发电机作为后备电源；(2)8座通信基站和红外轴温探测站合并供电，采用15kW太阳能发电站作为主用电源，配备一台1×20kVA柴油发电机作为后备电源；(3)2座通信基站与附近隧道守护房屋合并供电，采用18kW太阳能发电站作为主用电源，配备一台1×25kVA柴油发电机作为后备电源。

区间有12个会让站单独供电，各会让站主要用电负荷为通信、信号设备，用电量约为20kW，为一级负荷，需要提供2路电源。在各会让站建设容量为25kW的小型太阳能发电站作为主用电源，太阳能电池板存储电能的最低要求为连续7天阴雨天气保证电能的可靠供应。同时配备一台容量为40kVA的400V柴油发电机作为后备电源，柴油发电机备用方式为热备用，发电机储油量按7天设计。

3.3.2 隧道供电方案

西马木隧道和东马木隧道的供电示意图如图1～2所示。在西马木隧道和东马木隧道的大里程端附近各新建一座6.6kV配电所，规模为一进两出。由于供电距离较长，配电所内增设无功补偿装置。

隧道内每隔3km设置一个电力洞室，内设6.6/0.4kV箱式变电站，用于隧道通风风机、隧道通信、检修设备用电以及隧道照明和洞室内照明等供电。在隧道两端各设一台室外6.6/0.4kV箱式变电站，用于隧道通信、检修、排水设备用电以及隧道照明和隧道看守房屋等供电。为提高供电可靠性，从6.6kV配电所至各6.6/0.4kV箱式变电站采用环网供电。

在西马木隧道和东马木隧道的大里程端6.6kV配电所设置6.6kV高压柴油发电机组，作为6.6kV配电所的主、备用电源。西马木隧道设置4台柴油发电机，3用1备；东马木隧道设置6台柴油发电机，5用1备。单台发电机容量为550kVA，备用方式为热备用，发电机储油量按4天设计。

图1 西马木隧道供电示意图

图2 东马木隧道供电示意图

全线电源分布 表2

3.3.3 Faranah供电方案

Faranah设有维修工区，第一阶段的计算负荷为209.3kW，用电量较大而且无法外部取电。故采用400V柴油发电机作为电源，主用柴油发电机容量为400kVA，备用柴油发电机容量为150kVA，发电机储油量按7天设计。

3.3.4 客运站供电方案

全线共设5个客运站，每个客运站的用电量按70kW设计(预留部分容量)。若采用太阳能发电需要面积约为700m2的场地用于布置太阳能电池板，方案难以实施，故采用400V柴油发电机作为主备用电源，设置2台柴油发电机，1用1备，单台发电机容量为100kVA，备用方式为热备用，发电机储油量按7天设计。

3.3.5 营地供电方案

对于临时营地，设置一台400V柴油发电机作为主用电源。对于永临结合营地，设置多台400V柴油发电机分别作为永久负荷和临时负荷的主用电源。主用柴油发电机容量根据各营地实际用电负荷选择。营地备用柴油发电机统一按25kVA配置，作为通信、信号负荷的后备电源。

3.3.6 全线电源分布

全线电源分布情况如表3所示。

4 与国内铁路供电方案差异比较

4.1 外部电源差异

4.1.1 电压等级差异

国内电网中压电压等级一般为10kV，低压电压等级一般为380/220V，而国外电压等级种类很多，有33kV、6.6kV等，给线缆选型和变配电系统设计带来一定的困难。

4.1.2 供电电源差异

国内主备用供电电源均接引自地方城市电网，地方城市电网属坚强电网，电源较为集中，属单机无穷大系统，电能质量和供电可靠性较高，部分重要一级负荷配备专用柴油发电机作为第三路电源；国外电网规模很小，而且供电可靠性较低，从电网获取铁路用电较为困难，一般采用柴油发电机作为主备用电源，部分小的供电负荷也可采用新能源(太阳能发电、风力发电等)发电作为主用电源，柴油发电机作为备用电源。这种供电模式容易造成环境污染，同时供电可靠性不高，而且有很高的运营管理成本。

4.2 设计标准差异

国内外供电设计标准在变压器选型计算、防雷接地、建筑物不同场所的照度要求等方面均存在不同程度的差异，应结合当地具体规范优化设计。同时，国内供电设计标准对设计内容基本都进行了较为详细的规定，供电设计规范较多，而且很多是强条，设计灵活性相对很小。而国外供电设计标准规定较为灵活，需要设计人员结合具体项目、具体情况选择合适的供电方案，对设计人员提出了更高的要求。

4.3 供电方案差异

国内铁路沿线建设一级负荷贯通线和综合负荷贯通线给铁路区间用电负荷供电，贯通线供电电源接引自区间配电所，铁路站房和工区等用电负荷就近从配电所或地方城市电网接取可靠电源；国外单线重载铁路区间负荷较少，故不架设贯通线，区间、车站和工区负荷均采用分布式柴油发电机供电。

5 结束语