摘要：电力工程是铁路运输系统的重要组成部分，能够为系统的正常运行提供必需的电力资源，促使各种设备正常运行，不断提升运输服务水平。本文首先概述了铁路电力工程的特点和设计原则，然后分析了电力工程的能耗环节，最后阐述了节能减排技术和措施，以供参考。
关键词：铁路；电力工程；能耗；节能减排；技术
相关数据调查显示，在电力系统中，配电网电能损耗占比在60%以上，随着电力负荷的增加，电能损耗也在随之增加，造成严重的资源浪费现象。铁路电力工程中的能耗环节较多，增加了运输成本，成为一项管理难点。以下对此进行深入探讨，以期促进节能减排工作的进行。
1、铁路电力工程概述
铁路电力工程指的是根据铁路专业的用电需求，为所有的用电设备和场所提供电力资源，从而保证电压、频率、谐波、功率因数等指标，均满足电能质量的要求。具体来说，主要包括以下几个部分：电源和线路、配电所、配电线路、变电站、低压配电系统等。分析铁路电力工程的特点，体现在点多线长、负荷分布广但容量小，主要分布在编组站、大型客站、车站等；其中分布最广且最重要的是通信、信号等设备。之所以重要，是因为需要保证行车安全性和通畅性，因此对于供电可靠性的要求高，在工程施工期间应该作为一项重点。具体到供电方案的设计，应该根据铁路沿线的电源情况而定，同时参考容量、区间负荷等级等指标。一般情况下，双电源配电所的间距控制在40-60km之间，每一个配电所都要设置1-2路贯通线。而在客运专线中，基本每个车站都配备一个双电源配电所，供电用于本车站和区间贯通线。
在当前的铁路运输背景下，电力工程的设计应该遵循以下原则：第一，技术创新原则。技术创新是整个电力行业的发展趋势，例如电气自动化、智能化技术，能够提高铁路运输效率，减少运营和维护成本，从而获得经济效益和社会效益的最大化；而四电集成技术的应用，能够提高电力工程的技术含量，同时降低成本、缩短工期。第二，安全可靠性原则。供电安全性和可靠性，是电力工程的首要目标，其次是管理方便、维修简单。具体到安全性，要求电气设备的性能安全，配电系统的运行安全，并保证工作人员的人身安全；具体到可靠性，要求各种材料、设备、装置的功能良好，能够降低故障率，延长无故障运行时间。第三，规划最优原则。电力工程施工期间，应该首先对既有的电力进行分析，评估供电范围、设备、能力等指标，针对可用设备进行改造、扩容等，在维护业主利益的同时，获得最大的经济收益。要想实现这一目标，应该对设计、施工、制造、安装、运行进行统一规划，保证投资最少、效果最好。第四，节能环保原则。细化到每一个施工环节和工序，都应该考虑优化措施，既保证性价比最高，又满足节能环保的要求，尤其是优先利用节能变压器、节能灯具、节能技术等，并降低电磁干扰、噪声等带来的负面影响。
2、我国铁路电力工程的能耗分析
在铁路电力工程中，造成能耗的环节较多，主要包括外部电源线路损耗、变压器空载损耗或欠载损耗、贯通线路损耗、用电设备因功率因数低造成的损耗、机电设备运行损耗、功能照明系统损耗、元器件运行损耗等。以下从变压器、供配电线路、照明系统三个方面，具体介绍能耗情况。
2.1 变压器
第一，有功功率损耗，主要包括铁损和铜损两个部分。其中铁损就是空载损耗，损耗值和铁芯材料相关，和电力负荷无关。铜损就是负荷损耗，是变压器负荷电流在电阻（一次绕组、二次绕组）中产生的，损耗值和负荷电流的平方呈现正比关系。如果负载电流为额定值，此时铜损也被称为短路损耗，因此有功功率损耗（P）计算公式如下：
P=P0+2βPk，β=Sj/Se （公式1）
式中，P0为空载损耗（KW），Pk为短路损耗（KW），β为负载率（%），Sj、Se分别为变压器的计算负荷（KVA）、额定容量（KVA）。
第二，无功功率损耗，也包括两个部分：一部分是励磁电流产生的损耗，将其记为Q0，数值大小和铁芯有关，和负荷无关；另一部分是负荷电流在一次绕组、二次绕组上产生的无功功率损耗，将其记为Qk，数值大小和负荷电流的平方呈现正比关系。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆无功功率损耗（Q）计算公式如下：
Q=Q0+2βQk （公式2）
2.2 供配电线路
在三相电路中，有功功率损耗（Pl）、无功功率损耗（Ql）的大小，和导线材质、截面、电阻、电抗、导线电流、输送负荷功率因数等相关，计算公式如下：
Pl=32IcR10-3=（P2/U2cos2Ф）R10-3 （公式3）
Ql=32IcX10-3 （公式4）
式中，Ic为线电流（A），R为每相线路电阻（Ω），X为每相线路电抗（Ω），P2为线路输送有功功率（KW），U2为线电压（V），cosФ为功率因素。
2.3 照明系统
第一，布置方式。灯具的布置主要包括矩形、菱形、正方形，布置是否合理，是灯具间距（L）和计算高度（H）之间的比值决定的。如果L/H较小，说明照明均匀，但是施工费用高；如果L/H较大，说明照明不均匀。依据照明设计规则，一般将照明均匀度控制在0.6-0.8。
第二，分组控制。在照明设计细则中，对大面积公共场所的照明控制区域作出了明确的规定，在具体实施上，一般50%的照明不细分，另外50%细分为10%、20%、30%等控制单元。按照这种分组控制方式，公共场所内至少有50%的照明是以5%的倍数递增，能耗也是如此。
3、节能减排技术和措施
3.1 使用节能型设备
第一，节电照明设备。以智能照明控制器为例，应用了电磁调压技术，能够对照明系统进行实时跟踪、动态监控，以最佳照明电压为标准，分析输出电压和输入电压，并对其进行自动调整，从而保证电压稳定输出，避免电网电压波动带来的影响，从而延长灯具的使用寿命，安全可靠性提高。
第二，无功补偿设备。以静止补偿器为例，主要包括饱和电抗器、晶闸管开关电容器等，能够对无功发出或吸收，具有响应快的特点，有利于保持电网的稳定性。但实践应用表明，静止补偿器的冷却系统复杂，而且当电力系统处于暂态过程，需要较多的无功补偿，才能够提高系统电压。
第三，滤波设备。以有源滤波器为例，主要作用是补偿无功、抑制谐波，尤其适用在频率、幅度均变化的谐波中。接收补偿电流的指令信号后，经补偿电流放大信号，就能得到补偿电流，和谐波电流、无功电流相互抵消，满足电源电流的需求。但配电系统中存在非线性、大容量的负载，而且变化量较大，就应该选用有源滤波器。
3.2 推广应用新能源
第一，太阳能光伏发电。在铁路客站建设过程中，应用太阳能光伏发电技术，在客站房顶建设光伏发电场，能够满足经济性、功能性的要求，有利于构建节能客站、绿色客站。通过把太阳能转化为电能，可以就地并网，不需要架设输电线路，从而节省相关费用；而且发电过程不会产生噪音或污染，也不会影响到周围人们的工作和生活。
第二，光纤导管照明。光导纤维照明系统的应用，主要是在采光装置下，对室外的自然光线进行聚集，然后倒入系统内部，经过特殊处理后，就能够将光线应用在室内需要光照的地方。其最大的优势是不会受到天气的影响，阴雨天也能够保证室内光线充足，从而大量减少用于照明的电能。
3.3 加强供电方案管理
第一，对供电方案进行优化，尽量保证变配电设备和负荷中心相接近，并减少中间的变电环节，尤其避免迂回供电、近电远送等现象。第二，电缆导线在选择时，应该从合理性、节能性的角度出发，根据电流密度计算导线的截面，尽量增大截面。第三，应用无功补偿装置，提高功率因数和变压器的输电量，从而有效节省电费。针对容量大、功率因素低的设备，优先进行就地补偿。第四，合理选择变压器的容量、数量，将运行负荷控制在40%-80%之间，能够提高经济性。第五，应用能源管理系统，一方面促进电费计量、计划管理编制、动态考核等各项工作顺利进行，另一方面为降损措施的应用提供基础。
结语：
综上所述，电力工程在铁路系统中具有重要作用，设计工作应该遵循技术创新原则、安全可靠性原则、规划最优原则、节能环保原则。分析可知，形成能耗的环节较多，主要包括变压器、供配电线路、照明系统等。
针对于此，节能减排技术和措施可以从以下几点入手：一是使用节能型设备，二是推广应用新能源，三是加强供电方案管理。
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论文作者:万旭
论文发表刊物:《基层建设》2016年31期
论文发表时间:2017/1/18
标签：电流论文; 节能论文; 电力工程论文; 铁路论文; 负荷论文; 系统论文; 设备论文; 《基层建设》2016年31期论文;