摘要：文章以肯尼亚内罗毕市域铁路的负荷特点及肯尼亚电网现状为基础，对分散供电、集中供电和组合供电三种不同的电力供电方案进行了技术经济分析，推荐肯尼亚市域铁路采用单贯通线+柴油发电机的组合供电方案，该方案能够满足市域铁路的用电负荷需求，且经济上较合理。
关键词：肯尼亚市域铁路；电力供电方案；对比分析
引言
市域铁路亦称区间通勤铁路、区域铁路、市郊铁路，是一种提供市中心商业区及城市郊区的铁路运输系统。肯尼亚市域铁路为19世纪90年代英殖民时期建造，为米轨制铁路。以肯尼亚内罗毕市域铁路为例，此线为内罗毕市中区去往周边JKIA机场、kikuyu、Embakasi Village、Thika等地区的市域铁路，兼顾解决内罗毕市内通勤、通学、通商等居民出行，承担部分城市轨道交通功能。作为现代城市的大型交通基础系统，必须充分保障系统的安全可靠性，尤其是供电安全可靠性保障显得尤为重要，其直接影响到行车的效率。本文以肯尼亚电网现状为基础，通过对市域铁路现有电力供电方案的对比分析提出适合肯尼亚市域铁路的电力供电方案。
1肯尼亚电网现状
肯尼亚的电力供应以水电为主，其次是火电发电和地热发电，全国总装机约2100MW。肯尼亚电力网的电压等级主要有220kV，132kV，66kV、33kV、11kV和415V。肯尼亚电网目前覆盖了全国37%的人口，农村人口电网接入量仅为24%左右，低于全球发展中国家30%的平均水平，此外由于电力供应以水电为主，一旦出现干旱缺水现象，供电量缺口很大。
由于存在供电量缺口巨大的问题，配电线路（33kV、11kV及415V）经常存在拉闸限电的情况，使供电变得非常不可靠。而且部分网络超负荷（尤其是西部和滨海区域的网络），导致电网损耗很大，网络急需升级改造。
2肯尼亚市域铁路用电负荷分布及负荷等级
2.1负荷分布
肯尼亚市域铁路用电负荷主要分布于铁路沿线各车站，肯尼亚铁路公司、客车整备所，内罗毕中心维修工厂车辆段、机务段。用电负荷主要包括通信、信息、信号、给排水、消防、暖通、机务、车辆、机械、室内外照明用电等。
2.2负荷等级
根据铁路电力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，本工程用电负荷可分列为一级负荷、二级负荷和三级负荷。
（1）一级负荷主要包括：肯尼亚铁路公司调度中心的通信、信息、信号设备；内罗毕中心站售票系统设备、视频安防监控系统和安全检测设备。
（2）二级负荷主要包括：车站（除内罗毕中心站外）通信、信息、信号设备，为通信、信号等主要设备配置的专用空调，红外轴温监测系统设备，火灾自动报警系统，消防用电设备，公共区域照明；内罗毕客车整备所，内罗毕中心维修工厂车辆段、机务段以及区间沿线的信号道口设备。
（3）三级负荷为除一、二级负荷以外的其它负荷。
3市域铁路电力供电方案
市域铁路电力供电方案主要包括分散供电、集中供电以及由这两种方式结合产生的组合供电形式。
3.1分散供电方式
（1）地方电源+柴油发电机
全线不设贯通线，各车站就近从地方公共电源接引1路33kV或11kV电源，正常运行时车站内所有用电负荷均由地方线路提供电源，在地方线路出现故障或停电的情况下，由配置的柴油发电机作为车站通信、信号等重要负荷的备用电源供电。该供电方式的特点是：接引外部电源数量多，其供电可靠性由沿线各车站外部电源条件决定。当供给车站的外部电源失电，同时配置的柴油发电机不能及时响应时，整个车站将失去电源，这样将严重影响全线的行车。
3.2集中供电方式
（1）单贯通线供电模式
此种供电模式是指只有一条贯通铁路全线的电力线路，铁路沿线的所有用电负荷电源均由此电力线路提供（如图1所示）。正常运行时每一个供电区间由单独一个配电所供电（如A、B两配电所之间的线路由A所供电），当A所故障或检修时，区间线路可由B所备自投实现供电。当B所备自投失灵，A、B两所区间线路可由C所提供电源，实现跨区供电，为故障区段的一、二级负荷提供临时电源。
图1 单贯通线供电模式示意图
（2）双贯通线供电模式
此种供电模式是指有两条贯通铁路全线的电力线路，铁路沿线的所有用电负荷电源分别由此两条电力线路提供（如图2所示）。从图2中可以看出，在正常运行时，断路器A1、B2闭合，A2、B1打开，A、B两所分别通过一条贯通线对区间的负荷供电。当A、B两所有其中1所故障或检修时，如B所故障停电时通过备自投断路器A2闭合，贯通线全部由A所提供电源。双贯通线供电模式的优点是供电可靠性高，继电保护配置简单，但配电所供电距离为整个区间线路，存在供电距离长，供电能力不足，电压损耗大的缺点。
图2 双贯通线供电模式示意图
3.3组合供电方式
（1）贯通线+柴油发电机
正常工作时铁路沿线的用电负荷由贯通线提供电源，在贯通线出现接地短路等故障状态时由设置的发电机为用电负荷提供后备电源。此供电方式适用于地方电网基础设施建设薄弱的地区和国家。由于柴油发电机可靠性高，启动、并机运行灵活，负荷适应能力强，型号配套齐全，可以长时间地连续供电，运行费用低等特点，很适合作为车站重要负荷的备用电源。但是也有其工作运行时产生大量烟雾，声音相对比较大，结构复杂日常维护工作量大等不足。
（2）贯通线+地方电源
车站的通信、信号、消防、综合调度系统等重要负荷的主用电源由供电可靠性高的贯通线提供，车站的通信、信号、消防、综合调度系统等重要负荷的备用电源以及车站房屋的动力照明、室外照明等其他负荷的电源就近由地方电网进行提供。这样，车站重要负荷供电由两路电源互为备用，提高了供电的可靠性。但车站的非重要负荷供电受地方电源可靠性制约。
4.供电方案对比分析
4.1成本分析
（1）建设成本
以内罗毕市域铁路为例，沿线每座车站设置1台通信、信号专用变压器、1台综合变压器，分别采用以上3种供电方式投资估算比较见表1所示。
通过表1的成本分析显而易见，双贯通线方案投资最多，单贯通线方案投资最省，而接引地方电源方案需要大量引入外部城市电源，存在很高的不可控因素。
表1 各供电方案投资估算对比表
（2）维护成本
上述3种供电方式的维护成本主要是电力工的定期巡线，变配电设备和发电机组的日常维护和检修等，就内罗毕市域铁路来说，总体维护成本不高，经济性较好。
（3）设备成本改造周期
贯通线大修和配电所内设备的更新改造，根据以往的铁路线路大修经验，一般为15年一个周期。柴油发电机组的生命周期一般为10年。
4.2供电可靠性分析
采用分散供电方式时供电可靠性主要取决于地方电网的稳定程度，而基于肯尼亚电能供应紧张的现状，配电网络经常出现拉闸限电情况，使得采用此种供电方式的供电可靠性变的较差。
由于给贯通线供电的配电所电源一般取自地方110kV或220kV变电站专盘专线，因此采用这种集中供电方式的供电可靠性主要取决于地方变电站供电可靠性。作为区域供电枢纽的变电站显然是有高可靠性供电的，因此集中供电方式的供电可靠性较高。
组合式供电方式是集中供电+分散供电的组合，是分散供电的柴油发电机作为当集中供电的贯通线发生短路故障时对车站重要负荷供电的补充，因此这种方案同样有较高的供电可靠性。
5结论
综上所述，根据肯尼亚市域铁路用电负荷的容量大小和分布情况结合以上的经济技术分析，采用单贯通线+柴油发电机的组合供电方式能够满足肯尼亚市域铁路的用电负荷需求，且经济上也较为合理，建议推广应用。
参考文献：
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[4]地铁设计规范 GB 50157-2013[S].中国建筑工业出版社.北京.2014.
论文作者:王征
论文发表刊物:《基层建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/7/29
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