关于直接供电方式下牵引变电所经济运行的探讨

关于直接供电方式下牵引变电所经济运行的探讨

丁闯

上海局集团公司调度所

随着我国经济飞速发展，电气化铁路里程与日俱增，铁路在我国运输事业中越来越举足轻重。牵引供电系统是电气化铁路的能源保障，牵引变电所和接触网共同组成了牵引供电系统。其中牵引变电所的主要任务是将电力系统供应的电能转变成适于电力牵引与相应供电方式的电能；接触网的作用是将电能输送给电力机车。由于国内的电气化线路中牵引变电所均按照远期运量设计，而目前线路运量普遍偏小，远未达到设计发车密度，致使供电设备容量严重过剩，造成能源的浪费，降低了供电系统的经济性。基于这种情况，上海局集团公司截至笔者论述前共计将宁启铁路的扬州、如皋、响水、盐城北牵引变电所，阜淮线的凤台牵引变电所，淮南线的铜城闸牵引变电所，青盐线的江集牵引变电所，泗杭线的湖州西牵引变电所退出运行，改用相邻变电所越区供电的方式，降低变压器容量损耗，以达到提高经济性运行的目的。因AT供电方式下越区条件较为复杂，从实际应用考虑，现阶段只在直接供电区段进行经济运行。在此期间，如何保证越区供电区段平稳、可靠运行具有重大意义。笔者分两个方面进行了研究，具体如下：

1、经济运行期间参数计算

1.1末端电压计算

经济运行期间，由于变电所退出运行，改用相邻变电所越区供电，供电臂长度将会延长将近一倍。以泗杭线湖州西变电所退出运行为例，如图1-1所示：

图1-1

泗安变电所原本供电臂供至长兴南分区所，长度为18km（本文为方便计算取整数且忽略供电线长度，下同）。湖州西变电所退出运行后，供电臂需供至湖州西变电所，长度变为L=18+21=39km。同理，德清西变电所供电臂长度由22km变为45km。根据泗杭铁路行车限制条件，区间内列车追踪时间不少于10分钟，列车运行速度取最大值为160km/h。当以最小追踪时间运行列车时，简图1-2如下：

（注：对于德清西变电所，电力机车需要经过整个供电臂的长度，L1=L4=45kmL2=L3=19km。查询泗杭铁路定值单得到接触网自阻抗为Z1=0.348Ω，接触网互阻抗为Z2=0.076Ω。经核定HXD系列电力机车额定电流为288A。）

U末端=U-ΔU=27500-7815=19685＞19000V，满足《铁路管理规程》中第197条接触网最低工作电压为19KV的规定。

1.2馈线保护定值的核定

越区情况下，供电系统的参数发生了变化，特别是供电距离的增加，导致保护定值需要相应修改才能确保设备安全。保护定值的修改原则是减少越区方式保护变化对正常情况下的影响，尽可能少改变既有的保护范围，但又必须保证能保护到越区情况下的所有范围。对于牵引变电所馈线保护，我们需要调整的有阻抗Ⅰ、Ⅱ段保护和电流保护。假定越区变电所供电臂全长L为50km，阻抗角θ为75°，接触网单位自阻抗0.348Ω/km，接触网单位互阻抗0.076Ω/km，线路最大负荷电流Imax为900A,负荷角φ为18°，整定值计算如下：

1.2.1阻抗一段保护的整定

阻抗一段保护按线路全长L的85%整定，电抗边Xset整定为：

电阻边Rset按负荷阻抗整定，与阻抗一段保护相同。

1.2.3电流保护的整定

馈线电流保护主要包含电流速断保护与过电流保护。其中，电流速断保护按照躲过本线路末端发生短路时的最大短路电流整定，过电流保护按照躲开线路最大负荷电流来整定。各馈线保护的保护范围示意图1-3如下：

图1-3

2、经济运行期间发生故障处理意见

2.1当牵引所退出运行期间，相邻变电所发生故障需全所退出

如图2-1所示，当变电所C退出运行，由变电所B与D越区供电。当变电所B发生故障需要全所退出时，考虑到大越区时供电臂末端电压及越区所供电负荷能力等问题，优先向地方供电公司调度申请重新投入已经退出的变电所C。恢复原供电方式,然后根据原有越区供电方案进行供电。如遇地方供电公司调度不允许情况下可采用由变电所A与D分别越区供电至分区所B（即越3个供电臂）的方案，具体如下：

图2-1

（1）分区所A断开271、272；分区所B断开271、272；分区所C断开271、272。

（2）断开变电所B内所有断路器、隔离开关。

（3）分区所B断开2001、2002隔离开关。

（4）变电所A断开213、214并调整到越区定值区。（越三个供电臂）

（5）在变电所B外分相处装设两组短接线，闭合两个分相GK。（或利用变电所B母线供电）

（6）分区所A闭合2001、2002隔离开关。

（7）变电所A闭合213、214观察分区所B电压值。

2.2越区供电供电臂施工作业结束后分区所末端隔离开关拒动

施工作业结束分区所末端隔离开关拒动时，将会造成越区区段无法供电。如上行电源侧隔离开关拒动，下行供电臂可以正常送电后通过分区所断路器合环后向越区区段供电，但要注意下行牵引变电所断路器定值需要修改后方可实施。负荷侧隔离开关拒动，下行供电臂正常送电后通过已退出变电所的母线进行迂回供电至上行越区区段。同时设备管理单位要及时对故障隔离开关进行维修，尽快恢复正常运行。由于远动操控的隔离开关停送电需要操控次数较多，加上户外工作环境恶劣，出现误动、拒动的情况时有发生。笔者建议，设备管理单位要对越区区段隔离开关缩短检修周期，把故障扼杀在萌芽。

2.3其他线路故障

变电所经济运行退出期间，由于线路长期处于越区供电状态，需要特别注意加强对设备监控，加大线路巡视力度。一旦发生重大故障，优先恢复原供电方式，然后按正常情况下流程处置。特殊情况不能恢复原供电方式，要具体情况具体分析，遵循“快速隔离故障点，尽快恢复全部或部分供电”的原则，将故障点迅速隔离在最小供电区域内，以便恢复电力机车供电，最大限度减少对运输的影响。

3、总结

随着铁路管理越来越精细化，牵引变电所经济运行已经成为一种大的趋势。对于既有线路来讲，经济运行后的越区供电的影响因素有很多，方案要对牵引变电所、分区所、开闭所的运行方式、设备性能、整定值的计算、接触网上机械和电气分段等方面综合考虑，才能确保整个过程平稳进行。未来几年，上海局铁路发展还在快速上升通道，有很多新建铁路要开通，例如：商合杭铁路、连淮扬镇铁路等。在牵引供电设备验收时，笔者建议加入对经济运行的考虑，每个所亭加入越区定值的设计，线路验收从严，按照实施越区时的要求来验收，方便后期正式接管设备后对线路运营更好的调整。