襄渝鐵路(胡家營～達(dá)州段)擴(kuò)能改造電氣化工程實施

雷小波，　周麗潔

(中鐵西安勘察設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，陜西 西安 710000)

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襄渝鐵路(胡家營～達(dá)州段)擴(kuò)能改造電氣化工程實施

雷小波，周麗潔

(中鐵西安勘察設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，陜西 西安 710000)

摘要：襄渝鐵路(襄陽至胡家營段)由于和諧號機(jī)車的開行牽引定數(shù)增加，電力牽引負(fù)荷大幅度增長，已經(jīng)超過原牽引供電系統(tǒng)的設(shè)計能力，為確保運輸能力需要對牽引供電系統(tǒng)進(jìn)行適應(yīng)性改造。采用牽引供電系統(tǒng)仿真計算軟件，對牽引變電設(shè)備和接觸網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行了適應(yīng)性分析和計算，通過制定有效的施工組織計劃，圓滿完成了改造工程，可以為同類電氣化改造工程的實施提供有益的參考。

關(guān)鍵詞：牽引供電；電氣化；擴(kuò)能改造；和諧機(jī)車

1 概述

襄渝既有鐵路東起湖北襄陽，西至重慶，全長895.3 km。1979年建成通車，2011年完成達(dá)速改造項目，目前設(shè)計時速120 km/h。2009年9月20日，襄(樊)渝(重慶)鐵路二線全線建成通車。二線全長507 km，設(shè)計時速160 m/h。襄渝線地處我國中、西部地區(qū)的結(jié)合部，地理位置優(yōu)越，是我國重要的干線鐵路，是川渝地區(qū)北上、東出的重要通道。

襄渝線胡家營至達(dá)州段既有貨物列車采用雙SS4型電力機(jī)車牽引，牽引定數(shù)4 000 t。相鄰西康線、陽安線貨物列車牽引定數(shù)均達(dá)到了5 000 t。為使川渝地區(qū)進(jìn)出北、東方向運輸能力達(dá)到匹配，襄渝線西安鐵路局管內(nèi)胡家營至達(dá)州段需開行雙HXD1C型電力機(jī)車牽引4 500 t(普超5 000 t)貨物列車，作為電氣化鐵路的動力源泉，牽引供電系統(tǒng)也應(yīng)隨之進(jìn)行適應(yīng)性改造。

2 鐵路運輸能力分析

由于襄渝線西安局管內(nèi)的既有供電設(shè)施能力有限，為保證執(zhí)行鐵道部下達(dá)的開行4 500 t(普超5 000 t)貨物列車的要求，西安鐵路局總工室針對變電所供電能力和接觸網(wǎng)載流能力專門下發(fā)了《關(guān)于襄渝線開行雙HXD1C機(jī)車牽引定數(shù)4500噸貨物列車運行臨時組織措施的通知》(西總電〔2011〕72號)，對增噸列車運行進(jìn)行了限制(要求每個供電臂只能有1列增噸貨物列車運行)[1]。

2013年鐵道部做出“兩局一線”的運輸要求，要求西安鐵路局2013年貨物發(fā)送量年計劃達(dá)到1億2 100萬t，日均計劃裝車5 230車；其中，襄渝線分界口日均交接列數(shù)：胡家營口下行45列；廣元和達(dá)州口上半年合計85對(其中第一班廣元口12對，達(dá)州口24對)、下半年合計88對。而目前胡家營口上下行貨物列車對數(shù)僅為49對，達(dá)州口為50對，整體運量與鐵道部運輸要求相差甚遠(yuǎn)。

且西康二線于2013年10月開通。西康線新開行的5 000 t貨物列車將通過呂河車站、旬陽車站進(jìn)入襄渝線，嚴(yán)重超出襄渝線的貨物運輸能力。

3 牽引供電能力分析

3.1 既有牽引供電設(shè)施概況

(1)牽引供電系統(tǒng)采用單相工頻50 Hz，25 kV交流制，既有線為直供供電方式，新建的二線為直供加回流供電方式。

(2)襄渝線西安局管內(nèi)胡家營～達(dá)州段共設(shè)14座牽引變電所，分別是冷水、蜀河、旬陽、安康東、月河、大竹園、向陽鎮(zhèn)、毛壩關(guān)、松樹坡、官渡、青花、花樓壩、宣漢和蒲家。

(3)僅安康東牽引變電所主變壓器為YN，d11接線形式，其它變電所均為三相V/V接線形式，采用固定備用運行方式。

(4)各牽引變電所27.5 kV側(cè)均設(shè)置并聯(lián)電容補償裝置，以提高功率因數(shù)，并兼容部分濾波功能。補償后牽引變電所功率因數(shù)均大于0.9。

(5)該區(qū)段供電臂長度超過20 km的有胡家營～麻虎上下行、呂河～安康東上下行、毛壩關(guān)～新麻柳上行、花樓壩～新毛壩上下行供電臂。

(6)既有線接觸網(wǎng)正線采用JTMH-95+TCG-110型全補償簡單鏈形懸掛；增建的第二線接觸網(wǎng)正線采用JTMH-95+CTAH-120全補償簡單鏈形懸掛。

3.2 牽引供電設(shè)施存在的問題

(1)在現(xiàn)有的供電能力下，為了保證順利開行增噸貨物列車，西安鐵路局采取了限車的措施，但各牽引變電所主變壓器過負(fù)荷次數(shù)還是明顯增多，容量嚴(yán)重不足。其中，旬陽牽引變電所最為嚴(yán)重，僅2012年上半年過負(fù)荷跳閘45次，嚴(yán)重影響襄渝線正常的鐵路運輸。

(2)既有冷水、蜀河、旬陽、月河、大竹園、松樹坡、青花7座牽引變電所的地網(wǎng)目前銹蝕嚴(yán)重，回流不暢，經(jīng)實測接地電阻均大于0.5 Ω，不符合設(shè)計規(guī)范對牽引變電所接地電阻值的要求。

襄渝線按要求開行雙HXD1C型機(jī)車牽引4 500 t(普超5 000 t)貨物列車，造成牽引負(fù)荷上升，牽引電流增大，進(jìn)而使得既有變電所的地、軌回流都隨之增大，造成地網(wǎng)電位進(jìn)一步升高，對設(shè)備的正常運行及工作人員的人身安全造成較大威脅。

(3)正線和站線接觸線的嚴(yán)重磨損和偏磨情況，造成導(dǎo)線載流能力降低，機(jī)械性能下降，現(xiàn)已不能滿足襄渝線按要求開行增噸貨物列車的鐵路運輸需求。

(4)部分區(qū)段無回流線約112 km；還有未更新的既有回流線肩架及隧道埋入桿件銹蝕嚴(yán)重，線索斷股、接頭處所較多。

(5)襄渝既有線避雷器性能差，且部分區(qū)段無避雷器，經(jīng)常發(fā)生雷擊跳閘事故，嚴(yán)重威脅鐵路正常運輸安全。

4 牽引供電系統(tǒng)改造方案

4.1 牽引供電系統(tǒng)計算[2-4]

4.1.1 計算條件

(1)機(jī)車類型：HXD1C雙機(jī)，機(jī)車功率2×7 200 kW

(2)牽引定數(shù)：5 000 t

(3)追蹤時分：7 min(上下行均考慮HXD1C雙機(jī)追蹤)

4.1.2 牽引變壓器校核容量計算

(1)負(fù)荷取值:按上下行貨車HXD1C雙機(jī)7 min追蹤運行時的負(fù)荷電流并考慮列車帶電運行的概率。

(2)牽引變壓器過負(fù)荷倍數(shù):均取為2.0倍。

4.1.3 牽引網(wǎng)載流量計算

按上下行貨車HXD1C雙機(jī)7 min追蹤運行時的20 min有效電流取值。

4.1.4 壓損計算

(1)計算牽引網(wǎng)壓損時，按上下行貨車7 min追蹤運行，上下行分開供電進(jìn)行計算；此時牽引負(fù)荷不考慮列車帶電運行的概率。

其中，牽引網(wǎng)阻抗計算結(jié)果見表1。

表1 牽引網(wǎng)阻抗計算結(jié)果　Ω/km

(2)計算主變及系統(tǒng)壓損時其負(fù)荷與牽引變壓器容量計算時計算相負(fù)荷取值一致。其中，系統(tǒng)短路容量按照襄渝二線通車時所提供的系統(tǒng)參數(shù)中的最小運行方式的系統(tǒng)短路容量估算；牽引變電所功率因數(shù)按0.95計算。

(3)供電臂末端牽引網(wǎng)最低工作電壓按不低于20 kV考慮。

(4)計算軟件采用牽引供電系統(tǒng)仿真計算軟件TractPowerEVV[5]仿真計算牽引變電所和接觸網(wǎng)的電流、電壓、容量等主要技術(shù)指標(biāo)，為牽引變電設(shè)備選型、接觸網(wǎng)導(dǎo)線選擇提供設(shè)計依據(jù)。其計算流程及仿真計算示意圖見圖1、圖2。

圖1 牽引供電仿真計算流程

圖2 牽引供電仿真計算示意圖

4.1.5 計算結(jié)果

(1)供電臂末端牽引網(wǎng)壓均大于20 kV。

(2)供電臂20 min電流最大為蒲家牽引變電所蒲家～局界上行供電臂產(chǎn)生的963 A。

(3)計算的主變校核容量均大于變電所主變既有安裝容量。

4.2 牽引供電系統(tǒng)改造

4.2.1 改造內(nèi)容

(1)主變增容:根據(jù)牽引供電能力計算結(jié)果分析，需對除毛壩關(guān)以外的冷水、蜀河、旬陽、安康東、月河、大竹園、向陽鎮(zhèn)、松樹坡、官渡、青花、花樓壩、宣漢和蒲家這13個主變?nèi)萘坎蛔愕臓恳冸娝M(jìn)行主變增容。

(2)所內(nèi)相應(yīng)設(shè)備改造:改造由于變電所主變增容而引起的變比不能滿足要求的電流互感器，額定電流不能滿足要求的開關(guān)設(shè)備，導(dǎo)線載流不能滿足要求的主導(dǎo)電回路、母線、穿墻套管及其它相關(guān)供電能力與之不能匹配的設(shè)施。

改造由于變電所主變增容而引起的蜀河、松樹坡、青花這3個牽引變電所供電能力與之不能匹配的110 kV組合電器設(shè)備。

(3)接地網(wǎng)地網(wǎng)改造:對冷水、蜀河、旬陽、月河、大竹園、松樹坡、青花7座牽引變電所進(jìn)行整所地網(wǎng)改造。

(4)接觸網(wǎng)導(dǎo)線改造:全段既有線正線TCG-110型接觸線更換為CTAH-120型，更新由于更換接觸線、承力索而引起容量不足的鋼筋混凝土支柱、橋鋼柱。

(5)更新安康～達(dá)州段既有線部分架空地線及接地裝置。

(6)貫通胡家營～達(dá)州段既有線全段缺失的回流線。

(7)對載流能力不足的供電線進(jìn)行加強(qiáng)改造：將LBGLJ-185型單支供電線改為2×LBGLJ-185型雙支供電線。

4.2.2 施工組織

(1)充分考慮運輸需求。由于本線為連接川渝、陜北、華東地區(qū)的骨干通道，運輸量大、工程質(zhì)量要求高、工期短，要求既要嚴(yán)格按照工期進(jìn)行電氣化改造，又要保障運輸流量。本工程在施工組織中充分利用綜合維修天窗、垂直天窗時間，科學(xué)合理安排工序，盡量避免交叉施工，采取永臨結(jié)合的方式，力爭在最短時間內(nèi)一次改造到位，同時調(diào)度與施工緊密聯(lián)系，全面及時掌握施工情況和現(xiàn)場清理工作，確保施工和本線正常行車安全。

(2)過程控制。牽引變電所內(nèi)部改造，要確保不停電為接觸網(wǎng)供電，充分利用兩路進(jìn)線一主一備的運行方式，110 kV側(cè)先改造備用回路，再改造主回路，同時利用移動高壓室作為臨時過渡措施，將原高壓設(shè)備退出運行進(jìn)行停電改造，并與電力部門積極配合，及時驗收送電，提高改造效率，確保鐵路不間斷供電安全。

接觸網(wǎng)改造涉及到線內(nèi)和線外的工作，對運輸?shù)挠绊懽顬殛P(guān)鍵，必須提前計劃，制訂詳細(xì)的施工要點與順序，對天窗時間進(jìn)行有效的排列組合，按照合理批次精確實施，確保工期進(jìn)度目標(biāo)實現(xiàn)的同時，保證既有鐵路運輸安全。

5 結(jié)束語

本工程采用了科學(xué)的設(shè)計手段，對供電能力的適應(yīng)性進(jìn)行了充分論證，對改造的內(nèi)容進(jìn)行了合理確認(rèn)，并有效的安排了施工改造和運輸組織的實施計劃。整個電氣化擴(kuò)能改造工程于2015年12月全部施工完成，施工期間未造成任何行車事故，竣工后該線達(dá)到國內(nèi)同期領(lǐng)先技術(shù)水平，目前運營狀況良好，供電質(zhì)量較好，運輸能力大大增強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)

[1]中鐵二院西安勘察設(shè)計研究院有限責(zé)任公司.襄渝線(胡家營～達(dá)州)開行4500噸貨物列車牽引供電設(shè)備改造工程可行性研究[R].西安：中鐵二院西安勘察設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，2013

[2]鐵道部電氣化工程局電氣化勘測設(shè)計院.電氣化鐵道設(shè)計手冊：牽引供電系統(tǒng)[M].北京：中國鐵道出版社,1988

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On the Implementation of the Capability-Expanding and Electrical Transformation Project of the Hujiaying-Dazhou Section of the Xiangfan-Chongqing Railway

Lei Xiaobo，Zhou Lijie

( Xi'an Survey and Design Institution Co. Ltd. of China Railway,Xi'an 710000,China)

Abstract:Since the tonnage of the HVD locomotive increases for the Xiang-Yu Railway (Xiangyang to Hujiaying Section),a substantial increase in the electric traction load, the original designed capacity of the power supply system for traction can hardly meet the needs.To ensure the transportation capacity, the power supply system for traction has to be transformed accordingly, in which case the adaptability analyses and calculations are made of the traction substation equipment and the catenary equipment in the paper with the help of the simulation software for traction power supply system.Upon the basis of working out the effective organization schemes for construction,the renovation project is successfully completed.The project may serve as a useful reference for the implementation of other projects of similar types.

Key words:power supply for traction;electrification;capability-expanding transformation;HXD locomotive

收稿日期：2016-02-23

作者簡介：雷小波(1982—)，男，工程師，主要從事鐵道電氣化設(shè)計工作651898306@qq.com

DOI：10.13219/j.gjgyat.2016.03.018

中圖分類號：U227.8

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1672-3953(2016)03-0066-04