鐵路系統(tǒng)牽引變電所的供電方式和主接線設(shè)計(jì)研究

史華強(qiáng)中鐵三局電務(wù)公司

鐵路系統(tǒng)牽引變電所的供電方式和主接線設(shè)計(jì)研究

史華強(qiáng)
中鐵三局電務(wù)公司

隨著高鐵技術(shù)的推進(jìn)與發(fā)展，電氣化系統(tǒng)已經(jīng)成為鐵路發(fā)展的必然趨勢，牽引變電所作為電氣化鐵路供電系統(tǒng)的關(guān)鍵保障，為高鐵的運(yùn)行提供電能支撐。本文設(shè)計(jì)的任務(wù)為構(gòu)建鐵路系統(tǒng)井陘牽引變電所供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)。借鑒國內(nèi)外相關(guān)理論研究成果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，本文確定了牽引供電方案，采用2×25kV工頻交流制，AT供電方式與復(fù)線區(qū)段供電，以及牽引變壓器采用三相VV型式。為鐵路牽引系統(tǒng)研究提供基礎(chǔ)研究參考。

牽引變電所；牽引變壓器；AT供電方式；主線設(shè)計(jì)

1.牽引供電系統(tǒng)

1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)理論與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，本文認(rèn)為在電氣化鐵道中，向電力機(jī)車或動車組供電的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為分相絕緣器、回流線、接觸網(wǎng)、分段絕緣器和電力機(jī)車組成，電動機(jī)在電力機(jī)車或汽車集團(tuán)中轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。牽引供電系統(tǒng)通常被稱為牽引供電系統(tǒng)，其接觸網(wǎng)和沿線的供電設(shè)施一般稱為牽引供電系統(tǒng)。

1.2系統(tǒng)的工作特點(diǎn)

根據(jù)相關(guān)理論成果得出，牽引變電所、接觸網(wǎng)、電力機(jī)車或動車組是牽引供電系統(tǒng)的組成部分。電力機(jī)車或動車組牽引供電系統(tǒng)只在負(fù)載和驅(qū)動電力機(jī)車或動車組總是在運(yùn)動中。本文認(rèn)為該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：牽引供電對象是電力機(jī)車或動車組，系統(tǒng)的負(fù)載具有單相、隨機(jī)、短時(shí)間、非線性等特點(diǎn)。牽引負(fù)荷，電力機(jī)車或動車組運(yùn)行單幾百安培的電流，牽引變電所饋線電流可以超過1000安培，電流產(chǎn)生在網(wǎng)上聯(lián)系較大的壓力降的牽引力，以保證不小于手臂的21kv供電端電壓，必須限制供電臂長度。電力電子變換器、脈沖電流直流電動機(jī)等非線性器件，可以產(chǎn)生大的高階諧波、圖像電能質(zhì)量。鐵路范圍廣，分布廣，沿線地理和氣象條件差大，接觸網(wǎng)張力對機(jī)械性能影響顯著，受氣候影響顯著影響，電力機(jī)車或動車組受電弓在高速滑動時(shí)可能會導(dǎo)致刮弓和斷開，接觸網(wǎng)或頂絕緣子可能被污閃、雷電過電壓和系統(tǒng)電壓會引起絕緣擊穿放電。

2.牽引網(wǎng)對電力機(jī)車的供電方式

牽引電力機(jī)車電源的主要直接供電（DF），帶回流線直接供電（DN）、自耦變壓器（AT供電方式），吸流變壓器（BT供電）和同軸電纜（CC電源）。這五種供電方式都有其優(yōu)缺點(diǎn)，并通過比較和選擇適合于客運(yùn)專線的供電方式。這條線的設(shè)計(jì)是模式選擇的結(jié)果。通過自耦變壓器向電力機(jī)車或汽車集團(tuán)提供動力的方式，以及在供電方式上。自耦變壓器是電力變壓器，這是連接到接觸線，軌道線。這樣的接觸網(wǎng)、軌道、器和自耦變壓器的電源電路，和接觸之間的網(wǎng)絡(luò)和饋線每10-15公里為自耦變壓器的中心抽頭和鐵路，連接。它具有較好的防護(hù)效果。因?yàn)樵诠?yīng)鏈，正饋線電流牽引電流的一半，與三種電源相比，線電壓可以減少一半，供電臂的供電方式可以增加一倍，達(dá)到50km～60km。在實(shí)際工程中盡管功率容量和負(fù)序問題，在供電臂長度40km～50km。但與其他電源相比，仍然大大降低了接觸線分裂相，并沿牽引變電所數(shù)量。另外，在供電方式下，接觸網(wǎng)的電流減小，電弧燃燒和受電弓滑板的接觸線減小，因此適合于高速重載鐵路的供電方式。

3.牽引變電所主接線的設(shè)計(jì)

3.1總體思路

牽引變電所的電氣主接線是指由主變壓器、斷路器、隔離開關(guān)等各種高壓電器和設(shè)備及其連接導(dǎo)線所組成的接受和分配電能的電路。它反映了牽引變電所的基本結(jié)構(gòu)和功能。主接線的確定對牽引變電所的電氣設(shè)備的選擇、配電裝置布置、以及牽引變電所的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)都具有重要影響。根據(jù)相關(guān)理論電氣主接線的基本要求是：可靠保證對牽引負(fù)荷和地區(qū)負(fù)荷供電需要；減少投資和運(yùn)行費(fèi)用；應(yīng)保證運(yùn)行靈活，檢修維護(hù)安全方便；結(jié)線簡單、明顯，操作簡便可靠。

3.2高壓側(cè)電氣主結(jié)線的基本形式

根據(jù)相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)電氣主接線的基本形式可以分為：單母線接線、單母線分段接線、雙母線接線、T接線、橋式接線和簡單接線等，下面介紹牽引供電系統(tǒng)中三種常用的接線方式。單母線接線，整個配電裝置中只設(shè)一組母線。將各個電源的電能匯集后再分配到各引出線。單母線接線的優(yōu)點(diǎn)：接線簡單，設(shè)備少，配電裝置費(fèi)用低，經(jīng)濟(jì)性好并能滿足一定的可靠性操作方便，便于擴(kuò)建和采用成套配電裝置。切斷各斷路器的負(fù)載電流和故障電流。當(dāng)斷路器被關(guān)閉時(shí)，該電路被切斷，另一電路不受影響。單母線連接的缺點(diǎn)：可靠性差，母線或母線隔離開關(guān)故障或檢修，全部電路停止工作，也就是造成全廠或長期停運(yùn)，調(diào)度不方便，功率只能并聯(lián)運(yùn)行，且線路側(cè)短路發(fā)生，短路電流。為了克服單母線接線的缺點(diǎn)，通常采用以下措施：與斷路器或隔離開關(guān)，母線分段；增加旁路母線和相應(yīng)的設(shè)備，檢修停電任何回路的斷路器。

本設(shè)計(jì)采用橋形節(jié)點(diǎn)線，當(dāng)僅2電源電路和2臺主變壓器時(shí)，往往在電源線與水平母線連接，從而構(gòu)成橋接。根據(jù)橋接線的不同位置的中間橫橋總線，到橋和橋2。前者的母線連接在變壓器側(cè)邊，后者與線路側(cè)邊連接。因?yàn)殡娐繁茸儔浩鞯墓收隙?，同時(shí)，牽引變壓器也不需要頻繁的操作，所以在牽引變電所的橋梁連接中得到了廣泛的應(yīng)用。外橋連接特點(diǎn)和內(nèi)橋接線方式比較，外橋適用于線路距離較短，故障線路的故障少，而變壓器需要頻繁的操作場合。該連接是方便了變壓器的輸入和去除，和一條線的拆除，需要同時(shí)打破變壓器的同時(shí)，導(dǎo)致變壓器的短功率中斷。

3.3牽引變壓器的接線

結(jié)合本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)構(gòu)建，220kV高壓側(cè)的接線方式牽引變壓器作為牽引變電所的核心設(shè)備，其接線方式的選擇對主接線有著非常大的影響，其接線形式有單相接線變壓器、單相V,v接線變壓器、三相V,v接線變壓器、三相YN,d11接線變壓器、斯科特接線變壓器等。各種變壓器接線方式的比較。本設(shè)計(jì)選擇三相VV接線方式，這也是我國高速鐵路廣泛采用的方式，有許多優(yōu)點(diǎn)：主變變壓器具有制造簡單、成本低、無需設(shè)置變壓器等優(yōu)點(diǎn)，減少了設(shè)備投資，減少了設(shè)備的電能損耗，充分利用了變壓器二次側(cè)線圈。變電站近端相當(dāng)于直接供電方式，可以有效地保證牽引供電網(wǎng)的電能質(zhì)量。運(yùn)行方式靈活，可實(shí)現(xiàn)牽引網(wǎng)供電方式的切換，可轉(zhuǎn)換為牽引網(wǎng)的直接供電方式，有效提高設(shè)備故障狀態(tài)的供電能力。

[1]蔡超,陳博,袁傲,張晨萌,王朋,袁佳歆.電磁混合式高鐵供電系統(tǒng)負(fù)序優(yōu)化補(bǔ)償方法[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào).2013(05)

[2]肖湘寧,陳征,劉念.可再生能源與電動汽車充放電設(shè)施在微電網(wǎng)中的集成模式與關(guān)鍵問題[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào).2013(02)