郭 亮，劉 星，郭 鑫

鐵路牽引變電所與地方電力變電站合建方案研究

郭 亮，劉 星，郭 鑫

研究一種鐵路牽引變電所與地方電力變電站合建方案，介紹了合建變電所主接線設(shè)計、總平面布置、繼電保護(hù)設(shè)計及鐵路與電力系統(tǒng)設(shè)計分工。該方案既降低了建設(shè)成本又能滿足鐵路運輸需要，為今后廠礦企業(yè)電氣化鐵路牽引變電所設(shè)計提供了新思路。

牽引變電所；地方變電站；合建

0 引言

常規(guī)鐵路設(shè)計中，牽引變電所單獨設(shè)置，其外部電源接引自地方電網(wǎng)。目前，廠礦企業(yè)大多擁有自己獨立產(chǎn)權(quán)的變電站，這些企業(yè)在建設(shè)電氣化鐵路過程中，由于運輸能力的制約，經(jīng)常需要設(shè)置牽引變電所，而新建牽引變電所外電源接引地方電網(wǎng)將產(chǎn)生較高的建設(shè)成本。隨著我國電力市場改革的不斷推進(jìn)，相關(guān)輸配電政策已逐步放開，這使得企業(yè)變電站向其他負(fù)荷供電成為可能。大多數(shù)企業(yè)可利用企業(yè)內(nèi)部的變電站為新建牽引變電所供電，這也使鐵路牽引變電所與地方變電站合建成為可能。本文以某廠礦企業(yè)合建變電所為例，對相關(guān)設(shè)計方案進(jìn)行分析研究。

1 合建變電所設(shè)計方案

1.1 主接線設(shè)計

合建變電所引入2路110 kV電源，進(jìn)線側(cè)采用單母線分段接線，牽引變壓器與電力變壓器進(jìn)線均采用線路變壓器組接線。牽引變壓器變比為110/27.5 kV，采用三相V/v接線形式，電力變壓器變比為110/38.5/10.5 kV。2臺牽引變壓器為固定備用方式，2臺電力變壓器并列運行。與牽引變電所傳統(tǒng)接線方式相比，本方案牽引變電所進(jìn)線側(cè)與地方變電站共用1套110 kV設(shè)備。電壓互感器設(shè)置于2段母線上，牽引、電力共用，且牽引、電力負(fù)荷可分別計量電費。考慮鐵路負(fù)荷具有波動性，為減小電氣化鐵路產(chǎn)生的諧波及負(fù)序電流對電力負(fù)荷的影響，合建變電所一般需要設(shè)置無功補償和諧波治理裝置。牽引所27.5 kV側(cè)部分線路和設(shè)備仍可按電氣化鐵路常規(guī)方案設(shè)計。

合建變電所高壓側(cè)主接線如圖1所示。

1.2 總平面布置

合建變電所高壓側(cè)設(shè)備采用110 kV GIS組合電器，牽引變壓器和電力變壓器采用戶外低式布置，低壓側(cè)設(shè)備采用戶內(nèi)布置方式。房屋設(shè)110 kV GIS高壓室、27.5 kV高壓室、35 kV及10 kV高壓室、控制室、檢修室及生活房屋，采用一層平房布置。本文以該布置方式為例，實際應(yīng)用中亦可采用其他布置方式。

合建變電所總平面布置圖見圖2。

1.3 繼電保護(hù)設(shè)計

合建變電所采用綜合自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)牽引供電及電力系統(tǒng)的控制、保護(hù)及變電設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)視和報警功能。綜合自動化系統(tǒng)基于網(wǎng)絡(luò)化構(gòu)成，采用分層、分布式結(jié)構(gòu)，繼電保護(hù)及自動裝置設(shè)置如下：

（1）110 kV線路配置三相一次重合閘裝置；

（2）110 kV母線配置母線差動保護(hù)裝置；

（3）110 kV側(cè)配置故障錄波器；

（4）牽引變壓器設(shè)備配置自投裝置；

（5）牽引、電力變壓器設(shè)重瓦斯、縱差動、低電壓過流保護(hù)，當(dāng)超溫、壓力釋放跳閘和輕瓦斯、油溫過高、油面低時發(fā)出告警信號。其中電力變壓器保護(hù)裝置根據(jù)電力部門要求可設(shè)置雙套；

（6）合建變電所饋線側(cè)繼電保護(hù)可依據(jù)牽引供電系統(tǒng)及電力系統(tǒng)的要求分別設(shè)置。

圖1 合建變電所高壓側(cè)主接線

1.4 調(diào)度自動化

合建變電所的電力變電設(shè)備納入相應(yīng)地、區(qū)級電力調(diào)度管理系統(tǒng)。110 kV牽引變壓器間隔電流、有功功率、無功功率、進(jìn)線側(cè)斷路器和隔離開關(guān)位置信號、間隔保護(hù)動作信號等信息需上傳至電力調(diào)度系統(tǒng)。合建變電所牽引變電設(shè)備及電力系統(tǒng)管轄外的電力變配電設(shè)備可由廠礦企業(yè)自行調(diào)度管理。

1.5 其他系統(tǒng)設(shè)計

合建變電所其他系統(tǒng)，如防雷接地、自用電及交直流系統(tǒng)、視頻安全監(jiān)控系統(tǒng)等均可全所統(tǒng)一考慮設(shè)計。

2 合建變電所設(shè)計接口劃分

合建變電所可由電力與鐵路設(shè)計單位分別設(shè)計，可按以下方式進(jìn)行接口劃分。

2.1 電力設(shè)計院設(shè)計范圍

（1）合建變電所接入地區(qū)電網(wǎng)的外電工程設(shè)計。

（2）110 kV側(cè)進(jìn)線、母線、牽引變壓器進(jìn)線及其他電力變電一次系統(tǒng)及設(shè)備，二次控制保護(hù)及設(shè)備，計量回路及設(shè)備；設(shè)備相關(guān)的基礎(chǔ)、支架、電纜溝、預(yù)埋件等土建設(shè)計。

（3）電力設(shè)備的遠(yuǎn)動控制及通信設(shè)計。

2.2 鐵路設(shè)計院設(shè)計范圍

（1）110 kV牽引變壓器。包括一次系統(tǒng)及設(shè)備、二次控制保護(hù)及設(shè)備（牽引變壓器的差動保護(hù)、本體保護(hù)、后備保護(hù)、備自投裝置等）；設(shè)備相關(guān)的基礎(chǔ)（含地基處理）、支架、電纜溝、預(yù)埋件等土建設(shè)計。

（2）牽引變壓器27.5 kV側(cè)線路及相關(guān)設(shè)備。包括27.5 kV牽引供電系統(tǒng)一、二次設(shè)備及開關(guān)室、戶外構(gòu)架等；設(shè)備相關(guān)的基礎(chǔ)、支架、電纜溝、預(yù)埋件等土建設(shè)計。

（3）牽引變電設(shè)備的遠(yuǎn)動控制及通信設(shè)計。

2.3 合建變電所公共部分設(shè)計

合建變電所防雷及接地系統(tǒng)、自用電系統(tǒng)、交直流系統(tǒng)、視頻安全監(jiān)控系統(tǒng)及合建所內(nèi)牽引、電力共用房屋、電纜溝、場坪、道路、圍墻、大門等可由一家設(shè)計單位牽頭設(shè)計，另一家設(shè)計單位提資配合。

圖2 合建變電所總平面布置

3 合建變電所優(yōu)缺點分析

對于廠礦企業(yè)建設(shè)電氣化鐵路，牽引變電所與電力變電站合建可以減少牽引變電所外部電源建設(shè)成本，所內(nèi)牽引與電力共用部分一、二次設(shè)備，減少了牽引變電所本體的投資；牽引變電所與電力變電站產(chǎn)權(quán)同屬一家單位，兩所合建便于運營維護(hù)與調(diào)度管理；合建方案具有節(jié)省管理/值班人員，減少土地使用成本等優(yōu)點。但是，合建方案保護(hù)配置復(fù)雜，對設(shè)備可靠性要求較高。另外，由于電氣化鐵路負(fù)荷具有波動性，合建方案會對電力供電的電能質(zhì)量造成影響，因此合建所需設(shè)置功率因數(shù)補償及諧波治理裝置。如果電力變電站與鐵路產(chǎn)權(quán)不統(tǒng)一，合建所還存在產(chǎn)權(quán)及調(diào)度管理難以清晰分界的問題。

4 結(jié)語

針對廠礦企業(yè)建設(shè)電氣化鐵路，牽引變電所與電力變電站合建可以大大節(jié)省建設(shè)成本，同時便于統(tǒng)一管理維護(hù)。本文簡要介紹了牽引變電所與電力變電站合建的設(shè)計方案，為廠礦企業(yè)電氣化鐵路牽引變電所建設(shè)提供了一種新思路。同時，在我國電網(wǎng)薄弱地區(qū)，亦可采用該方案通過鐵路牽引變電所為地方負(fù)荷供電。在設(shè)計過程中，既要理順牽引變電系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容，還應(yīng)注意與電力系統(tǒng)的接口劃分，密切做好設(shè)計配合，使合建變電所在鐵路與電力系統(tǒng)中發(fā)揮最大作用。

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In this paper,a joint building design of railway traction substation and local power substation is proposed,and the main wiring,general layout,protective relay and the cooperation mechanism of railway traction and power system are introduced.It is a novel proposal for the design of electrified railway traction substation,which can fully satisfy theneed of railway transportation,meanwhilecut theconstruction cost drastically.

Traction substation;local power substation;combine

U224

A

1007-936X(2017)06-0077-03

10.19587/j.cnki.1007-936x.2017.06.020

郭 亮.中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)有限公司，工程師；

劉 星.中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)有限公司，高級工程師；郭 鑫.中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)有限公司，工程師。

2017-04-25