客運專線樞紐牽引變電所27.5 kV側主接線型式設計

■ 李麗雅

李麗雅：中鐵第四勘察設計院集團有限公司，高級工程師，湖北 武漢，430063

廣州南站牽引變電所位于新廣州樞紐內，是一座大型樞紐牽引變電所，不僅承擔武廣高速鐵路的供電任務，還為與之相連的廣州—深圳南延至香港、廣州—珠海、貴陽—廣州等客運專線、廣州動車段開閉所和廣州南站內的站線及各車場等設施供電，共計14回饋線。同時，還要考慮未來發展的預留條件。近期，按牽引變電所采用單臺單相接線的牽引變壓器設計，預留遠期改為2臺單相牽引變壓器組成V/X接線條件。此外，考慮到牽引變電所選址、用地困難，新廣州樞紐牽引變電所220 kV和27.5 kV的電氣設備采用高可靠性、少維修、免維護的戶內安裝氣體絕緣（GIS）組合電器設備和開關柜，生產房屋按2層樓房設計，并設有半地下電纜夾層。近期所有27.5 kV側饋線按同一相電供電，遠期卻不能按同一相電供電。因此，27.5 kV側主接線型式設計面臨開關設備如何配置與布置、房屋大小及樓板孔洞如何預留、如何避免或減少二次工程、二次工程施工時如何完成過渡等問題。根據樞紐總體規劃要求，在設計中提出4種方案。

1 方案一： 2×27.5 kV母線不分段運行

設置2臺母線分段隔離開關可滿足近期由1臺1#（或2#）牽引變壓器通過開關向全所14回饋線供電。遠期當單相接線的牽引變壓器改為由2臺單相牽引變壓器組成V/X接線時，饋線不能按同一相電供電，將此開關分閘，以滿足母線分段運行條件（見圖1）。該方案接線簡單，初期建設投資少，也能滿足近遠期供電要求。但由于該所饋線多，牽引變壓器容量大，動車在緊密運行狀態下，27.5 kV側母線電流超過2 500 A。經調研，國內外目前沒有能滿足如此大容量的成熟開關設備。

牽引變電所中的牽引變壓器采用單相接線是國外高速電氣化鐵路牽引供電技術的共識和發展趨勢，采用單相牽引變壓器供電，其接觸網的電分相數量是其他接線型式牽引變壓器的一半；從減少接觸網電分相數量、有利于高速列車運行、牽引變壓器容量利用率高、牽引變電所結構簡單及投資少等角度考慮，高速鐵路的牽引供電系統優先采用單相牽引變壓器，在困難條件下，可考慮采用其他接線型式。

2 方案二：2×27.5 kV母線分段運行，牽引變壓器27.5 kV側設置斷路器

27.5 kV側母線開關設備如何配置實際上是27.5 kV側主接線型式如何確定，這關系到能否采用單臺單相牽引變壓器接線型式和少維修、免維護的2×27.5 kV氣體絕緣（GIS）開關設備，以滿足高速鐵路高可靠性的供電要求。為此，從供電的運行方式、設備保護設置的安全可靠性等方面對單相牽引變壓器27.5 kV側主接線型式進行專題研究，提出2個解決問題方案，即方案二和方案三。

方案二取消母線分段隔離開關，母線分段運行，牽引變壓器27.5 kV側設置斷路器（見圖2）。但1#牽引變壓器27.5 kV側的2臺斷路器開關柜（或2#牽引變壓器2臺斷路器開關柜）在牽引變壓器故障跳閘時動作不能同期，存在毫秒級的時間差，但不會影響設備運行。

圖1 27.5 kV側主接線型式設計方案一

圖2 27.5 kV側主接線型式設計方案二

3 方案三：2×27.5 kV母線分段運行，牽引變壓器27.5 kV側不設置斷路器

方案三同方案二，也取消了母線分段隔離開關，母線分段運行，但牽引變壓器27.5 kV側不設斷路器，因此不存在牽引變壓器保護跳閘動作不同期的問題（見圖3）。與方案二相比較，方案三對饋線后備保護少了一級，由牽引變壓器高壓側220 kV做饋線后備保護，牽引變壓器220 kV側倒閘次數增加，對全所供電有影響，降低了供電的可靠性。

4 方案四： 2×27.5 kV母線設置隔離開關分段運行

考慮到遠期饋線不是同相電供電，方案二雖然供電可靠性較高，但兩段母線所帶饋線負荷差別較大，因此考慮將母線通過4臺隔離開關分為3段，即方案四（見圖4）。

根據牽引網近遠期供電規劃，將各饋線位置在不影響進出線敷設的前提下進行了調整。近期，分別將母線I段和II段之間的隔離開關合閘，母線II段和III段之間的隔離開關分閘，1#牽引變壓器27.5 kV側1臺斷路器開關（或2#牽引變壓器27.5 kV側1臺斷路器開關）向I段和II段母線供電，III段母線由1#牽引變壓器27.5 kV側另1臺斷路器開關（或2#牽引變壓器27.5 kV側另一臺斷路器開關）供電，使其各段母線的負荷均勻。遠期，當單相接線的牽引變壓器改為由2臺單相牽引變壓器組成V/X接線時，分別將母線I段和II段之間的隔離開關分閘，母線II段和III段之間的隔離開關合閘，1#牽引變壓器27.5 kV側斷路器開關（或2#牽引變壓器27.5 kV側斷路器開關）向I段母線供電，II段和III段母線由新增的3#牽引變壓器27.5 kV側斷路器開關（或4#牽引變壓器27.5 kV側斷路器開關）供電。

雖然初期建設一次性投資較高，但方案四不僅能滿足近遠期樞紐牽引網供電規劃，而且解決了開關設備容量不匹配的問題，使單相接線的牽引變壓器能順利得到應用。在遠期改造工程中，室外僅需在預留的牽引變壓器位置上安裝新增牽引變壓器，分別將既有1#和2#牽引變壓器27.5 kV側的電纜頭各拆除一組，與新增變壓器連接即可完成，而室內27.5 kV側設備沒有二次工程。由于牽引變壓器是按一主一備運行，因此整個改造工程沒有過渡工程，對樞紐內各客運專線和各站線的正常供電沒有影響，提高了供電的可靠性。

5 結束語

圖3 27.5 kV側主接線型式設計方案三

圖4 27.5 kV側主接線型式設計方案四

樞紐牽引變電所27.5 kV側主接線不同于干線牽引變電所27.5 kV側主接線，其設計應根據所在樞紐的電氣化牽引網近遠期規劃，結合現場和電氣設備等具體情況，綜合考慮各方面因素。第一，設計應納入樞紐電氣化總體規劃；第二，饋線分布應合理使所外供電線盡量避免交叉；第三，盡量避免或減少二次工程；第四，主接線不但能在正常情況下保證供電，而且在某些設備（如饋線開關或母線等）故障檢修時，均能保證為樞紐牽引網供電。

[1]曹建猷. 電氣化鐵道供電系統[M]. 北京：中國鐵道出版社，1983

[2]電氣化鐵道設計手冊 牽引供電系統[M]. 北京：中國鐵道出版社，1988

[3]錢立新. 世界高速鐵路技術[M].北京：中國鐵道出版社，2003

[4]賀威俊，高仕斌，張淑琴，等.電力牽引供變電技術[M]. 成都：西南交通大學出版社，1998