牽引變電所“手拉手”電源在大包鐵路電化改造工程的應用

丁宇坤，宇占軍，胡長春

(1.呼和浩特鐵路局建設管理處，呼和浩特 010030;2.呼和浩特鐵路局供電處，呼和浩特 010053;3.呼鐵局大包電氣化改造工程指揮部，呼和浩特 010050)

所謂的牽引變電所“手拉手”進線電源供電方式，是相鄰的兩牽引變電所從電力系統中不同的變電站(或同一變電站的不同兩段母線上)各引入一路電源進線，兩牽引變電所之間設聯絡線電源互為備用的一種供電方式。其功能是一旦某個牽引變電所進線電源出現故障或事故，相鄰的牽引變電所將由綜合自動化保護中的備自投裝置來自動調整開關，通過聯絡線向相鄰的牽引變電所供電，保證進線電源出現故障或事故的牽引變電所正常受電運行，實現不間斷供電，確保供電的可靠性。

1 “手拉手”電源供電方式采用的背景

根據我國電氣化鐵路建設慣例，牽引變電所采用兩路相互獨立的外部電源，實行進線電源100%的熱備用。京包線大同至包頭段為國鐵Ⅰ級，在該段電氣化改造工程中，根據其為重載、客貨混跑的特點以及與集包第二雙線共用牽引變電所，鐵道部初步設計批復的牽引變電所外部電源采用電壓等級較高、短路容量較大、穩定性更好的220 kV兩路獨立電源［4］。

由于內蒙古自治區220 kV電網系統的變電間隔資源稀缺、改擴建困難，無法全部滿足鐵路部門提出的“每個牽引變電所兩路電源進線分別來自于2個不同的變電站或同一個變電站的兩段不同母線”的需求，為解決這一矛盾，呼和浩特鐵路局建管處、大包電化改造指揮部、設計院、電力部門反復協商，共同研究提出采取2座相鄰牽引變電所分別引入1路220 kV電源，兩牽引變電所之間進線形成互為備用的供電形式，電力部門稱之為“手拉手”供電方式［6，7］。

該供電方式在確保供電安全的前提下，不但有效解決外部電源資源稀缺的問題，同時還具有結構簡單、投資省等優點。

2 “手拉手”供電方式在大包線電化改造工程的應用

2.1 “手拉手”供電方式的經濟性

大包線全線共設12座牽引變電所［1］，其中8座220 kV牽引變電所采用了“手拉手”供電方式，分別拉手結對為豐鎮—紅砂壩、集寧南—三岔口、姑家堡—安居、畢克齊—美岱召，新建的220 kV線路如圖1所示。

圖1 牽引供電系統示意

根據內蒙古電力公司編制的牽引變電所外部電源方案，外部電源的工程量增減及投資增減情況比較見表1。兩項共計節約建設投資16 643.2萬元。

表1 外部電源工程量和投資變化比較

根據鐵路與電力部門的相關約定，外電線路及相關工程由電力部門出資進行建設，在電氣化鐵路運營后通過還貸電價的形式對該部分建設資金分8年進行償還［5］。截止目前，在呼和浩特鐵路局管轄范圍內共有大包、包西、張集3條改建及新建電氣化鐵路項目中的18個牽引變電所均選擇了“手拉手”供電模式，節省的建設投資是非常可觀的，經濟效益非常明顯［2］。

2.2 “手拉手”供電方式的可靠性

2.2.1 可靠的保護裝置設置

豐鎮—紅砂壩、集寧南—三岔口、姑家堡—安居、畢克齊—美岱召共計8座牽引變電所進線側主接線采用單母線接線，兩相鄰牽引變電所采用“手拉手”供電方式，其主接線如圖2所示。

圖2 “手拉手”供電方式的主接線圖

采用“手拉手”供電方式的牽引變電所，其保護配置為:A(或B)進線斷路器設置兩套與地方變電站出口端對應的220 kV線路光差保護裝置;A(或B)聯絡斷路器設置兩套階段式距離保護和零序方向電流保護作為220 kV聯絡線路的保護。各牽引變電所設置1套輔助保護裝置，設置母差保護及斷路器失靈保護等，保護220 kV母線短路接地故障。在保護配置上進線及聯絡線斷路器均設置有一次重合閘，斷路器本體設置非全相保護功能以及 PT斷線、CT異常告警等功能［9］。

根據電力系統要求，牽引變電所需納入地方電力調度所管理。各220 kV牽引變電所由區域調度實施一級調度管理、內蒙古中調監視，遠動信息以直采直送的方式同時上傳至內蒙古中調和地區區調;遠動信息采用數據網和專線方式上傳內蒙古中調和相對應的地區調度，計量信息分別采用數據網專線和電話撥號方式上傳內蒙古中調，采用電話撥號方式上傳對應的地區調度。220 kV牽引變電所設置調度數據網接入設備，就近接入內蒙古電力調度數據專網，并配置二次系統安全防護系統。220 kV牽引變電所至相對應的區調和內蒙古中調各裝設1套電能量遠方終端，各牽引變電所按主副表設置計量表［8］。各所綜合自動化系統應配合電力部門完成相關遠動要求，實行了高度的綜合自動化、數據采集及遠動監控功能［3，10］。

2.2.2 可靠的備自投運行方式設置

在備用電源自動通入裝置中，通過電氣輔助接點的接入和嚴密的邏輯閉鎖關系確保了備自投運行方式設置的可靠性。

正常運行時，1號進線向A牽引變電所供電，2號進線向B牽引變電所供電，兩變電所進線隔離開關、母線分段隔離開關都長期處于閉合狀態。2臺牽引變壓器的投切直接通過變壓器前的斷路器完成，二者之間有閉鎖關系，不允許同時合閘。A牽引變電所與B牽引變電所的聯絡斷路器1臺閉合、1臺斷開，默認為A牽引變電所聯絡斷路器閉合、B牽引變電所聯絡斷路器斷開，使得聯絡220 kV線路長期帶電。

當1號進線220 kV電源線路發生故障時，A牽引變電所進線斷路器線路保護啟動而跳開，同時打開進線隔離開關，此時B牽引變電所聯絡線檢壓裝置檢出線路失壓，從而啟動電源自投裝置(躲開一次重合閘)，使B牽引變電所聯絡斷路器閉合，由2號進線通過B牽引變電所220 kV母線和兩所間聯絡線路向A牽引變電所供電。

當2號進線220 kV電源線路發生故障時，B牽引變電所進線斷路器線路保護啟動而跳開，同時打開進線隔離開關，此時B牽引變電所進線檢壓裝置檢出線路失壓，從而啟動電源自投裝置(躲開一次重合閘)，使B牽引變電所聯絡斷路器閉合，由1號進線通過A牽引變電所220 kV母線和兩所間聯絡線路向B牽引變電所供電。

當故障電源線路恢復供電，需恢復正常運行方式時，采用程序控制手動投入，先跳開B牽引變電所聯絡斷路器，然后合上原故障線路的進線隔離開關、斷路器。

當聯絡220 kV線路發生故障時，根據電流方向由聯絡斷路器保護跳閘，保護跳閘時閉鎖電源自投裝置。當母線發生故障時，母線上所有斷路器同時跳閘。當聯絡斷路器、牽引變壓器斷路器發生斷路器失靈時，啟動進線斷路器跳閘。

由于保護配置得當，當進線電源發生異常情況及故障時，依靠相應的保護裝置動作來實現兩路電源進線的自投，可滿足供電可靠性及安全性。

需注意的問題是在排除進線電源故障后，需盡快通過倒閘方式恢復正常的供電，即相鄰的2座牽引變電所分別運行，主供所通過聯絡線送電至備供所［9］。

3 結語

大包電氣化改造工程開通運營3年多來，牽引供電系統設備狀態良好，系統運行穩定，供電可靠。“手拉手”供電方式具有結構簡單、投資省、可靠性高等特點，“手拉手”供電方式是解決外部電源稀缺的情況下牽引變電所兩路可靠外部電源的一種較為理想、較為現實的方法。

［1］鐵道部工程設計鑒定中心.關于改建鐵路京包線大同至包頭段電氣化改造工程初步設計的批復［Z］.北京:鐵道部工程設計鑒定中心，2006.

［2］鐵道部工程設計鑒定中心.關于大包線電氣化改造Ⅰ類變更設計的批復［Z］.北京:鐵道部工程設計鑒定中心，2008.

［3］內蒙古電力勘測設計院.大包電氣化鐵路220 kV供電工程可行性研究報告說明書［R］.呼和浩特:內蒙古電力勘測設計院，2008.

［4］中華人民共和國鐵道部.TB10009—2005 鐵路電力牽引供電設計規范［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［5］中華人民共和國國家計劃委員會.計建設［1995］1954號 電氣化鐵路配套電力工程管理辦法［S］.北京:中華人民共和國國家計劃委員會，1995.

［6］中華人民共和國國家發展和改革委員會.DL/T5219—2005 架空送電線路基礎設計技術規定［S］.北京:中國電力出版社，2005.

［7］中華人民共和國住房和城鄉建設部.GB50052—2009 供配電系統設計規范［S］.北京:中國計劃出版社，2009.

［8］中華人民共和國國家發展和改革委員會.DL/T5202—2004 電能量計量系統設計技術規程［S］.北京:中國電力出版社，2004.

［9］稅正中，施懷瑾.電力系統繼電保護［M］.重慶:重慶大學出版社，1997.

［10］丁書文，黃訓誠，胡起宙.變電站綜合自動化原理及應用［M］.北京:中國電力出版社，2003.