鐵路樞紐大型客站的牽引供變電設計

【摘 要】研究目的：鐵路樞紐大型客站是多條鐵路干線的交匯處，是鐵路樞紐的客運負荷中心，是涉及車站、聯絡線、動車所和機務等多種技術設施構成的大型鐵路綜合設施，對牽引供電的可靠性和靈活性要求較高。本文從鐵路樞紐大型客站的自身特點出發，結合牽引供電系統運營維護管理特點，對大型客站在牽引供變電設計中需要考慮的因素及提高牽引供電可靠性和靈活性的措施進行了分析和討論。

【關鍵詞】大型客站；牽引供電；變電所；主接線；設備選型

隨著我國鐵路建設的快速發展，鐵路樞紐大型客站不斷涌現。大型客站是多條鐵路干線的交匯處，是涉及車站、聯絡線、動車所和機務等多種技術設施構成的鐵路綜合設施，是組織車流交換和供應運輸動力的重要據點，承擔著上百對旅客列車的繁重運輸任務，一旦停電將嚴重影響正常的鐵路運輸秩序，因此大型客站對牽引供變電系統的安全性和可靠性要求較高。

1.鐵路樞紐大型客站的特點

此外，大型客站附近的聯絡線較多；通常按照城市規劃選址，周邊與市政設施公路等連接緊密，變電所選址、外部電源進線和27.5kV饋線的路徑相對困難；大型客站和動車段的照明負荷和空調負荷一般較重，常規的10kV或35kV電力配電所難以承擔，通常需要與牽引變電所共用外部電源，變電所主接線比較復雜。

2.牽引供電設計

2.1供電方案

大型客站是鐵路樞紐的客運負荷中心，同時也是不同鐵路干線牽引供電系統交匯的地方。不同線路供電方式之間需要考慮銜接，相鄰線牽引供電設施之間需要考慮相位匹配和相互支援，動車段、機務段等需要考慮垂直檢修天窗下的運行，因此大型客站對牽引供電質量和可靠性要求較高。

《鐵路電力牽引供電設計規范》（TB10009—2005）中第3.2.7條規定：“機務段等應設獨立供電線，有條件時折返段可設獨立供電線”，“大型客站應設置獨立供電線，并實行分束供電”。《高速鐵路設計規范（試行）》（TB1062l_2009）第11.2.5條規定：“動車段（所）應采用雙回電源供電，其中至少1回為獨立電源。”根據以上規范要求并結合大型客站正線數目多、客場多、動車段或機務段需獨立供電等特點，在大型客站處設置牽引變電所能同時向多條鐵路干線和大型客站供電，同時還能夠兼顧聯絡線和機務設施的供電，供電能力利用充分。因此應優先考慮在大型客站設置牽引變電所。

2.2供電分段設計

大型客站同時連接數條鐵路干線，為減小接觸網檢修或故障時的停電影響范圍，大型客站一般按照線路不同方向劃分供電分區，不同客車場的上行場和下行場、動車段（所）、機務段、較長的聯絡線均采用牽引變電所出獨立饋線供電的方式；相鄰供電單元之間設置聯絡開關并納入遠動。

大型客站的這種“細分單元+遠動聯絡開關”的供電方式供電可靠性較高，縮小了檢修或故障條件下的停電影響范圍，大大降低了對運輸組織的影響。但同時也大大增加了牽引變電所的饋線數量。不少大型客站牽引變電所的饋線數量在20條以上，給牽引變電所場坪布置、饋線出線走廊布置等帶來一些影響。

2.3越區及過渡方案設計

大型客站設置牽引變電所，則對于連接大型客站的多條干線而言，意味著牽引供電系統將采用“由里向外”的供電方式，客站牽引變電所成為中心變電所，則必須考慮該客站牽引變電所與連接線路上牽引變電所之間的銜接、支援的靈活性、相位的匹配等關系。

為提高運輸質量、減少電分相數量，大型客站的所有客場和機務設施由客站牽引變電所的同一相供電，客場之間以及客場和機務設施之間均采用電分段。當兩回外電線路檢修或故障退出、變電設備故障等原因導致該客站變電所退出運行時，大型客站亦只能由連接客站的某條干線的牽引變電所通過上下行正線來越區供電。則在牽引供電設計中客場之間以及客場和機務設施之間要考慮設置聯絡開關以保證電的連通。

為減輕越區供電時對大型客站運輸能力的影響，在供電方案設計中可以考慮指定某相鄰牽引變電所作為越區供電時的首選，同時將兩變電所之間的供電臂適當縮短來提高越區供電能力。

當連接大型客站的多條鐵路干線分期分步實施時，客站牽引變電所在牽引變壓器容量、饋線布置、供電線路徑、接觸網分段和聯絡開關設置等方面還要考慮近遠結合的實施方案和過渡措施。

3.牽引變電設計

鐵路樞紐大型客站的站房和動車段等設施的電力負荷用電需求非常繁重，近年來站區內牽引變電所和電力變電所均采用了合建方式，共用兩路220kV外部電源，經牽引變壓器和電力變壓器分別降壓后向牽引及電力設施供電，因此大型客站牽引變電所的電氣規模較大，在主接線、場坪與房屋、設備選型、電纜敷設等方面均與常規牽引變電所有所不同。

3.1 220kV主接線設計

目前共用外部電源的電力電化合建變電所存在幾種主接線模式：線路變壓器組接線、線路分支接線、單母線分段接線。幾種模式均具有投入運行的經驗，其主要特點如下。

3.1.1線路變壓器組接線

該方案接線簡單，僅各變壓器前設置高壓斷路器。正常時兩路電源同時投入，牽引變～主一備運行，電力變并列運行。當工作電源失壓或變壓器故障時，牽引變通過自投裝置切換至另一組電源及變壓器供電，電力變壓器通過10kV側自投裝置將10kV母聯開關合閘由一臺電力變壓器向兩段電力母線供電。運行方式的變化均需由相應的閉鎖關系配合。

3.1.2線路分支接線

該方案兩路220kV進線通過電動隔離開關與220kV母線相連，兩路220kV進線電源之間設置帶隔離開關（或斷路器）的跨條，各變壓器前設置高壓斷路器。

正常時兩路電源同時投入，牽引變一主一備運行，電力變并列運行，母聯隔離開關（斷路器）分閘。當工作電源失壓或變壓器故障時，牽引變可通過自投裝置切換至交叉供電方式或另一組直列供電方式，電力變可通過10kV側自投裝置將10kV母聯開關合閘由一臺電力變壓器向兩段電力母線供電或通過手動方式實現一路電源帶兩臺電力變運行。上述運行方式的變化均需由相應的閉鎖關系配合。

3.1.3單母線分段接線方式

單母線分段接線方式與線路分支接線類似，區別在于除各變壓器前設置高壓斷路器外，兩路220kV進線及跨條上均設置高壓斷路器，各種運行方式的切換均采用斷路器，切換時間短且可避免切換過程中開關合于故障點上而引起故障的擴大化。同時除常規的變壓器保護外可增設220kV母線差動保護及與上級220kV開關站相應饋線配合設置線路保護。

3.1.4主接線方案比選

以上方案中，線路變壓器組接線方案簡單，運行方式較為單一，在一路電源失壓后，電力變壓器僅能單臺運行，不能保證電力三級負荷的供電，具有一定的局限性；而線路分支接線與單母線分段接線在運行方式上較為類似，分支接線較為簡單功能基本完善，單母線分段接線相對復雜功能更全面，兩種方案的選擇可結合外部電源要求及項目特點進一步比選確定。

3.2場坪、房屋布置及設備選型

電力電化合建的大型客站變電所設置4臺220kV變壓器，牽引饋線規模一般在20回以上，電力饋線規模在10回以上，若采用常規室外布置，勢必會占用龐大的土地面積，不符合國家的用地政策；同時變電所通常位于市區，土地資源價值較高，故在場坪及房屋布置方案的確定上應結合主要設備選型做技術經濟比較。目前，中高壓開關設備一般采用室內開關柜布置方案，以節約占地面積及減小對周圍環境的影響。

3.2.1總平面布置

一般除牽引變壓器采用戶外低式布置外，其余中高壓設備均采用戶內組合電器設備。所內設置4.5m寬的運輸通道，且形成環形，同時滿足設備運輸及消防通道的要求。

3.2.2房屋布置

所內房屋采用樓房布置，設置220kV高壓室（室內設置安裝及檢修用行車）、27.5kV高壓室、主控制室、通信室、值守室及電力配電所相關房屋。應結合設備特點進行房屋布置，對重型設備考慮設置在一樓，在27.5kV高壓室下應設置電纜夾層。為方便高壓電纜及控制電纜的進出，還應在適當位置配置電纜溝、電纜墊層、電纜豎井等。

3.2.3主要設備選擇

牽引變壓器一般采用V/x、V/v、單相等接線型式，油浸自冷并預留風冷條件；電力變壓器采用星/三角接線，油浸自冷并預留風冷條件；220kV設備采用戶內組合電器；27.5kV（2×27.5kV）設備采用戶內開關柜；二次設備采用集中組屏式綜合自動化裝置；與電力配電所共用交直流系統，直流電源采用鉛酸免維護智能型。

3.3電纜敷設設計

結合設備選型，當27.5kV設備采用戶內開關柜布置方式時，饋出線僅能采用電纜方式。所內電纜一般根據負荷需要并按照n+l的方式進行冗余設置，采用非磁性鎧裝的交聯聚乙烯專用27.5kV高壓電纜。電纜采用電纜溝或電纜隧道敷設方式，電纜溝的設置應充分考慮電纜的轉彎半徑、散熱等問題。電纜一般采用單點接地方式，在GIs開關柜處采用直接接地，在戶外電纜頭處將電纜屏蔽層和鎧裝層引出并通過電纜護層電壓限制器進行接地。所內電纜設計應嚴格執行《電力工程電纜設計規范》（GB50217_2007）的要求。

由于饋線數量較多，不同電壓等級的多根電纜同溝敷設已不可避免。此時若一根電纜出現故障，特別是產生電弧、明火等情況時，往往會引燃其他的電纜，造成“火燒連營”后果，影響范圍較大。因此在大型客站變電所電纜敷設中應采用阻燃型電纜并考慮設置阻燃防火抗電弧包帶、防火板等措施以避免類似情況出現，提高大型客站變電所運行的可靠性。

4.結論

本文從鐵路樞紐大型客站特點出發，對大型客站牽引供變電設計進行了分析，得出以下結論：

（1）大型客站應優先設置牽引變電所，細分供電單元并考慮越區及過渡供電方案。

（2）大型客站電力電化合建變電所主接線方案可采用線路分支接線或單母線分段接線，并結合外部電源要求及項目特點進一步比選確定。

（3）大型客站內電力牽引合建所一般采用戶內開關柜布置方案，以節約占地面積及減小對周圍環境的影響。

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