淺談電氣化鐵路牽引變電所的戰(zhàn)備設(shè)計(jì)與搶修原則

李良威， 唐偉， 潘英（中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都610031）

?

淺談電氣化鐵路牽引變電所的戰(zhàn)備設(shè)計(jì)與搶修原則

李良威， 唐偉， 潘英
（中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都610031）

摘 要：隨著電氣化鐵路在國(guó)民社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和戰(zhàn)略上發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，牽引供電系統(tǒng)作為電氣化鐵路的動(dòng)力能源核心，其戰(zhàn)備安全問(wèn)題值得關(guān)注。針對(duì)電氣化鐵路的外部電源及牽引變電所將成為未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)中精確制導(dǎo)武器打擊的重點(diǎn)目標(biāo)，從設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)方案和搶修原則等方面進(jìn)行了分析。對(duì)如何提高鐵路外部電源的安全可靠性，增強(qiáng)牽引變電所的供電能力、抗打擊能力以及戰(zhàn)時(shí)受損的恢復(fù)能力等方面進(jìn)行了思考與建議，對(duì)鐵路軍交運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：電氣化鐵路；牽引供電所；外部電源；戰(zhàn)備

1　概述

鑒于電氣化鐵路具有速度快、運(yùn)量大、節(jié)約能源消耗、經(jīng)濟(jì)效益好、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，我國(guó)目前新建的高速鐵路、客運(yùn)專線、重載鐵路、普速鐵路均采用電力牽引，電氣化鐵路已經(jīng)成為我國(guó)國(guó)家交通線的重要核心組成部分，且鐵路的電氣化率在逐年提高。

電氣化鐵道供電，因其用電量大、分布廣，因而形成相對(duì)獨(dú)立于電力系統(tǒng)的電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)（如圖1所示）。牽引變電所把區(qū)域電力系統(tǒng)送來(lái)的電能，根據(jù)電力牽引對(duì)電流和電壓的不同要求，轉(zhuǎn)變?yōu)檫m用于電力牽引的電能，然后分別送到沿鐵路線上空架設(shè)的接觸網(wǎng)，為電力機(jī)車供電；或者送到地下鐵道等城市交通所需的供電系統(tǒng)，為地鐵電動(dòng)車輛或電車供電［1］。

圖1　電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)

一條電氣化鐵路沿線設(shè)有多個(gè)牽引變電所，相鄰變電所間的距離約為30～60km。牽引供電系統(tǒng)作為電氣化鐵路的動(dòng)力能源核心，被稱之為電氣化鐵路的“心臟”。它能夠在戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期為大兵團(tuán)密集輸送和物質(zhì)裝備運(yùn)輸提供必要的保障條件，將成為未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)中精確制導(dǎo)武器打擊的重點(diǎn)。如何提高外部電源的安全可靠性，增強(qiáng)牽引變電所的抗打擊能力和戰(zhàn)時(shí)受損的恢復(fù)能力將成為我們思考和關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容。

2　外部電源及牽引變電所的戰(zhàn)備設(shè)計(jì)

2．1外部電源的戰(zhàn)備設(shè)計(jì)

在電力牽引區(qū)段，牽引供電的可靠性，關(guān)系到鐵路運(yùn)輸?shù)目煽啃裕瑺恳╇娨坏┩Ｖ梗秒妳^(qū)段的鐵路就會(huì)陷于癱瘓，導(dǎo)致運(yùn)輸混亂、造成國(guó)民經(jīng)濟(jì)重大損失。根據(jù)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)與民用供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，將電力牽引定為一級(jí)負(fù)荷。牽引變電所兩路電源一般來(lái)自電力系統(tǒng)不同的變電站（或電廠）。當(dāng)確有困難時(shí)，可來(lái)自同一變電站不同回路的兩段母線。

為了提高外部電源的安全可靠性，在未來(lái)電網(wǎng)建設(shè)中，為了把高壓輸電線分區(qū)以縮小故障范圍，建議每隔250～400km設(shè)高可靠性、多電源端的中央支持式變電站，它除了完成一般變電站的功能外，還把高壓電網(wǎng)送來(lái)的電能，通過(guò)它的母線和輸電線分配給其他外部電源供給點(diǎn)的變電站，戰(zhàn)時(shí)可啟動(dòng)備用輸電網(wǎng)絡(luò)，提高外部電源的可靠性。

同時(shí)，由于架空輸電線路屬于高空表面暴露設(shè)備，容易成為打擊破壞的目標(biāo)，尤其是鐵塔在損壞后修復(fù)時(shí)間長(zhǎng)、難度大、影響大，可考慮某些重要的負(fù)荷點(diǎn)和樞紐地區(qū)的輸電線路采用地下電纜方式，埋設(shè)于地下，能夠有效的隱蔽，敵方難以發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，不容易破壞，從而提高輸電線路的可靠性。

為保證電網(wǎng)的穩(wěn)定性，電網(wǎng)部門應(yīng)與鐵路部門建立戰(zhàn)爭(zhēng)情況下的供電保障聯(lián)合體，對(duì)n－1、n－2、…運(yùn)行方式下系統(tǒng)供電能力和穩(wěn)定性進(jìn)行研究（指電力系統(tǒng)的n個(gè)元件中的任1、2、…個(gè)獨(dú)立元件（發(fā)電機(jī)、輸電線路、變壓器等）發(fā)生故障而被切除后，應(yīng)不造成因其他線路過(guò)負(fù)荷跳閘而導(dǎo)致用戶停電，不破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性，不出現(xiàn)電壓崩潰等事故），提前預(yù)測(cè)在電網(wǎng)受損情況下的最大供電能力，以提醒鐵路制定相應(yīng)的戰(zhàn)備運(yùn)輸組織模式。

2．2牽引變電所的戰(zhàn)備設(shè)計(jì)

2．2．1牽引變電所選址

牽引變電所的設(shè)置要按照運(yùn)輸能力要求分散式布置，同時(shí)要符合洪水位要求，避開(kāi)地質(zhì)不良地帶，滿足與重要工業(yè)設(shè)施和目標(biāo)的距離等要求。

為確保牽引變電所的安全性和可靠性，建議在選址時(shí)充分考慮戰(zhàn)備需要，提高其戰(zhàn)時(shí)的生存能力，位置盡量隱蔽，可根據(jù)地形地貌特征，采用染色法對(duì)變電所實(shí)施偽裝，讓其與周圍環(huán)境融為一體；同時(shí)，在戰(zhàn)時(shí)可修建假目標(biāo)，選擇高空易發(fā)現(xiàn)地區(qū)，按照變電所的布置裝備簡(jiǎn)易的變電所替身，可以有效的迷惑敵方的空中打擊。

2．2．2牽引變電所布置

為便于牽引變壓器的檢修或排除故障問(wèn)題，牽引變壓器采用一主一備的運(yùn)行方式，提高運(yùn)行的可靠性。分支接線具有接線簡(jiǎn)單、設(shè)備較少、操作方便、維護(hù)簡(jiǎn)單、投資節(jié)省等優(yōu)點(diǎn)，基本能滿足電氣化鐵道供電安全可靠的要求，被廣泛應(yīng)用，而采用分段單母線接線形式的比較少。目前設(shè)計(jì)中常用的27．5 kV和55kV斷路器的備用方式，一般采用50%備用、旁路斷路器備用和不接入主接線斷路器備用等三種備用方式。

為提高牽引變壓器的高可靠性，建議在重要樞紐中心配置移動(dòng)變壓器，戰(zhàn)時(shí)啟動(dòng)移動(dòng)備用方式；同時(shí)在適當(dāng)?shù)拈g隔范圍采用變壓器容量備用方式，靠增大相鄰變電所單臺(tái)容量提高特殊時(shí)期的供電能力；對(duì)于電網(wǎng)較薄弱地區(qū)，可考慮采用可用外橋接線，地區(qū)電能可以通過(guò)牽引變電所穿越功率，為地區(qū)供電提供通道條件。

2．2．3牽引變電所供電能力

計(jì)算牽引變壓器容量時(shí)，對(duì)客運(yùn)量大的電氣化區(qū)段所有上、下行列車可按滿載列車考慮，應(yīng)考慮按客車比例計(jì)算。在供電系統(tǒng)發(fā)生故障或因其他原因造成中斷行車3～4h后，為了疏解列車以及在正常運(yùn)輸情況為了搶運(yùn)貨物，就可能出現(xiàn)列車緊密運(yùn)行的情況，但緊密運(yùn)行的時(shí)間不會(huì)長(zhǎng)，所以牽引變壓器容量在包括允許過(guò)載能力下，應(yīng)滿足出現(xiàn)的最大牽引負(fù)荷要求，這是校核牽引變壓器容量的條件。越區(qū)供電屬于非正常運(yùn)行狀態(tài)，牽引變壓器容量、接觸網(wǎng)電壓水平等不能滿足正常行車需要，對(duì)這種運(yùn)行狀態(tài)必須對(duì)行車量加以限制，僅保證軍用列車或其它重要列車通過(guò)。

為提高牽引變壓器在戰(zhàn)備時(shí)期的供電能力需求，需提前做好各種供電運(yùn)行方式（單邊供電、雙邊供電、迂回供電、越區(qū)供電、大越區(qū)供電等）的運(yùn)輸能力方案，同時(shí)建議可考慮在適當(dāng)?shù)拈g隔范圍采用變壓器容量備用方式，牽引變電所首段設(shè)置加強(qiáng)線以提高接觸網(wǎng)載流能力，牽引變電所內(nèi)部設(shè)置串聯(lián)補(bǔ)充裝置以提高接觸網(wǎng)末端電壓水平，以此全面提高牽引變電所的供電能力，增強(qiáng)戰(zhàn)時(shí)對(duì)緊密運(yùn)輸?shù)木o急需求滿足能力。

2．2．4地下?tīng)恳冸娝桨?/p>

當(dāng)前國(guó)際矛盾、世界戰(zhàn)略格局風(fēng)云變幻，有必要提前考慮采用高新技術(shù)打造重大工程項(xiàng)目，提高整個(gè)系統(tǒng)的安全性。

利用最新技術(shù)采用高緊湊性GIS（全封閉組合電器）、智能化、數(shù)字化、無(wú)人值守方式，在重點(diǎn)地區(qū)建造地下?tīng)恳冸娝蛘咚淼纼?nèi)牽引變電所（見(jiàn)圖2），其隱蔽性高、防護(hù)能力強(qiáng)、人員進(jìn)出不易，外界不易察覺(jué)，同時(shí)由于地表厚土對(duì)電磁場(chǎng)輻射的屏蔽作用，能最大限度降低外界的電磁偵查；同時(shí)其表面有幾米厚的土層或者山體防護(hù)，大大增強(qiáng)了其抗打擊能力。地下?tīng)恳冸娝蛘咚淼纼?nèi)牽引變電所可以在地面牽引變電所遭受打擊后發(fā)揮后備作用，維持鐵路供電，提高供電的可靠性。

2．2．5移動(dòng)牽引變電所方案

戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期，固定設(shè)置容易被發(fā)現(xiàn)而遭受打擊，為減少對(duì)固定牽引變電所的唯一依賴，可在供電段配置相應(yīng)的移動(dòng)式牽引變電站（如圖3所示），同時(shí)前期預(yù)留好接觸網(wǎng)上網(wǎng)點(diǎn)和外部電源接入點(diǎn)。移動(dòng)變電站同時(shí)具備鐵路和公路行駛能力，具有非常好的靈活性和快速性，其整體性好，運(yùn)行安全可靠，使用靈活，在野外、山中、路旁等，只要有電源的合適點(diǎn)，就可以將其拖到現(xiàn)場(chǎng)，在極少工作量的情況下，在極短的時(shí)間內(nèi)完成變電站的連接工作。為搶修和調(diào)整原有設(shè)備贏得了時(shí)間，從而可以在短暫的中斷后重新供電。

圖2　地下?tīng)恳冸娝疽鈭D 圖3　移動(dòng)式牽引變電站示意圖

3　戰(zhàn)爭(zhēng)情況下?tīng)恳冸娝膿屝拊瓌t

3．1戰(zhàn)備供電方案制定

提前與電網(wǎng)公司進(jìn)行溝通，對(duì)外部電源及輸電線路進(jìn)行戰(zhàn)備保障，制定應(yīng)急電源方案，確保牽引變電所供電不中斷。

供電系統(tǒng)搶修要遵循“先通后復(fù)”和“先通一線”的基本原則，當(dāng)一個(gè)牽引變電所遇到敵方襲擊退出運(yùn)行后，可以采用越區(qū)供電或大越區(qū)供電等方式，連續(xù)牽引變電所遭受打擊后可通過(guò)調(diào)度啟用移動(dòng)變電站。需要鐵路戰(zhàn)備部門提前制定應(yīng)急供電方案，對(duì)追蹤間隔、運(yùn)行速度、列車對(duì)數(shù)進(jìn)行規(guī)定，盡快恢復(fù)變電站供電。當(dāng)變電站饋線設(shè)備（比如上網(wǎng)開(kāi)關(guān)或斷路器）遇到故障時(shí)，可臨時(shí)切除該設(shè)備，合上分區(qū)所處的上下行并聯(lián)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)并聯(lián)供電。

深入研究牽引供電系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)律，戰(zhàn)備重點(diǎn)保障線路應(yīng)提前計(jì)算明確直供條件下和AT供電方式下的列車通過(guò)能力，為故障緊急情況下、特殊供電方式下的列車開(kāi)行對(duì)數(shù)確定提供理論依據(jù)。

3．2戰(zhàn)爭(zhēng)情況下的搶修原則與方案

以最快的速度設(shè)法先行供電，恢復(fù)供電，必要時(shí)可采取迂回供電、越區(qū)供電或限制列車速度通過(guò)、臨時(shí)內(nèi)燃牽引等措施，縮短停電、中斷行車時(shí)間，并及時(shí)安排時(shí)間處理遺留工作，使供電系統(tǒng)及早恢復(fù)正常技術(shù)狀態(tài)。在雙線電化區(qū)段，除按上述先通后復(fù)的原則外，還應(yīng)遵循先通一線的原則制定搶修方案，集中力量以最快的速度設(shè)法先通一線，盡快通車［2］。

在進(jìn)行搶修時(shí)，可以采取燃放煙霧彈等對(duì)敵方進(jìn)行干擾，并使用先進(jìn)的通訊工具與前方、后方保持聯(lián)系，避免受到敵方的通訊干擾，保證搶修的順利組織，避免搶修人員無(wú)法收到指令，有危險(xiǎn)時(shí)能及時(shí)收到信息組織撤離。

3．3供電系統(tǒng)搶修時(shí)間

科學(xué)配置牽引供電故障搶修資源，變電站內(nèi)、接觸網(wǎng)工區(qū)內(nèi)應(yīng)常備外部電源高壓電纜和牽引供電的設(shè)備材料，接到搶修命令后搶修人員、設(shè)備、工器具從供電工區(qū)出發(fā)后，力爭(zhēng)到達(dá)故障地點(diǎn)的時(shí)間控制在0．5h。在戰(zhàn)備時(shí)期，可在牽引變電所附近派人駐守并儲(chǔ)備基本設(shè)備物資、工器具等，保證能及時(shí)對(duì)牽引變電所的搶修恢復(fù)。

3．4牽引變電所搶修原則

應(yīng)制定針對(duì)牽引變電所發(fā)生故障后的應(yīng)急搶修預(yù)案，包括對(duì)各類設(shè)備、各種類型的故障分別制定詳細(xì)搶修預(yù)案，并遵循以下總原則：

（1）牽引變電所發(fā)生故障后，應(yīng)遵循“先通后復(fù)”的原則，通過(guò)改變?cè)O(shè)備運(yùn)行方式盡一切可能盡快恢復(fù)供電。

（2）若二次設(shè)備發(fā)生故障、短時(shí)不能排除的，在有備用保護(hù)的情況下，可采取臨時(shí)撤除部分保護(hù)裝置的措施，盡快恢復(fù)送電。

（3）若在5min之內(nèi)不能通過(guò)本所進(jìn)行送電的，應(yīng)立即采取相鄰變電所越區(qū)供電的臨時(shí)措施，以縮短停電時(shí)間。同時(shí)，越區(qū)供電期間，供電調(diào)度應(yīng)通知列車調(diào)度員，對(duì)相應(yīng)區(qū)段適當(dāng)限制車流。

（4）牽引變電所中發(fā)生電氣設(shè)備事故（故障）后，值班員應(yīng)迅速報(bào)告供電調(diào)度，除按規(guī)定收集故障信息進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)防護(hù)外，還應(yīng)在力所能及的范圍內(nèi)采取措施，防止事故的發(fā)展，盡可能消除事故根源，減少事故損失。

4　結(jié)束語(yǔ)

本文以鐵路的動(dòng)力源——牽引變電所作為主要目標(biāo)摸索了一套針對(duì)戰(zhàn)爭(zhēng)前準(zhǔn)備、戰(zhàn)爭(zhēng)后搶修的方案，為我國(guó)從容應(yīng)對(duì)突發(fā)事件、保證戰(zhàn)時(shí)供電系統(tǒng)正常運(yùn)行，提供一定的借鑒。

參考文獻(xiàn)

［1］孫杰華．牽引變電所直流系統(tǒng)故障分析和解決方法［J］．黑龍江科技信息，2010（27）：18

［2］唐偉，楊佳，潘英．接觸網(wǎng)戰(zhàn)備設(shè)計(jì)及戰(zhàn)時(shí)搶修的思考與建議［J］．電氣化鐵道，2015（4）：4－6

Discussion on the Design of Electrified Railway Traction Substations and Principles for the Rush－Repair of Them in Wartime

Li Liangwei， Tang Wei， Pan Ying
（Engineering Co．Ltd．of the 2nd Institution Group of the Railway Building Corporation of China，Chengdu 610031，China）

Abstract：With the electrified railway playing a more and more important role in the national society，economy and strategy，the security of the traction power supply system，as a dynamic energy core of the electrified railway，is worth much of our attention．As the external power and traction substations of electrified railways may become the key targets to be attacked with precisionguided weapons，they are analyzed in the paper respectively from the angles of design standards，design solutions and principles for rush－repair．How to improve the security and reliability of the external power supplies and enhanced the traction substation power supply capability，anti－strike capability and capacity of recovery in wartime are reflected upon，with useful suggestions put forward．The paper may serve as a useful reference for the design of railway military transportation．

Key words：electrified railway；traction power supply substation；external power supply；preparedness against war

作者簡(jiǎn)介：李良威（1982—），男，高級(jí)工程師，主要從事電網(wǎng)設(shè)計(jì)和鐵道電氣化設(shè)計(jì)工作 69564703＠qq．com

收稿日期：2015－10－12

中圖分類號(hào)：U224

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672－3953（2016）01－0019－04

DOI：10．13219／j．gjgyat．2016．01．005