既有紅檸鐵路牽引供電系統(tǒng)能力提升改造設(shè)計注意事項和應(yīng)用

龔雪梅

(中鐵第五勘察設(shè)計院集團有限公司,北京 102600)

1 引言

牽引供電系統(tǒng)是鐵路安全運行的保證，但隨著運量的提升或者運行的電力機車編組方式變化，部分老舊鐵路的牽引供電系統(tǒng)已不能滿足機車的正常運行，存在過負荷或者跳閘現(xiàn)象，急需對牽引供電系統(tǒng)進行改造，以適應(yīng)目前鐵路的運量和保證機車的正常運行。本文通過對既有紅檸電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)能力提升改造的分析，提出一些改造設(shè)計注意事項供大家參考。

2 既有紅檸電氣化鐵路概況

紅檸鐵路為單線電氣化地方運煤鐵路，全長43.23km。在檸條塔站設(shè)置牽引變電所一座，采用兩回110kV電源進線，一主一備，所內(nèi)設(shè)兩臺110/27.5kV三相V/V結(jié)線變壓器，容量為2×(16+10)MVA，16MVA對應(yīng)檸條塔至神木西供電臂，10MVA對應(yīng)紅柳林至檸條塔供電臂。

紅檸鐵路的接觸網(wǎng)采用簡單鏈型懸掛方式，正線采用JTM-95+CTS120導(dǎo)線組合，站線采用JTMH-70+CTS85導(dǎo)線組合，回流線采用LBGLJ-185，供電線采用2×LBGLJ-185，檸條塔至侯家母區(qū)段設(shè)有LBGLJ-185的加強導(dǎo)線，架空地線采用LBGLJ-70導(dǎo)線。

紅檸鐵路原設(shè)計主要技術(shù)標準如表1所示。

表1

3 紅檸電氣化鐵路存在問題分析

檸條塔牽引變電所的紅柳林至檸條塔供電臂存在過負荷跳閘現(xiàn)象(變壓器容量為10MVA)。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，紅檸鐵路目前的運量還未達到設(shè)計的運量，但電力機車類型及運行方式發(fā)生了變化。目前，紅檸鐵路存在兩種類型的列車編組，一種是牽引質(zhì)量4500t，牽引機車采用HXD1B；一種是牽引質(zhì)量5000～5400t，牽引機車采用HXD3B雙機。當(dāng)紅柳林至檸條塔供電臂存在兩列重載列車(雙機HXD3B型電力機車牽引)同時運行時，其最大功率需求為28.8兆伏安，遠大于目前變壓器的兩倍過負荷(20兆伏安)，所以牽引供電系統(tǒng)無法滿足紅檸鐵路兩列重載列車的運輸需求。雙機牽引是導(dǎo)致目前紅檸鐵路牽引供電系統(tǒng)不能滿足運輸需求的主要原因。

4 改造措施

4.1 牽引變電所的主接線

維持檸條塔牽引變電所既有主接線不變。牽引變電所引入兩回110kV電源，中間設(shè)帶隔離開關(guān)分段的跨條，在進線隔離開關(guān)內(nèi)側(cè)母聯(lián)跨條處設(shè)置一組保護、測量、計費用電壓互感器。設(shè)置兩臺牽引變壓器，采用一主一備運行方式，并設(shè)置備用電源自投裝置。計費采用高壓側(cè)計費方式。27.5kV側(cè)母線采用單母線分段接線方式，饋線斷路器采用固定備用方式。

4.2 牽引變電所的總平面

維持既有檸條塔牽引變電所總平面布置及生產(chǎn)房屋布置形式不變，本次工程僅對不滿足供電需求的變電設(shè)備進行更新。

4.3 更換的主要設(shè)備

為滿足紅檸鐵路上電力機車的正常運行，需對以下設(shè)備進行更換。

表2

4.4 防雷、接地及回流

(1)維持檸條塔牽引變電所內(nèi)的既有防雷措施不做改變。

(2)接地

所亭接地設(shè)計除應(yīng)滿足工作接地的需要外，還應(yīng)滿足人身安全要求，由于以前水平接地體采用扁鋼—40×5，垂直接地極采用LDB-φ20×2500mm，運行一段時間后，考慮接地網(wǎng)的腐蝕等，可能存在接地電阻值已不滿足要求，故對接地網(wǎng)進行重新敷設(shè)。

①接地體

牽引變電所設(shè)置以水平接地體為主的網(wǎng)格式接地裝置。接地網(wǎng)由埋深為0.8m(凍土區(qū)段埋深在凍土層以下)的硬銅絞線水平接地體為主，相隔適當(dāng)距離加垂直接地體(長2.5m，純銅接地棒)為輔的復(fù)合接地網(wǎng)組成，均壓帶平均間距為5m～10m。在變電所的進、出口處，埋設(shè)帽檐形輔助均壓帶，所內(nèi)道路維持既有標準不變。

牽引變電所接地網(wǎng)的接地電阻按系統(tǒng)短路電流進行計算確定，并應(yīng)滿足接觸電位差和跨步電位差的要求。當(dāng)各所的接地電阻實測值達不到要求時，可采用復(fù)合接地極以降低接地電阻。

②避雷針接地

避雷針單獨設(shè)置一套接地裝置，接地電阻應(yīng)小于10Ω。當(dāng)避雷針接地裝置接地電阻大于10Ω時，避雷針的接地裝置可與主地網(wǎng)連接，與主接地網(wǎng)的地下連接點至設(shè)備與主地網(wǎng)的地下連接點沿接地體的長度不小于15m。

③二次系統(tǒng)接地

維持檸條塔牽引所內(nèi)既有二次系統(tǒng)接地形式不變。

(3)回流

對牽引變電所回流系統(tǒng)進行補強，回流系統(tǒng)采用10根ZC-YJV73 1kV 1×150mm2電纜(鋼軌6根，回流線4根)，新增集中接地箱一處，集中接地箱至各變壓器中性點的電纜采用4根ZC-YJV73 1kV 1×400mm2電纜。

4.5 接觸網(wǎng)改造

對接觸網(wǎng)進行改造，主要為架設(shè)加強線。因兩列重載列車同時運行時接觸懸掛有效電流最大值為1063A。因此檸條塔至紅柳林供電臂的檸條塔牽引所至張家峁區(qū)間增設(shè)LBGLJ-185加強導(dǎo)線。

4.6 施工時注意事項

(1)在進行施工時，需注意牽引變電設(shè)施的過渡原則：

牽引變壓器及110kV電流互感器的改造，按照1#系統(tǒng)運行改造2#系統(tǒng)，2#系統(tǒng)運行改造1#系統(tǒng)的原則進行。

27.5kV側(cè)高壓室內(nèi)的改造采用移動高壓室，改造過程中高壓室退出運行。

(2)改造時需注意，采購的新設(shè)備要滿足安裝要求。

5 結(jié)論

隨著鐵路運量的增長或者電力機車編組運行方式的變化，既有牽引變電所的設(shè)備容量、參數(shù)、導(dǎo)線載流可能不能保證電力機車的正常運行，那么需要對牽引變電所的設(shè)備進行升級改造。本文主要通過對紅檸電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)能力提升改造的分析，為今后類似的改造項目提供參考。