廣州南牽引所至動車段27.5 kV供電饋線優(yōu)化分析

陳 靖

(中鐵電氣化局集團第一工程有限公司，北京 100070)

廣州南牽引變電所共12路供電饋線，分別給武廣、貴廣、廣珠城際、動車段、廣州南站及其聯(lián)絡線接觸網(wǎng)供電，受市政及南站景觀規(guī)劃制約，各路饋線均采用27.5 kV/1×300 mm2型電纜引出，其中廣州動車段設計由廣南牽引所223、224饋線引出至廣州南站南咽喉區(qū)，再通過電纜分接箱將兩路所出饋線各分成2束，分別給廣州南站站線及動車段開閉所供電，其原設計分接箱處未設隔離開關導致在動車段(含走行線)或廣州南站任意一處發(fā)生接觸網(wǎng)供電故障，整個饋線即停電的被動局面，增大了事故范圍，也同時造成廣州南站和廣州動車段不能單獨停電進行檢修;加之其單路供電電纜即達5 km，其供電路徑長、且需穿越多處河道、公路、橋梁等特殊路段，部分電纜溝還涉及征地，使電纜敷設施工及其日后安全維護、事故檢修極為困難，為此，結合廣南牽引所供電分束及現(xiàn)場實際，為確保廣州南站及動車段供電分束的獨立性，有效提高供電的安全、可靠性，特提出了相關優(yōu)化變更方案［9，11］。

1 廣南動車段供電分束概況

廣州南牽引變電所位于廣州南站南咽喉武廣、廣珠場站線夾角區(qū)，其武廣場站線和動車段開閉所均通過廣南牽引變電所223、224饋線供電，即由廣南牽引所223、224饋線引出至廣州南站南咽喉區(qū)，再通過三分支電纜分接箱(即進1饋2型)將兩路所出饋線各分成2束，分別給廣州南站咽喉區(qū)武廣場上、下行站線接觸網(wǎng)(在SW1401、SW1301隔離開關處上網(wǎng))及動車段開閉所供電，動車段開閉所再向動車段內及動車走行線分相遠離廣州南站側接觸網(wǎng)供電，而其初始設計采用單束2根27.5 kV/1×300 mm2型電纜饋線，且在廣南所出饋線分接箱處未設隔離開關，使廣州南站站線與動車段供電無法分離，其任意點供電故障即導致廣州南及動車段接觸網(wǎng)同時停電，影響巨大，同時還無法單獨停電進行天窗點檢修作業(yè)，給運營、檢修維護造成極大困難，加之變電所至動車開閉所單路電纜長達5 km，自廣南電纜分接箱處饋線至動車段需先經(jīng)1.4 km地下電纜溝、三處市政公路穿管或爬橋、一處梁底架空后，再上高架橋經(jīng)約4 km橋上外掛電纜溝引致動車段開閉所(圖1)，其路徑復雜、并涉及電纜溝征地，單路電纜過長也導致電纜敷設、接地保護施工極為困難，更不利于日常運營檢查維護及事故搶險。

圖1 廣南牽引所至動車段初始設計電纜敷設路徑

2 長距離饋線電纜問題分析

隨著我國電氣化鐵道、尤其是高速客運專線的快速發(fā)展，牽引變電所大量采用GIS和AIS開關柜，高壓室進出線、饋線及供電線上網(wǎng)處普遍采用27.5 kV單芯鎧裝電纜。根據(jù)近年來的運行實踐表明，高壓電纜因生產(chǎn)、運輸、安裝工藝、單相感應電影響等原因造成一系列影響行車故障，加之受環(huán)境、地域條件限制，電纜故障排查十分困難［1，4］。根據(jù)客運專線接觸網(wǎng)運行載流需求，AT供電方式下的牽引變電所，每一路T線、F線饋線一般都各采用3根1×300 mm2型電纜供電，而根據(jù)電纜保護接地要求，長距離饋線電纜一般需每400 m(直供)或800 m(AT供電)設一處接地保護，同時受300型電纜出廠、運輸條件限制，一般配盤不超過800 m。因此，勢必造成其中間接頭數(shù)量較多，加之受征地、橋梁結構等外界條件限制，均采用同溝集中敷設，也使其一根損壞則極容易傷及周圍，擴大事故范圍［3］。分析多起同類事故發(fā)現(xiàn)，常見故障主要分為機械損傷、電腐蝕、化學腐蝕造成的電纜本體導體燒斷或拉斷(安裝、運行中)、電纜本體絕緣被擊穿(較普遍)、電纜附件的絕緣擊穿、電纜附件的導體斷裂等。其主因則是受施工工藝、外部環(huán)境問題造成其絕緣受損或加速老化并最終形成故障，加之電纜故障具有電纜接頭絕緣性能薄弱、故障排查困難、故障搶修技術要求高、故障處理時間長等特點，作為牽引供電系統(tǒng)中的重要組成部分，電纜設備的安全穩(wěn)定，對確保安全供電起著十分重要的作用。因此，在實際運用中仍堅持“能走架空線不用電纜”的原則，盡量避免利用電纜饋線供電，尤其是長距離電纜供電必須經(jīng)過仔細勘察、研究后方可實施，并且要預想多種搶修、應急預案，以最大限度地減少其故障發(fā)生率以及故障影響范圍和影響時間［1，2，4］。

3 供電饋線優(yōu)化方案

針對上述電纜供電問題難點，結合廣南牽引所至動車段初始供電路徑以及現(xiàn)場實際，經(jīng)現(xiàn)場調查并與建指、運營、設計、監(jiān)理溝通協(xié)調，特提出了以下電纜改架空線的優(yōu)化方案［5，6］，詳見圖2，即保持原有供電形式不變，在廣南牽引變電所出饋線分接箱動車段出線端每根電纜處單獨加裝隔離開關，使其與站內供電分束有效分離，可單獨控制，以降低故障影響范圍，同時將動車開閉所全電纜供電改為分接箱出饋線先沿地下電纜溝敷設，至站場內動車走行線路引出處上橋，并改走架空線(即上橋后利用既有接觸網(wǎng)支柱，在其柱頂加裝加強型供電線肩架，將原有至動車開閉所供電電纜出站后優(yōu)化變更為同路雙束架空線供電，其架空懸掛形式見圖3)［7，8］，從而大大降低施工及運營維護難度，提高了動車段和廣州南站接觸網(wǎng)的供電可靠性，也避免了電纜敷設等一系列問題的發(fā)生，還大大降低了工程施工造價。

圖2 廣州南牽引變電所至動車段開閉所接觸網(wǎng)供電饋線優(yōu)化方案示意

4 結語

隨著27.5 kV電纜在我國鐵路電氣化工程中的使用日益增多，從工程應用角度來看針對電纜電氣及結構方面的研究對工程中的應用具有指導意義。從國內外電氣化鐵路以及電力系統(tǒng)、城市軌道交通系統(tǒng)的成功運行經(jīng)驗看，電纜本身的可靠性是普遍高于架空導線的，但受其制造、施工、運營維護工藝及環(huán)境等因素制約，直接導致了電纜供電的不穩(wěn)定及搶修處理時間長、成本高等難題。因此，電纜在牽引供電系統(tǒng)中的運行，需首先考慮其供電安全可靠性及故障搶修簡短化，并最大限度優(yōu)先選用架空線路供電，或盡可能的避免長大距離單束電纜供電，即使必須采用的也需充分考慮并滿足以下安全強化措施［9，10］。

圖3 廣南牽引所至動車段電纜改架空線懸掛安裝

首先，優(yōu)化路徑，避免電纜溝征地、電纜穿管及爬橋等施工難點，有條件的情況下增加單路備用供電電纜，并加裝隔離開關采取冷熱備用的運行方式相互切換，增加電纜運行的可靠性。

其次，電纜敷設施工過程中，必須組織專家專項評審其施工方案，完善施工工藝，提高電纜、尤其是電纜頭的安裝質量。

第三，盡量采用獨立分溝、分纜、分線敷設，或采取相關隔離措施，避免單根電纜故障，影響其他電纜的正常運行，從而縮小故障影響范圍，最大程度地提高電纜故障后的搶修和正常恢復時效，縮小行車影響時間［3，11］。

總之，牽引供電系統(tǒng)自身必須以供電獨立性、安全可靠性及其故障搶修、維護便利性為宗旨，最大限度的使其優(yōu)化，減少故障源，確保整個供電系統(tǒng)的長期可靠性，本優(yōu)化方案即結合廣南牽引所及動車段供電形式及路徑實際，通過加裝隔離開關和電纜改架空導線并與接觸網(wǎng)合架的優(yōu)化形式，有效地提高了其站內外的供電獨立性和安全可靠性，大大降低了接觸網(wǎng)的供電故障發(fā)生率，為列車安全、穩(wěn)定運行創(chuàng)造了前提保障。

［1］周成坤，許云升.客運專線電氣化鐵道專用電纜運營狀況及故障排除方法［C］∥全國電氣化鐵道專用電纜研討會論文集.上海:電氣化鐵道專業(yè)電纜技術研討委員會，2009:1-7.

［2］趙朝鵬.上海局電氣化鐵路高壓電纜故障分析［C］∥全國電氣化鐵道專用電纜研討會論文集.上海:電氣化鐵道專業(yè)電纜技術研討委員會，2009:8-17.

［3］邵健強，李漢卿.淺議電氣化鐵道27.5 kV電纜［C］∥全國電氣化鐵道專用電纜研討會論文集.上海:電氣化鐵道專業(yè)電纜技術研討委員會，2009:21-25.

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［5］廣州南變電所223、224饋線電纜改架空線優(yōu)化變更建議書［Z］.廣州:中鐵電氣化局集團第一工程有限公司武廣客運專線四電集成項目部，2011.

［6］廣州:廣州鐵路(集團)機務處，機函(2011)39號 廣州南變電所223、224饋線電纜改造推進工作會議紀要［Z］.廣州:廣州鐵路(集團)機務處，機函(2011)39 號，2011.

［7］劉長利.鄭西客運專線接觸網(wǎng)供電線架空連網(wǎng)方式研究［J］.鐵道標準設計，2010(10):134-137.

［8］王忠誠.電力線與接觸網(wǎng)支柱合架時對接觸網(wǎng)支柱的附加力矩［J］.鐵道標準設計，1984(2):39-43.

［9］艾冰.哈大電氣化鐵路接觸網(wǎng)保護簡析［J］.鐵道標準設計，2003(7):75-76.

［10］趙明強，劉德義.既有接觸網(wǎng)供電線改造施工模式［J］.低壓電器，2009(11):57-58.

［11］中華人民共和國鐵道部.鐵建設［2010］241號 高速鐵路電力牽引供電工程施工技術指南［S］.北京:中國鐵道出版社，2010.