牽引變電所“手拉手”電源在大包鐵路電化改造工程的應(yīng)用

丁宇坤，宇占軍，胡長春

(1.呼和浩特鐵路局建設(shè)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(jìn)線電源供電方式，是相鄰的兩牽引變電所從電力系統(tǒng)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(jìn)線，兩牽引變電所之間設(shè)聯(lián)絡(luò)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(jìn)線電源出現(xiàn)故障或事故，相鄰的牽引變電所將由綜合自動化保護(hù)中的備自投裝置來自動調(diào)整開關(guān)，通過聯(lián)絡(luò)線向相鄰的牽引變電所供電，保證進(jìn)線電源出現(xiàn)故障或事故的牽引變電所正常受電運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)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(jù)我國電氣化鐵路建設(shè)慣例，牽引變電所采用兩路相互獨(dú)立的外部電源，實(shí)行進(jìn)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(jù)其為重載、客貨混跑的特點(diǎn)以及與集包第二雙線共用牽引變電所，鐵道部初步設(shè)計(jì)批復(fù)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(wěn)定性更好的220 kV兩路獨(dú)立電源［4］。

由于內(nèi)蒙古自治區(qū)220 kV電網(wǎng)系統(tǒng)的變電間隔資源稀缺、改擴(kuò)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(jìn)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(shè)計(jì)院、電力部門反復(fù)協(xié)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(jìn)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(shí)還具有結(jié)構(gòu)簡單、投資省等優(yōu)點(diǎn)。

2 “手拉手”供電方式在大包線電化改造工程的應(yīng)用

2.1 “手拉手”供電方式的經(jīng)濟(jì)性

大包線全線共設(shè)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(jié)對為豐鎮(zhèn)—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(tǒng)示意

根據(jù)內(nèi)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(xiàng)共計(jì)節(jié)約建設(shè)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(jù)鐵路與電力部門的相關(guān)約定，外電線路及相關(guān)工程由電力部門出資進(jìn)行建設(shè)，在電氣化鐵路運(yùn)營后通過還貸電價(jià)的形式對該部分建設(shè)資金分8年進(jìn)行償還［5］。截止目前，在呼和浩特鐵路局管轄范圍內(nèi)共有大包、包西、張集3條改建及新建電氣化鐵路項(xiàng)目中的18個牽引變電所均選擇了“手拉手”供電模式，節(jié)省的建設(shè)投資是非?？捎^的，經(jīng)濟(jì)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(hù)裝置設(shè)置

豐鎮(zhèn)—紅砂壩、集寧南—三岔口、姑家堡—安居、畢克齊—美岱召共計(jì)8座牽引變電所進(jìn)線側(cè)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(hù)配置為:A(或B)進(jìn)線斷路器設(shè)置兩套與地方變電站出口端對應(yīng)的220 kV線路光差保護(hù)裝置;A(或B)聯(lián)絡(luò)斷路器設(shè)置兩套階段式距離保護(hù)和零序方向電流保護(hù)作為220 kV聯(lián)絡(luò)線路的保護(hù)。各牽引變電所設(shè)置1套輔助保護(hù)裝置，設(shè)置母差保護(hù)及斷路器失靈保護(hù)等，保護(hù)220 kV母線短路接地故障。在保護(hù)配置上進(jìn)線及聯(lián)絡(luò)線斷路器均設(shè)置有一次重合閘，斷路器本體設(shè)置非全相保護(hù)功能以及 PT斷線、CT異常告警等功能［9］。

根據(jù)電力系統(tǒng)要求，牽引變電所需納入地方電力調(diào)度所管理。各220 kV牽引變電所由區(qū)域調(diào)度實(shí)施一級調(diào)度管理、內(nèi)蒙古中調(diào)監(jiān)視，遠(yuǎn)動信息以直采直送的方式同時(shí)上傳至內(nèi)蒙古中調(diào)和地區(qū)區(qū)調(diào);遠(yuǎn)動信息采用數(shù)據(jù)網(wǎng)和專線方式上傳內(nèi)蒙古中調(diào)和相對應(yīng)的地區(qū)調(diào)度，計(jì)量信息分別采用數(shù)據(jù)網(wǎng)專線和電話撥號方式上傳內(nèi)蒙古中調(diào)，采用電話撥號方式上傳對應(yīng)的地區(qū)調(diào)度。220 kV牽引變電所設(shè)置調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)接入設(shè)備，就近接入內(nèi)蒙古電力調(diào)度數(shù)據(jù)專網(wǎng)，并配置二次系統(tǒng)安全防護(hù)系統(tǒng)。220 kV牽引變電所至相對應(yīng)的區(qū)調(diào)和內(nèi)蒙古中調(diào)各裝設(shè)1套電能量遠(yuǎn)方終端，各牽引變電所按主副表設(shè)置計(jì)量表［8］。各所綜合自動化系統(tǒng)應(yīng)配合電力部門完成相關(guān)遠(yuǎn)動要求，實(shí)行了高度的綜合自動化、數(shù)據(jù)采集及遠(yuǎn)動監(jiān)控功能［3，10］。

2.2.2 可靠的備自投運(yùn)行方式設(shè)置

在備用電源自動通入裝置中，通過電氣輔助接點(diǎn)的接入和嚴(yán)密的邏輯閉鎖關(guān)系確保了備自投運(yùn)行方式設(shè)置的可靠性。

正常運(yùn)行時(shí)，1號進(jìn)線向A牽引變電所供電，2號進(jìn)線向B牽引變電所供電，兩變電所進(jìn)線隔離開關(guān)、母線分段隔離開關(guān)都長期處于閉合狀態(tài)。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(guān)系，不允許同時(shí)合閘。A牽引變電所與B牽引變電所的聯(lián)絡(luò)斷路器1臺閉合、1臺斷開，默認(rèn)為A牽引變電所聯(lián)絡(luò)斷路器閉合、B牽引變電所聯(lián)絡(luò)斷路器斷開，使得聯(lián)絡(luò)220 kV線路長期帶電。

當(dāng)1號進(jìn)線220 kV電源線路發(fā)生故障時(shí)，A牽引變電所進(jìn)線斷路器線路保護(hù)啟動而跳開，同時(shí)打開進(jìn)線隔離開關(guān)，此時(shí)B牽引變電所聯(lián)絡(luò)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(lián)絡(luò)斷路器閉合，由2號進(jìn)線通過B牽引變電所220 kV母線和兩所間聯(lián)絡(luò)線路向A牽引變電所供電。

當(dāng)2號進(jìn)線220 kV電源線路發(fā)生故障時(shí)，B牽引變電所進(jìn)線斷路器線路保護(hù)啟動而跳開，同時(shí)打開進(jìn)線隔離開關(guān)，此時(shí)B牽引變電所進(jìn)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(lián)絡(luò)斷路器閉合，由1號進(jìn)線通過A牽引變電所220 kV母線和兩所間聯(lián)絡(luò)線路向B牽引變電所供電。

當(dāng)故障電源線路恢復(fù)供電，需恢復(fù)正常運(yùn)行方式時(shí)，采用程序控制手動投入，先跳開B牽引變電所聯(lián)絡(luò)斷路器，然后合上原故障線路的進(jìn)線隔離開關(guān)、斷路器。

當(dāng)聯(lián)絡(luò)220 kV線路發(fā)生故障時(shí)，根據(jù)電流方向由聯(lián)絡(luò)斷路器保護(hù)跳閘，保護(hù)跳閘時(shí)閉鎖電源自投裝置。當(dāng)母線發(fā)生故障時(shí)，母線上所有斷路器同時(shí)跳閘。當(dāng)聯(lián)絡(luò)斷路器、牽引變壓器斷路器發(fā)生斷路器失靈時(shí)，啟動進(jìn)線斷路器跳閘。

由于保護(hù)配置得當(dāng)，當(dāng)進(jìn)線電源發(fā)生異常情況及故障時(shí)，依靠相應(yīng)的保護(hù)裝置動作來實(shí)現(xiàn)兩路電源進(jìn)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(jìn)線電源故障后，需盡快通過倒閘方式恢復(fù)正常的供電，即相鄰的2座牽引變電所分別運(yùn)行，主供所通過聯(lián)絡(luò)線送電至備供所［9］。

3 結(jié)語

大包電氣化改造工程開通運(yùn)營3年多來，牽引供電系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)良好，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，供電可靠?！笆掷帧惫╇姺绞骄哂薪Y(jié)構(gòu)簡單、投資省、可靠性高等特點(diǎn)，“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(xiàn)實(shí)的方法。

［1］鐵道部工程設(shè)計(jì)鑒定中心.關(guān)于改建鐵路京包線大同至包頭段電氣化改造工程初步設(shè)計(jì)的批復(fù)［Z］.北京:鐵道部工程設(shè)計(jì)鑒定中心，2006.

［2］鐵道部工程設(shè)計(jì)鑒定中心.關(guān)于大包線電氣化改造Ⅰ類變更設(shè)計(jì)的批復(fù)［Z］.北京:鐵道部工程設(shè)計(jì)鑒定中心，2008.

［3］內(nèi)蒙古電力勘測設(shè)計(jì)院.大包電氣化鐵路220 kV供電工程可行性研究報(bào)告說明書［R］.呼和浩特:內(nèi)蒙古電力勘測設(shè)計(jì)院，2008.

［4］中華人民共和國鐵道部.TB10009—2005 鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［5］中華人民共和國國家計(jì)劃委員會.計(jì)建設(shè)［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(jì)劃委員會，1995.

［6］中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會.DL/T5219—2005 架空送電線路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)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(xiāng)建設(shè)部.GB50052—2009 供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國計(jì)劃出版社，2009.

［8］中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會.DL/T5202—2004 電能量計(jì)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程［S］.北京:中國電力出版社，2004.

［9］稅正中，施懷瑾.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)［M］.重慶:重慶大學(xué)出版社，1997.

［10］丁書文，黃訓(xùn)誠，胡起宙.變電站綜合自動化原理及應(yīng)用［M］.北京:中國電力出版社，2003.