哈大鐵路客運(yùn)專(zhuān)線牽引電力合建變電所優(yōu)化設(shè)計(jì)

辛 宇

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300251)

哈大鐵路客運(yùn)專(zhuān)線是東北地區(qū)重要的干線鐵路，連接了大連、沈陽(yáng)、哈爾濱三座省會(huì)城市，其中原設(shè)計(jì)在大連地區(qū)南關(guān)嶺車(chē)站附近的新大連牽引變電所一座由于10 kV外電源引入困難，加之丹東至大連鐵路引入大連樞紐造成的電力供電負(fù)荷增加較大等因素，改為牽引電力合建變電所，結(jié)合本工程情況，探討在滿足鐵路牽引供電和電力供電技術(shù)要求的前提下通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少土地資源利用，提高合建變電所技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵問(wèn)題。

1 電力變接線方式的選擇

電力變壓器可采用2種接線方式。

(1)直接接于220 kV高壓側(cè)。電力變壓器直接接于220 kV母線，和牽引變壓器并列共用220 kV電源。其優(yōu)點(diǎn)主要是電源可靠性很高，但《GB—T/6451油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求》中220 kV電力變壓器最小容量為10 MVA，因此若電力變需求容量過(guò)小需采用非標(biāo)設(shè)備。另外220 kV側(cè)設(shè)置電力變壓器受安全凈距限制，占地大，需要設(shè)置架構(gòu)多，設(shè)備投資也較大。見(jiàn)圖1。

圖1 電力變壓器接于220 kV側(cè)

(2)接于27.5 kV母線。電力變壓器接于牽引變壓器二次側(cè)，使用27.5/10 kV電壓等級(jí)的電力變壓器分別接于27.5 kV母線上。單相供電方式下無(wú)法實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)電力變壓器同時(shí)投入。另外由于電力變壓器和牽引饋線接于同一母線，機(jī)車(chē)運(yùn)行導(dǎo)致的電壓波動(dòng)和產(chǎn)生的諧波會(huì)對(duì)電力變壓器電能質(zhì)量造成不良影響。其次27.5/10 kV變壓器屬于非標(biāo)設(shè)備，而配套的斷路器隔離開(kāi)關(guān)互感器等設(shè)備在設(shè)備投資中所占比重相較于變壓器并不大，因此設(shè)備造價(jià)較高。同時(shí)采用非標(biāo)設(shè)備可能導(dǎo)致可靠性也有所降低。見(jiàn)圖2。

圖2 電力變壓器接于27.5 kV側(cè)(牽引變壓器為V接)

2種接線方式的比較見(jiàn)表1，選擇主要受制于2個(gè)條件限制。

表1 2種接線方式的比較

(1)運(yùn)行方式:電力變壓器為2臺(tái)電力變壓器采用熱備用方式，即2臺(tái)同時(shí)投入，故障情況下單臺(tái)電力變壓器運(yùn)行變壓器，保證一級(jí)負(fù)荷的用電需求。而牽引變只供給機(jī)車(chē)牽引負(fù)荷，采用一主一備運(yùn)行方式，不能同時(shí)投入。

(2)電力變壓器容量:220 kV變壓器若小于10 MVA，需要制造廠按照非標(biāo)設(shè)備生產(chǎn)。

哈大鐵路客運(yùn)專(zhuān)線工程新大連變電所其電力變壓器容量需求為31.5 MVA，供給整個(gè)大連樞紐的通信、信號(hào)、消防水泵、站房照明及其他重要負(fù)荷，如接入27.5 kV側(cè)電能質(zhì)量不能滿足要求，因此采用直接在220 kV側(cè)裝設(shè)電力變壓器的接線形式。由此帶來(lái)的滿足2臺(tái)電力變壓器同時(shí)投運(yùn)的運(yùn)行方式要求，對(duì)牽引變壓器相關(guān)部分進(jìn)行下列修改:

原設(shè)計(jì)中220 kV電源備投由遠(yuǎn)動(dòng)操作1011和1021電動(dòng)隔開(kāi)。牽引變壓器備投由隔離開(kāi)關(guān)1011和1021及跨條隔離開(kāi)關(guān)1001實(shí)現(xiàn)，跨條隔離開(kāi)關(guān)1001處于常分狀態(tài)，除交叉供電外，跨條兩側(cè)并不聯(lián)通。

合建所設(shè)計(jì)220 kV電源備投仍然由遠(yuǎn)動(dòng)操作1011和1021電動(dòng)隔開(kāi)。牽引變壓器備投則改由1013、1023隔離開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)?？鐥l隔離開(kāi)關(guān)1001處于常合狀態(tài)，跨條兩側(cè)聯(lián)通并分別接兩臺(tái)電力變壓器，如此在不影響牽引變壓器一主一備運(yùn)行方式的前提下，實(shí)現(xiàn)了電力變壓器并列運(yùn)行。

2 220 kV室外設(shè)備布置

仔細(xì)分析不難發(fā)現(xiàn)，制約合建變電所的占地的主要控制因素在于變壓器布置。變壓器布置首先應(yīng)滿足防火距離要求，根據(jù)《鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB 10009—2005)規(guī)定，220 kV變壓器之間防火距離應(yīng)在10 m以上。即便使用防火隔墻，由于每組V接牽引變壓器是由2臺(tái)單相變組合而成，2組牽引變壓器的占地的橫向體量達(dá)到了50 m，2臺(tái)電力變壓器又各需要增加15 m，再加上變壓器架構(gòu)、變壓器到圍墻的距離使整個(gè)變電所橫向體量達(dá)到了85 m至90 m且無(wú)法進(jìn)一步縮小，因此減小合建變電所占用土地資源主要應(yīng)從節(jié)省220 kV開(kāi)關(guān)設(shè)備縱向占地入手。

除本設(shè)計(jì)中采用的戶外中型布置外，220 kV側(cè)高壓設(shè)備還可以采用GIS和HGIS設(shè)備布置。

(1)GIS設(shè)備，即全封閉氣體絕緣組合電器，220 kV側(cè)全部開(kāi)關(guān)、互感器、避雷器設(shè)備均集成于承壓容器內(nèi)，并充以六氟化硫氣體。通常布置在戶內(nèi)，哈大鐵路客運(yùn)專(zhuān)線遼陽(yáng)牽引變電所即采用戶內(nèi)布置的GIS設(shè)備。采用GIS設(shè)備占地極小，但設(shè)備造價(jià)很高。

(2)HGIS設(shè)備，即混合式封閉氣體絕緣組合電器，在承壓容器內(nèi)集成了采用六氟化硫氣體絕緣的斷路器、隔離/接地開(kāi)關(guān)等設(shè)備，電源進(jìn)線隔離開(kāi)關(guān)、互感器、避雷器則可采用常規(guī)單體設(shè)備。占地比GIS設(shè)備略大，造價(jià)比戶外中型布置高，但大大低于GIS設(shè)備。

比較3種布置形式(表2)，戶外中型布置占地最多;但投資最省，GIS占地最少，投資最高;HGIS則介于兩者之間?？煽啃苑矫鍳IS高于HGIS高于單體設(shè)備，但是從運(yùn)營(yíng)維護(hù)角度考慮，GIS和HGIS設(shè)備均為高度集成的氣體絕緣開(kāi)關(guān)，一旦出現(xiàn)故障，很難由現(xiàn)場(chǎng)人員直接修復(fù)，一般需返回制造廠才能維修。

表2 220 kV側(cè)3種布置形式比較

新大連牽引變電所所處的南關(guān)嶺地區(qū)恰有荒地，且增設(shè)電力變壓器晚于設(shè)備采購(gòu)，因此采用的是常規(guī)的室外中型布置，見(jiàn)圖3。

圖3 新大連牽引電力合建所總平面布置(單位:mm)

3 結(jié)論

土地是不可再生資源，我國(guó)耕地資源又極為緊張，牽引電力合建所由于變壓器布置的限制橫向占地體量已經(jīng)很大，因此宜結(jié)合當(dāng)?shù)赝恋刭Y源條件，適當(dāng)考慮占地和造價(jià)比較平衡HGIS設(shè)備，在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)人口稠密地區(qū)也可以采用GIS設(shè)備，盡量減少采用單體設(shè)備戶外布置方式。

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