電氣化鐵路牽引變電所的主接線與變壓器設計

【摘要】電氣化鐵路的電力能源的來源是牽引變電所，其首要任務是為電力系統(tǒng)接受的三相高壓電的變化轉(zhuǎn)換成電力機車可以使用的電能能源。電氣化的鐵路牽引變電所的結(jié)構(gòu)、技術(shù)和設備都有很大的突破，從主接線和變壓器的角度出發(fā)，研究其結(jié)構(gòu)形式和供電方式，確保供電的可靠性、連續(xù)性和安全性。

【關(guān)鍵詞】電氣化鐵路；牽引變電所；主接線；變壓器

1、電氣化鐵路的牽引變電所選擇主接線

電氣化鐵路的牽引變電所的主接線作為牽引變電所的關(guān)鍵部分，是電力系統(tǒng)的重要組成部分。變電所在確定主接線，以及電力系統(tǒng)的整體和其本身的運行靈活性、可靠性與經(jīng)濟性是密不可分的。在進行電氣設備選擇問題上，配電裝置和設置，控制方式與繼電保護的擬定都有很大的影響作用。所以需要進行合理的確定方式滿足主接線的要求，變電所的主接線基本要求如下：

第一，確保電力的牽引的負荷，信號負荷的安全性，運輸動力的穩(wěn)定性，以及可靠的提供電力需要與電能的質(zhì)量。第二，運行期間需要保證其靈活性，提高檢修和維護的安全性和便捷性。第三，經(jīng)濟適用性，減少運行的費用和投資費用。第四，主接線的接線方式的簡單高效，適當?shù)臄U建與發(fā)展余地。

1.1高壓側(cè)電氣接線基本形式

（1）單母線的接線

單母線的接線特點主要是整個配電裝置的設置只有一組母線，并且每個引出線和電源線都是需要經(jīng)過開關(guān)電器，并且需要連接在一組母線上。在同個回路的串接隔離的開關(guān)與斷路器的運行操作期間，需要遵守操作程序，如下：第一，饋線送電時需要和1QS與2QS，再投入1QF。第二，想要停止供電操作需要斷開1QF，之后才可以斷開1QS與2QS。

單母線的結(jié)構(gòu)特點如下：結(jié)構(gòu)簡單、配電裝置的費用較低，并且設備使用量較小，具有很好的經(jīng)濟性能和可靠性；每個回路的斷路器的切斷的符合的電流與故障電流。在進行檢修回路和斷路器，只是單個回路停電，其他的回路是不受影響的；與母線相連隔離開關(guān)和檢修母線隔離開關(guān)，整個電路會停電。如果母線發(fā)生故障，電源會全部斷開，修復后才能恢復供電系統(tǒng)。

主接線的弊端是當母線出現(xiàn)故障和檢修設備會影響整個電路，造成全部停電，并且其使用范圍也有一定的界限，只可在低可靠性的地區(qū)負荷使用。

（2）單母線的分段接線

分段的斷路器的MD如果正常閉合情況下，兩段的母線是并列運行的，并且電源的回路與同一負荷下的饋電回路屬于交錯連接的分段母線。接線特點如下：

第一，分段形式下的母線在進行檢修時將會出現(xiàn)一部分電路的停電。第二，如果是進線范圍內(nèi)的斷路器進行檢修會影響這個進線的供電故障，造成局部停電。適用范圍是10～35kV地區(qū)負荷，以及城市電路牽引變電所等。第三，結(jié)構(gòu)屬于橋形的接線。如果是兩條電源回路與兩臺主變壓器，一般在電源線之間使用橫向的母線進行連接，也就是橋形的接線。橋形的接線根據(jù)中間的橫向的橋接母線位置進行區(qū)分，主要是內(nèi)橋形與外橋形，有所不同的是內(nèi)橋形的連接母線是在變壓器的內(nèi)側(cè)，但是外橋形的連接母線是在線路一側(cè)。

斷路器橋形觸頭是分別在兩個回路之間的電源線路進行連接的，所以線路的退出工作和投入工作操作簡單。橋形的母線斷路器的QF處于正常狀態(tài)下是合閘運行的，然而故障線路斷路器的1QF會出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象。其余元件仍可以繼續(xù)工作。內(nèi)橋形出現(xiàn)故障或者是進行檢修時是不會影響作用與變壓器工作的。因此，這種牽引變電所應用范圍較廣。

外橋形的結(jié)線和內(nèi)橋形的結(jié)線特點是相反的。如果變壓器出現(xiàn)故障或者是運行期間需要中斷，需要將其前面的斷路器1QF或2QF斷開，是不會影響線路正常運轉(zhuǎn)的。但是如果線路出現(xiàn)故障或者是進行檢修期間，處于這個線路的變壓器或有短暫的中斷，經(jīng)過操作轉(zhuǎn)換后才可以正常工作。所以，外形橋的結(jié)線應用范圍受到限制。

1.2牽引變電的負荷側(cè)電氣接線的特點

（1）接觸網(wǎng)一般不設置設備，但是接觸網(wǎng)出現(xiàn)故障的幾率較為頻繁，所以牽引負荷側(cè)電氣的接線對于接觸網(wǎng)的饋線的斷路器類型與備用的方式會比電力負荷的要求要高。（2）牽引側(cè)電氣的結(jié)構(gòu)和接線的方式，以及變壓器備用的方式密切相關(guān)，使用移動式的變壓器作為備用使用時，和移動式的變壓器的結(jié)線方式相關(guān)。（3）電氣化鐵路的年運量、饋線的數(shù)目、單線或者是復線、變電所周圍的鐵路設施的供電要求有關(guān)。

2、電氣化鐵路下的牽引變電所選擇問題

2.1選擇的基本原則

（1）供電可靠性，在電氣化的鐵路變電所中要設置兩臺主變壓器。

（2）變電所中設置的兩臺變壓器，一臺變壓器出現(xiàn)故障，其余的變壓器容量應該占全部負荷四分之三以上，還要確保電力用戶一級與二級的全部負荷量。

（3）變電所變壓器運行可靠性與靈敏性，需要選擇兩臺三繞組變壓器，并且三繞組變壓器的占地面積相對較小，維護和運行的工作量有所減輕，在銷售價格方面也比四臺雙繞組變壓器要低，具有很大的競爭優(yōu)勢。

2.2變壓器連接方式與臺數(shù)確定

一般情況下護選擇內(nèi)橋結(jié)線方式，因此，使用三繞組變壓器，其中高壓側(cè)呈現(xiàn)Y形的接線，中、低壓側(cè)屬于△連接，與之相配的是自用電變壓器。

2.3確定與選擇牽引變電所的變壓器

在進行計算容量與校核容量步驟之后，需要在兩者之間選擇較大的一個，根據(jù)備用方式，確定牽引變壓器安裝容量。

2.4選擇變壓器的備用方式

如果電氣化的鐵路牽引變壓器進行檢修或者是其發(fā)生事故，需要使用備用變壓器，保證電氣化鐵路可以正常運輸。處于大運量鐵路雙線區(qū)域，牽引變壓器如果出現(xiàn)故障，及時使用備用變壓器但是其要求會比單線的要高。備用的變壓器會影響正常的供電時間，這和采用的備用方式有很大的關(guān)系。需要根據(jù)電氣化鐵路的實際狀況，例如：運輸量、變電所的規(guī)模和供電方式。鐵路線路，以及外部條件所決定的，需要整體分析之后才可以進行選擇。電氣化鐵路的牽引變電所在我國主要有以下兩種方式：第一，移動備用。第二，固定備用。

（1）移動備用：是一種采用移動變壓器的備用方式。采用這種方式的電氣化的區(qū)段，其中每個牽引變電所需要安裝設兩臺變壓器，正常情況下兩臺處于并聯(lián)運行。

（2）固定備用：采用加大牽引變壓器容量或者是增加臺數(shù)的一種備用方式。采用固定備用的方式的電氣化區(qū)段，在每一個牽引變電所需要同時裝設兩臺變壓器，其中一臺運行，另一臺則是備用。兩臺牽引變壓器的容量都是能夠承擔最大負荷，可以滿足鐵路正常狀態(tài)下的運輸要求。

3、結(jié)語

電氣化鐵路牽引變電所的關(guān)鍵是電氣主接線，根據(jù)內(nèi)橋形的結(jié)線，通過牽引負荷的單母線的結(jié)線方式進行。在確定變電所的變壓器結(jié)線形式之后，需要考慮備用，因此其中一臺作為變壓器，另一臺作為備用。這種結(jié)線方式使我國的電氣化鐵路的牽引變電所供電更趨于可靠性、連續(xù)性和安全性，提高了我國供電水平，推進了電氣化供電技術(shù)的發(fā)展。

參考文獻

[1] 唐明艷.電氣化鐵路牽引變電所的主接線與變壓器設計[J].科技創(chuàng)新與應用，2013，（8）：132-133.

[2]賈曉楠，吳俊勇，劉海軍等.高速鐵路牽引變電所電氣主接線的可靠性評估[J].電氣化鐵道，2007，（6）：1-5.

[3]劉巍.電氣化鐵路牽引電力合建變電所母線保護方案探討[J].鐵道標準設計，2013，（3）：115-118.