寶中鐵路電力系統(tǒng)改造方案研究

敬學(xué)德

摘 要：由于寶中鐵路建設(shè)年代較早，受當(dāng)時(shí)地方電網(wǎng)條件的制約，供電方案較簡單。隨著鐵路發(fā)展，原來的供電系統(tǒng)逐漸暴露出電壓波動(dòng)大，諧波含量高，供電可靠性差的缺陷。嚴(yán)重影響鐵路正常生產(chǎn)和沿線職工的生活。文章以寶中鐵路電力改造為中心，首先介紹了寶中鐵路供電系統(tǒng)的現(xiàn)狀和存在問題，然后講述了通過改造10kV鐵路配電所，改造牽引變電所，架設(shè)自閉線，改造車站供電設(shè)施四方面措施，從根本上解決寶中鐵路電力系統(tǒng)電壓波動(dòng)大，諧波含量高，供電可靠性差的問題。

關(guān)鍵詞：寶中鐵路；電力改造；電能質(zhì)量；可靠性

1 當(dāng)前鐵路電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和存在的問題

寶中鐵路始于陜西省寶雞市，經(jīng)過甘肅平?jīng)鍪?，最終到達(dá)寧夏回族自治區(qū)中衛(wèi)縣，始建1990年，于1996年7月建成并正式營運(yùn)。沿線主要車站有寶雞、千陽、隴縣、華亭、平?jīng)?、固原、同心，是穿越中國大西北腹地的重要鐵路干線。由于建設(shè)年代較早，受當(dāng)時(shí)地方電網(wǎng)條件的制約，考慮經(jīng)濟(jì)原則，供電方案較簡單。其基本供電原則如下：

首先，沿線每間隔40km設(shè)置一座鐵路10kV單電源鐵路配電所，10kV電源引自牽引變電所動(dòng)力變壓器。沿鐵路線架設(shè)一條10kV電力貫通線，為鐵路沿線用電負(fù)荷供電。相鄰兩座10kV鐵路配電所為兩所之間的一段10kV貫通線供電，兩座配電所互為備供。其次，每座車站設(shè)兩座雙桿變電臺(tái)，一座為10/0.4kV變電臺(tái)，高壓電源引自10kV電力貫通線，為車站綜合負(fù)荷供電，同時(shí)作為通信、信號(hào)負(fù)荷的備供電源。一座為25/0.22kV越級(jí)變電臺(tái)，高壓電源引自車站接觸網(wǎng)，為車站通信、信號(hào)負(fù)荷供電。最后，區(qū)間用電負(fù)荷處設(shè)一座10/0.4kV單桿變電臺(tái)，就近為該位置處的區(qū)間用電負(fù)荷供電。區(qū)間用電負(fù)荷包括紅外線機(jī)房、無線通信基站以及光纖直放站等。

隨著鐵路發(fā)展，尤其使用諧號(hào)電力機(jī)車后，原來的供電系統(tǒng)逐漸暴露出電壓波動(dòng)大，諧波含量高，供電可靠性差的缺陷。該機(jī)車用電負(fù)荷大，且諧波含量大的缺點(diǎn)導(dǎo)致鐵路牽引供電系統(tǒng)電壓波動(dòng)大，諧波含量高。進(jìn)而波及到從牽引所接引電源的鐵路配電所、電力貫通線以及車站25/0.22kV越級(jí)變電臺(tái)。由此，導(dǎo)致寶中鐵路全線，電壓波動(dòng)大，諧波含量高，經(jīng)常燒毀電氣設(shè)備，嚴(yán)重影響鐵路正常生產(chǎn)和沿線職工的生活。這使得寶中鐵路電力系統(tǒng)改造成為迫在眉睫的問題。

2 電力系統(tǒng)改造方案

2.1 問題產(chǎn)生的原因分析

針對寶中鐵路電力系統(tǒng)電壓波動(dòng)大，諧波含量高，供電可靠性差的問題，本次研究從既有電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)出發(fā)，經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查和對既有電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分析，得出導(dǎo)致上述問題的主要原因。

第一，10kV鐵路配電所電源質(zhì)量差。寶中鐵路全線10kV鐵路配電所既有10kV電源均引自牽引變電所27.5/10kV動(dòng)力變壓器，動(dòng)力變壓器高壓電源引自牽引變電所27.5kV母線。而該母線受本所供電臂內(nèi)行車情況的影響，本身電壓波動(dòng)大、諧波含量高。進(jìn)而波及10kV鐵路配電所以及10kV電力貫通線。因此，10kV鐵路配電所電源質(zhì)量差是寶中鐵路電力系統(tǒng)電壓波動(dòng)大，諧波含量高的根本原因。第二，車站信號(hào)變壓器電源質(zhì)量差。寶中鐵路全線車站信號(hào)變壓器均采用25/0.22kV越級(jí)變電臺(tái)，高壓電源引自車站接觸網(wǎng)，而車站接觸網(wǎng)受本所屬供電臂內(nèi)行車情況的影響，本身電壓波動(dòng)大、諧波含量高，這必然波及25/0.22kV越級(jí)變電臺(tái)。因此，車站信號(hào)變壓器電源質(zhì)量差電源質(zhì)量差是寶中鐵路電力系統(tǒng)電壓波動(dòng)大，諧波含量高的主要原因。第三，10kV鐵路配電所均為單電源。寶中鐵路全線10kV鐵路配電所均為單電源變電所，配電所10kV電源引自牽引變電所27.5/10kV動(dòng)力變壓器。一旦相鄰兩座牽引變電所動(dòng)力變壓器同時(shí)故障，會(huì)導(dǎo)致相鄰兩座鐵路配電所和由其供電的電力貫通線全部停電。因此，10kV鐵路配電所均為單電源是寶中鐵路電力系統(tǒng)供電可靠性差的根本原因。

2.2 解決方案

為解決當(dāng)前寶中鐵路電力系統(tǒng)電壓波動(dòng)大，諧波含量高，供電可靠性差的問題，對問題產(chǎn)生的原因?qū)ΠY下藥，現(xiàn)提出以下改造措施：

首先，改造全線10kV鐵路配電所。為既有鐵路配電源引入一路可靠、穩(wěn)定的10kV電源，可從根本上解決供電系統(tǒng)電壓波動(dòng)大，諧波含量高的問題。改造改造10kV鐵路配電所，需要改變配電所主接線系統(tǒng)，將原來的單電源配電所該造為雙電源配電所。其次，改造全線牽引變電所。更換牽引變電所既有27.5/10kV動(dòng)力變壓器為110/10kV動(dòng)力變壓器，高壓電源改由牽引變電所110kV母線接引，則可大大改善10kV電源的電能質(zhì)量。一方面，牽引變電所27.5kV側(cè)的大部分諧波經(jīng)牽引變壓器繞組后，可被過濾掉。另一方面，牽引變電所110kV母線與大電網(wǎng)連接，27.5kV側(cè)的電壓波動(dòng)不會(huì)引起110kV母線電壓波動(dòng)。因此，此舉可很大程度的解決電壓波動(dòng)大和諧波含量高的問題。再次，全線架設(shè)一條自閉線。本次新增一條10kV自閉線，專門為鐵路沿線通信、信號(hào)用電負(fù)荷供電。新建10kV自閉線與既有10kV電力貫通線形成雙回，為沿線通信、信號(hào)提供兩路可靠電源。最后，改造全線車站供電設(shè)施。拆除車站既有10/0.4kV變電臺(tái)和25/0.22kV越級(jí)變電臺(tái)，新設(shè)一座10/0.4kV雙變壓器箱變，高壓電源分別由10kV電力貫通線和10kV自閉線接引，分別為車站綜合負(fù)荷和通信、信號(hào)負(fù)荷供電。

3 電力系統(tǒng)改造的重要意義

第一，電力系統(tǒng)改造可提高寶中鐵路運(yùn)行的可靠性。通信、信號(hào)設(shè)備為鐵路運(yùn)行提供準(zhǔn)確的行車信號(hào)和行車信息，是鐵路安全、穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障。而可靠的電力供應(yīng)，是保證通信、信號(hào)設(shè)備穩(wěn)定工作的基本前提。本次電力系統(tǒng)改造為全線車站通信、信號(hào)設(shè)備提供了穩(wěn)定、可靠的兩路電源，可從根本上提高寶中鐵路全線通信、信號(hào)設(shè)備的供電可靠性。因此，本次電力改造將從側(cè)面保證寶中鐵路運(yùn)行的可靠性。第二，電力系統(tǒng)改造可提高寶中鐵路沿線職工生產(chǎn)生活條件。鐵路電力系統(tǒng)為鐵路沿線職工的生產(chǎn)生活提供可靠的電力供應(yīng)，是鐵路職工的生活水平具的重要保證。當(dāng)前寶中鐵路全線電能質(zhì)量較差，經(jīng)常燒毀電氣設(shè)備，嚴(yán)重鐵路沿線職工的生產(chǎn)生活。本次電力系統(tǒng)改造后，將全面提高全線供電質(zhì)量，從根本上杜絕電壓波動(dòng)大，經(jīng)常燒毀電氣設(shè)備的問題。第三，電力系統(tǒng)改造可提高寶中鐵路全線電氣設(shè)備的使用壽命。電氣設(shè)備的使用壽命，取決于其使用的電能質(zhì)量。電壓的大幅波動(dòng)和嚴(yán)重的諧波，可直接損壞電氣設(shè)備。本次電力系統(tǒng)改造可從根本上解決寶中鐵路供電系統(tǒng)電壓波動(dòng)大，諧波含量高的問題，將全面提高全線電氣設(shè)備的使用壽命。

4 結(jié)束語

寶中鐵路既有電力系統(tǒng)經(jīng)過本次改造，從根本上解決寶中鐵路供電系統(tǒng)電壓波動(dòng)大，諧波含量高的問題。而鐵路電力系統(tǒng)擁有較好的電能質(zhì)量和較高的供電可靠性，可大幅提升寶中鐵路電氣設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量，全面提高寶中鐵路運(yùn)行的安全性可靠性，進(jìn)而全面促進(jìn)寶中鐵路的快速發(fā)展。

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