維持大秦線接觸網(wǎng)電壓水平的方案探討

周吉

(太原鐵路局供電處，山西 太原 030013)

維持大秦線接觸網(wǎng)電壓水平的方案探討

周吉

(太原鐵路局供電處，山西 太原 030013)

針對大秦線3萬噸重載組合列車運行試驗，對大秦線牽引供電能力現(xiàn)狀進行調(diào)查，分析大秦線接觸網(wǎng)電壓水平影響重載列車電力機車運行的因素，制定了調(diào)節(jié)牽引主變壓器分接開關(guān)、適時投退電容補償裝置的解決方案，以滿足3萬噸重載組合列車試驗期間大秦線接觸網(wǎng)電壓偏高或偏低的問題。

大秦線；網(wǎng)壓；3萬噸

1 前言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，對能源需要量巨大，根據(jù)我國實際情況，煤碳資源地主要在西部地區(qū)，西煤東運的任務(wù)將會越來越繁重。大秦線承擔著西煤東運的主要任務(wù)，為保障煤碳運輸通路的暢通，確保東部地區(qū)的煤碳供給，大秦鐵路運輸能力快速提升迫在眉睫。為提高大秦線運輸能力，太原鐵路局于2014年初在大秦線組織進行3萬噸重載組合列車運行試驗。由于大秦線的接觸網(wǎng)電壓受地方供電系統(tǒng)供電質(zhì)量的制約，個別區(qū)段接觸網(wǎng)電壓偏低、波動較大，有的區(qū)段受再生能源的影響，網(wǎng)壓抬高。接觸網(wǎng)電壓不論偏高，還是偏低，都影響到電力機車的正常運行，特別是重載列車通過時，受網(wǎng)壓波動影響更加明顯。因此，如何維持接觸網(wǎng)電壓水平，是保證3萬噸重載組合列車試驗成功必須解決的課題。

2 現(xiàn)狀調(diào)查

2.1 大秦線接觸網(wǎng)電壓現(xiàn)狀

2014年2月份，我們對大秦線各牽引變電所系統(tǒng)電壓、電流；母線電壓、電流；供電臂末端電壓、穿越電流進行了連續(xù)監(jiān)測。發(fā)現(xiàn)存在以下問題：

2.1.1 東城鄉(xiāng)變電所電壓波動情況

東城鄉(xiāng)變電所110kV進線電壓IAB最高116.4kV，最低104.2kV；IBC最高118.2kV，最低99kV；ICA最高115.1kV，最低103.7kV。55kV母線T座電壓最高54kV，最低46kV；M座電壓最高55kV，最低48.8kV。東城鄉(xiāng)-三分溝供電臂末端的三分溝分區(qū)所電壓最高29kV，最低21.2kV。東城鄉(xiāng)變電所110kV進線電壓和55kV母線電壓波動均超過10%。

東城鄉(xiāng)變電所的上級電源系統(tǒng)容量較小，受牽引負荷影響電壓波動較大。一旦負荷較大時，三分溝分區(qū)所末端電壓波動出現(xiàn)過低的情況，通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)最低時可下降至21.5kV，電力機車發(fā)出轉(zhuǎn)矩受限信號。

2.1.2 下莊變電所電壓波動情況

下莊變電所110kV進線電壓較高，IAB最高122kV，最低110kV；IBC最高123kV，最低106kV；ICA最高116kV，最低103kV。55kV母線T座電壓最高56.5kV，最低50kV；M座電壓最高58.6kV，最低50.8kV。下莊-鐵爐村供電臂末端分區(qū)所電壓最高30kV，最低28kV。下莊變電所110kV進線電壓IAB、IBC和55kV母線電壓波動均超過10%，鐵爐村分區(qū)所末端最高電壓達到30kV。

下莊-鐵爐村分區(qū)所之間為長大下坡道，列車運行在該區(qū)段時要進行制動，而和諧號電力機車制動時產(chǎn)生再生功率，回饋至接觸網(wǎng)，導致末端電壓抬高存在電壓過高的情況。如果開行3萬噸重載列車，電壓波動將更加劇烈。

如何解決上述兩個牽引變電所電壓波動幅度大，以及供電臂末端電壓過低和過高的問題，是保證3萬噸重載列車試驗順利進行需要解決的課題。

2.2 3萬噸試驗牽引電力機車

3萬噸組合列車重載試驗列車編組為HXD10066B + SY997745 + C80 × 105輛 + HXD10001A + C80 × 105輛 + HXD10069A + C80 × 105輛 + SS4G0862A，總編組輛數(shù)320輛(其中機車4臺，試驗車1輛)牽引重量：31500噸。牽引機車以HX1車型為主。查閱HX1機車維護手冊得知：該機車在網(wǎng)壓30kV時功率開始下降，達到31kV牽引封鎖，高于31kV超過1s跳閘；22.5kV時開始轉(zhuǎn)矩受限，19kV時只能輸出80%功率，17.5kV時牽引封鎖，低于15kV超過1s跳閘。

從監(jiān)測數(shù)據(jù)看，三分溝分區(qū)所末端電壓最低已經(jīng)達到21.2kV，鐵爐村分區(qū)所末端電壓最高已經(jīng)達到30kV，兩所末端電壓已經(jīng)處于影響HX1機車正常工作的臨界值。

2.3 主變壓器現(xiàn)狀

東城鄉(xiāng)變電所主變壓器為斯科特接線主變壓器，額定容量75MVA，主變壓器分接開關(guān)運行檔位處于1檔，對應(yīng)變比為2.1。

下莊變電所主變壓器斯科特接線主變壓器，額定容量63MVA，主變壓器分接開關(guān)運行檔位處于3檔，對應(yīng)變比為2.0。

斯科特接線主變壓器分接開關(guān)位置和對應(yīng)變比為：1檔-變比2.1、2檔-變比2.05、3檔-變比2、4檔-變比 1.95、5檔-變比1.9。

3 方案制定

為了限制東城鄉(xiāng)、下莊變電所的電壓波動幅度，有效的提高東城鄉(xiāng)-三分溝供電臂的末端電壓，降低下莊-鐵爐村供電臂的末端電壓，使供電臂電壓處于保證HX1電力機車可靠運行的范圍之內(nèi)，對可能影響接觸網(wǎng)電壓水平的各個環(huán)節(jié)進行了分析，制定了調(diào)節(jié)牽引主變壓器分接開關(guān)配合投退電容補償裝置的措施，以維持重載列車通過時的接觸網(wǎng)電壓水平，從而為3萬噸重載試驗提供可靠的供電保障。

3.1 調(diào)節(jié)牽引變壓器分接開關(guān)對電壓的影響

東城鄉(xiāng)變電所主變壓器分接開關(guān)運行檔位處于1檔，55kV母線(T座)最高電壓54kV，最低電壓46kV。末端三分溝分區(qū)所電壓最高29kV，最低21.2kV。若分接開關(guān)調(diào)至2檔，則55kV母線最高電壓變?yōu)椋?4×2.1÷2.05=55.3kV；最低電壓變?yōu)椋?6×2.1÷2.05=47.1 kV。供電臂末端三汾溝分區(qū)所最高電壓為29.65 kV，最低電壓為23.05kV。若分接開關(guān)調(diào)至3檔，則55kV母線最高電壓變?yōu)椋?4×2.1÷2=56.7kV；最低電壓變?yōu)椋?6×2.1÷2=48.3kV。供電臂末端三分溝分區(qū)所最高電壓為30.35kV，最低電壓為23.65kV。

下莊變電所主變壓器分接開關(guān)運行檔位處于3檔，55kV母線(T座)最高電壓56.5kV，最低電壓50kV。末端鐵爐村分區(qū)所電壓最高30kV，最低28kV。若分接開關(guān)調(diào)至2檔，則55kV母線最高電壓變?yōu)椋?6.5×2÷2.05=55.1kV；最低電壓變?yōu)椋?0×2÷2.05=48.8kV。供電臂末端鐵爐村分區(qū)所最高電壓為29.3kV，最低電壓為27.4kV。若分接開關(guān)調(diào)至1檔，則55kV母線最高電壓變?yōu)椋?6.5×2÷2.1=53.8kV；最低電壓變?yōu)椋?0×2÷2.1=47.6kV。供電臂末端鐵爐村分區(qū)所最高電壓為28.65kV，最低電壓為26.8kV。

3.2 投退電容補償裝置對電壓的影響

上述數(shù)據(jù)監(jiān)測和分析都是在變電所電容補償裝置投入運行情況下進行的，通過在變電所進行現(xiàn)場試驗，發(fā)現(xiàn)電容補償裝置退出運行時，變電所母線電壓能夠降低1kV左右；電容補償裝置投入運行后，變電所母線電壓則升高1kV左右。投入或退出電容補償裝置，對網(wǎng)壓造成影響是升高或降低0.5kV左右。

3.3 確定方案

3.3.1 東城鄉(xiāng)變電所電壓調(diào)節(jié)方案

將主變壓器分接開關(guān)由“1”檔調(diào)至“3”檔，母線電壓升高2kV左右，供電臂末端電壓可抬高1kV左右。監(jiān)控末端三汾溝分區(qū)所的電壓，當牽引負荷較低，末端電壓升高超過29kV時，退出電容補償裝置使電壓下降；當牽引負荷上升，母線電壓下降，末端電壓低于23kV時，投入電容補償裝置。將末端網(wǎng)壓波動幅度控制在23～29kV范圍之內(nèi)。

3.3.2 下莊變電所電壓調(diào)節(jié)方案

將主變壓器分接開關(guān)由“3”檔調(diào)至“1”檔，退出電容補償裝置，供電臂末端電壓可下降1.5kV左右。監(jiān)控末端鐵爐村分區(qū)所的電壓，當牽引負荷上升，母線電壓下降，末端電壓低于25kV時，投入電容補償裝置；當末端電壓升高至接近29kV時，退出電容補償裝置使電壓下降。將末端網(wǎng)壓波動幅度控制在25～29kV范圍之內(nèi)。

4 方案實施

根據(jù)上述實施方案，2014年2月利用天窗停電時間對東城鄉(xiāng)、下莊變電所主變壓器分接開關(guān)進行了相應(yīng)的調(diào)節(jié)。3月7日，太原鐵路局在大秦線進行了3萬噸組合列車在長大下坡道一個供電臂內(nèi)網(wǎng)壓抬升模擬試驗，3月21日在大秦線進行了2.3萬噸列車運行試驗，3月27日進行了2.9萬噸重載組合列車運行試驗，4月2日進行了3萬噸重載組合列車試驗等一系列重載試驗，均取得了圓滿成功。

3月7日大秦線3萬噸組合列車在長大下坡道一個供電臂內(nèi)網(wǎng)壓抬升模擬試驗數(shù)據(jù)監(jiān)測情況：

車次：77107

機車：HXD10073+HXD10175

運行區(qū)段：湖東-茶塢間

開車點：2014年3月7日5:10

到達點：2014年3月7日10:26

開車前網(wǎng)壓情況：27.8kV(停車，無牽引力)

開車時網(wǎng)壓情況：27.8kV(運行，牽引工況)

進入三汾溝-東城鄉(xiāng)間(94km處)網(wǎng)壓情況：25kV

進入下莊-茶塢供電臂網(wǎng)壓情況：28.5kV(穩(wěn)定)(運行、再生工況)

圖1 試驗列車發(fā)車時網(wǎng)壓監(jiān)測圖像

圖2 試驗列車通過下莊-茶塢供電臂時網(wǎng)壓監(jiān)測圖像

每次試驗時，在試驗列車途徑的各個變電所、分區(qū)所都安排專人進行負荷監(jiān)測，及時收集運行數(shù)據(jù)。試驗列車通過時，對變電所主變一、二次電流、電壓，以及饋線電流、電壓，分區(qū)所末端電壓、穿越電流等數(shù)據(jù)進行了全過程監(jiān)測記錄(試驗數(shù)據(jù)如表1～表3所示)。

表1 3月21日大秦線的2.3萬噸試驗數(shù)據(jù)

表2 3月27日大秦線2.9萬噸組合列車試驗數(shù)據(jù)

表3 4月2日大秦線3萬噸組合列車試驗數(shù)據(jù)

試驗過程中，在下莊變電所、鐵爐村分區(qū)所、東城鄉(xiāng)變電所、三汾溝分區(qū)所安排了網(wǎng)壓調(diào)控小組，對東城鄉(xiāng)-三汾溝、下莊-鐵爐村間的接觸網(wǎng)電壓進行監(jiān)測調(diào)控。實時觀測變電所母線電壓、饋線電流和分區(qū)所的末端電壓。根據(jù)電壓變化情況及時投入或退出電容補償裝置。網(wǎng)壓調(diào)控小組隨時與添乘試驗列車的人員聯(lián)系，掌握試驗列車運行中監(jiān)測到的異常情況。試驗列車在通過三分溝-東城鄉(xiāng)供電臂時，在網(wǎng)壓下降到23kV時及時投入了電容補償裝置；通過鐵爐村-下莊供電臂時，在電壓升高到29kV時及時退出了電容補償裝置。有效的維持了接觸網(wǎng)電壓水平。

通過采取上述措施，從4次試驗結(jié)果數(shù)據(jù)分析，在2.3萬噸、2.9萬噸、3萬噸重載列車試驗過程中，大秦線電壓波動幅度較大的三分溝-東城鄉(xiāng)、鐵爐村-下莊供電臂未出現(xiàn)電壓過高或電壓過低的現(xiàn)象，電壓波動全部控制到HX1機車運行允許的范圍之內(nèi)，為3萬噸重載列車試驗提供了可靠的供電保障。

5 結(jié)論

通過調(diào)節(jié)牽引變壓器分接開關(guān)和適時投切電容補償裝置，在重載試驗列車通過的過程中，東城鄉(xiāng)-三分溝供電臂末端最低電壓提高了1.5kV、下莊-茶塢供電臂最高電壓下降了2kV，確保了3萬噸重載組合試驗列車的成功開行。

Discussion on Maintaining Daqin Line Contaction Voltage Level Plan

ZHOUJi

(Power Supply Department of Taiyuan Railway Bureau,Taiyuan 030013,China)

For the heavy load combination train running test of thirty thousand tons of Daqing train line,make an investigation on the traction power supply ability status of Daqin line,analyze the contact network voltage level to affect the heavy load train electric locomotive running factors,make the branch switches of the requlating tractive main trunsformer,carrying out batching solution of the capacity compensating system to meet the proplems of astable voltage of Daqin line during thirty thousand ton heavy load combination train test.

Daqin railway line；network voltage;30 thousaud tons

TM72

B

2014-02-15

周吉(1963-)，山西大同人，太原鐵路局供電處，高級工程師。