管形母線在鐵路牽引變電所的應(yīng)用

郭小篤

管形母線在鐵路牽引變電所的應(yīng)用

郭小篤

介紹了某電氣化鐵路在牽引變電所擴能改造中，將27.5 kV戶外軟導(dǎo)線型輔助母線改造為管形母線的設(shè)計與應(yīng)用，分析得出管形母線具有電流特性良好、機械強度高、架構(gòu)簡單明了和布置清晰等優(yōu)點，為牽引變電所戶外母線的選型方案提供了借鑒。

牽引變電所；配電裝置；管形母線

0 引言

鑒于電氣化鐵路具有速度快、運量大、節(jié)約能源、經(jīng)濟效益好、環(huán)境污染小等優(yōu)點，國內(nèi)目前新建的高速鐵路、客運專線、重載鐵路、普速鐵路基本均采用電力牽引，電氣化鐵路已經(jīng)成為我國國家交通線的重要核心組成部分，且既有鐵路的電氣化率在逐年提高，電氣化改造鐵路也逐步全面推進。因此對牽引變電所配電裝置的載流能力提出了更高的要求，27.5 kV戶外配電裝置作為鐵路的饋出端，由于需要為更重的負荷提供電流，管形導(dǎo)體作為一種全新的載流導(dǎo)體，將以它巨大的特有優(yōu)勢，在牽引變電所中取代傳統(tǒng)的導(dǎo)線，引領(lǐng)電力材料新潮流，展現(xiàn)巨大的發(fā)展空間。

本文介紹的某牽引變電所在擴能改造時，由于另外一條新建復(fù)線電氣化鐵路的引入，主變壓器增容，27.5 kV饋線增加，同時本線提速改造后采用大功率機車，導(dǎo)致原室外27.5 kV主導(dǎo)流回路輔助母線的載流能力預(yù)留不足，通過對母線選型方案的比選，維持原多支軟導(dǎo)線的方案將帶來導(dǎo)線受力、機械震動和弧垂引起的安全帶電距離等方面的問題，為此打破牽引變電所傳統(tǒng)布置方式，研究將27.5 kV室外軟導(dǎo)線型母線改為管形母線方案。

1 牽引變電所的改造方案

1.1 總體改造方案

西南某山區(qū)鐵路干線，屬北亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，年最高氣溫40℃，最低氣溫-10℃，地形條件比較惡劣，并有群山河峽谷阻擋，交通十分不便，牽引變電所選址條件惡劣，2013年開始對牽引供電系統(tǒng)進行擴能改造，牽引變電所改造工程屬于既有設(shè)備“以舊換新”類型。

（1）既有情況。既有牽引變電所采用YN/V型阻抗匹配平衡牽引變壓器，安裝容量為2× 20 MV·A，固定備用，27.5 kV饋線4回。

（2）改造內(nèi)容。

a.將牽引變壓器改為三相Vv接線、增容至2 ×(31.5+31.5) MV·A，更換27.5 kV所用變。

b.新增5回27.5 kV饋線，更換110 kV側(cè)電流互感器及導(dǎo)線，更換27.5 kV側(cè)主導(dǎo)流回路。

c.更換牽引變電所回流回路，并對部分地網(wǎng)進行增強改造。

1.2 27.5 kV側(cè)主導(dǎo)流回路改造方案

（1）導(dǎo)流回路改造需求。牽引變電所地屬山區(qū)，選址條件惡劣，鐵路位于牽引變電所西側(cè)，110 kV輸電線路進所條件較差，從牽引變電所北側(cè)引入，牽引變壓器位于變電所內(nèi)南部，27.5 kV側(cè)需從變電所中部進入到位于西側(cè)的高壓室，由于既有鐵路運量較小，機車電流小，既有27.5 kV側(cè)進線采用雙支鋼芯鋁絞線LGJ-240導(dǎo)線，導(dǎo)線由27.5 kV引線終端桿、轉(zhuǎn)角桿和高壓室外墻拉鋼芯鋁絞線布置，詳見圖1總平面布置現(xiàn)狀圖。

鐵路擴能改造后，牽引變壓器增容，27.5 kV饋線增加5回，本線提速改造后采用大功率機車，27.5 kV母線20 min電流的載流量增加到2 386 A，原來27.5 kV側(cè)輔助母線采用的雙支LGJ-240導(dǎo)線已經(jīng)遠遠不能滿足需求，從載流量方面考慮需要采用4支JL/G1A-400/50導(dǎo)線才能滿足要求。

（2）導(dǎo)流回路選型分析。電氣化鐵路牽引變電所由于其110/220 kV高壓進線限制，27.5 kV牽引饋線出線需求、總平面布置要求、機械受力和運營維護管理等方面的差異，使得導(dǎo)線選型對于各個牽引變電所不盡相同。鋼芯鋁絞線由于其具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、造價低等特點常用于牽引變電所室外裝置導(dǎo)流回路（室外110/220 kV進線導(dǎo)線及連接線，27.5 kV進線、饋線導(dǎo)線及連接線）；矩形導(dǎo)體由于其具有集膚效應(yīng)系數(shù)小，跨距較小，土建安裝要求高等特點常用于牽引變電所室內(nèi)高壓裝置（室內(nèi)27.5 kV母線）；槽形導(dǎo)體由于其工程中施工安裝的難度相對較大一般不用于牽引變電所；管形導(dǎo)體由于其是空心導(dǎo)體，集膚效應(yīng)系數(shù)很低，功率損耗低，散熱效果好，溫升低，所需的絕緣子和土建支架基礎(chǔ)用量較小，具有占地面積小，架構(gòu)簡單明了，布置清晰，安裝方便等優(yōu)點，現(xiàn)已開始應(yīng)用于改造牽引變電所室外配電裝置中（室外27.5 kV輔助母線）。通過對載流量、機械受力、風(fēng)偏角度、帶電距離、跨距、安裝、基礎(chǔ)構(gòu)架布置、檢修等方面進行綜合比選，27.5 kV側(cè)從變電所中部進入到位于西側(cè)的高壓室的橫向輔助母線段采用管形導(dǎo)體方式最為合適，下面就既有牽引變電所27.5 kV側(cè)主導(dǎo)流回路改造中采用非絕緣方式管形導(dǎo)體和全絕緣方式管形導(dǎo)體的方案進行具體分析。

2 27.5 kV側(cè)管形輔助母線方案

2.1 非絕緣方式改造方案

維持原總平面的總體布局，將原橫向布置的雙支LGJ-240軟導(dǎo)線更換為鋁鎂合金管母線6063G-Φ130/116，維持原導(dǎo)體的相間帶電距離，牽引變壓器連接母線段和高壓室連接母線段采用4支JL/G1A-400/50導(dǎo)線，27.5 kV側(cè)管形輔助母線改造方案平面示意和間隔斷面示意如圖2所示。

圖2 27.5 kV側(cè)管形輔助母線非絕緣方式改造方案示意圖

2.2 全絕緣方式改造方案

優(yōu)化原總平面的總體布局，將原橫向布置的雙支LGJ-240軟導(dǎo)線全部更換為采用全絕緣管形母線TGM-27.5/2500，由于采用全絕緣方式，可以大大減小相間帶電距離，優(yōu)化空間布局，27.5 kV側(cè)管形輔助母線改造方案平面示意和間隔斷面示意如圖3所示。

圖3 27.5 kV側(cè)管形輔助母線全絕緣方式改造方案示意圖

改造方案中采用非絕緣方式和全絕緣方式的管形母線用于變壓器低壓側(cè)套管與高壓室的連接，集膚效應(yīng)低，載流量大，機械強度高，承受短路電流大，安裝跨距大，可靠性高，可直接安裝在構(gòu)架上，省去穿墻套管和支柱絕緣子，具有較強抗震能力，安裝方便，免于維護，而全絕緣方式使得空間布置更為緊湊，簡潔，更為安全。

3 結(jié)語

管形絕緣母線具有大電流、機械強度高、絕緣良好、架構(gòu)簡單明了、適用范圍廣等特性，被越來越多的行業(yè)認可和接受，管形絕緣母線已在牽引變電所的擴能改造中得以實施，且運行情況良好，值得在今后的工程建設(shè)中予以推廣應(yīng)用，對牽引變電所的安全運行、提高供電可靠性、減少維護、方便檢修、降低損耗有一定的借鑒和參考作用。

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An introduction is made that the design of 27.5 kV outdoor flexible auxiliary bus bars has been applied on a reconstruction of traction substations for an electrified railway to replace the tabular bus bars, the conclusions are obtained that the tabular bus bars have advantages of good current characteristics, higher mechanical strength, simple structure, clear in arrangement, providing a reference on the scheme for selection of traction substation outdoor bus bars.

Traction substation; power distribution device; tabular bus bar

U224.2+7

：B

：1007-936X(2016)03-0011-03

2015-10-23

郭小篤. 中鐵武漢電氣化局集團有限公司成都分公司，工程師，電話：13880958880。