既有鐵路樞紐牽引供電優(yōu)化改造方案

王旭

（中國鐵路武漢局集團(tuán)有限公司供電部，湖北武漢 430071）

近年來，隨著我國鐵路事業(yè)的高速發(fā)展，新線開通引入樞紐站，大型編組站貨運(yùn)提噸上量，“三保三增”壓縮固定設(shè)備施工維修天窗，既有鐵路樞紐面臨的壓力越來越大，運(yùn)輸生產(chǎn)和設(shè)備天窗修、運(yùn)輸組織需求和供電保障能力之間的矛盾突顯，需要電氣化鐵路從業(yè)人員深入思考謀劃，積極推進(jìn)樞紐站區(qū)牽引供電優(yōu)化改造。

1 既有鐵路樞紐站區(qū)牽引供電現(xiàn)狀分析

既有鐵路樞紐站區(qū)大多經(jīng)歷過1 次或數(shù)次擴(kuò)能改造，以武漢和襄陽樞紐為例，漢口站1992年電氣化開通時(shí)，只有京廣線1 條電氣化鐵路，進(jìn)入21 世紀(jì)以來，伴隨我國鐵路快速發(fā)展，漢丹、合武、漢宜、高鐵聯(lián)絡(luò)線、武孝城際鐵路相繼電氣化開通引入，同時(shí)新建漢口客機(jī)折返段、漢口動(dòng)車運(yùn)用所，漢口樞紐供電方式復(fù)雜，由江岸西牽引變電所及漢口動(dòng)車開閉所供電，涉及24 個(gè)供電單元；襄陽北編組站近年來歷經(jīng)增建上行系統(tǒng)、機(jī)務(wù)折返段、交換場等多次擴(kuò)容改造，電化掛網(wǎng)范圍包括焦柳、漢丹上下行正線，上下行到達(dá)場、出發(fā)場，機(jī)務(wù)段和機(jī)務(wù)折返段，站區(qū)內(nèi)含西到、北到、東到、南到、發(fā)西、發(fā)北、發(fā)東、發(fā)南線，環(huán)到線、環(huán)發(fā)線、機(jī)車走行線及場間聯(lián)絡(luò)線等，由襄樊牽引變電所及襄陽北開閉所供電，涉及16個(gè)供電單元。

武漢、襄陽樞紐牽引供電方式未經(jīng)統(tǒng)籌規(guī)劃，新建或電氣化改造線路引入樞紐時(shí)與既有線未分開供電，客運(yùn)樞紐站和貨運(yùn)編組站站線股道未按線別和接發(fā)列車方向?qū)崿F(xiàn)供電單元細(xì)分，同時(shí)存在擴(kuò)能改造工程中為保開通，受供電現(xiàn)狀限制，遺留的跨線跨場供電等情況，導(dǎo)致牽引供電結(jié)構(gòu)布局不合理，能力不均衡，相關(guān)供電單元停電影響范圍大，供電部門天窗修組織困難，不利于故障應(yīng)急處置等問題，威脅供電運(yùn)行安全，突出體現(xiàn)在以下方面：

（1）新建或電氣化改造線路引入樞紐站與既有線未分開供電的問題。漢丹線通過新墩站引入武漢樞紐，與既有京廣線未分開供電，武九線通過何劉站引入武漢樞紐與南環(huán)線、東二聯(lián)絡(luò)線（貨車外繞線徑路）未分開供電，導(dǎo)致供電天窗修相互影響，設(shè)備故障時(shí)相互波及，不利于故障應(yīng)急處置。

（2）外包線供電單元跨越編組站區(qū)的問題。武漢北編組站京廣上貨線直饋36 單元供電范圍自灄口站南起，至林家灣線路所止，供電臂跨越武漢北上行到達(dá)、出發(fā)場。襄陽樞紐焦柳下行線襄供76 單元供電范圍自郜營站下行出站起，至襄陽站下行進(jìn)站止，供電臂跨越襄陽北編組站下行到達(dá)、出發(fā)場，外包線供電單元接觸網(wǎng)停電時(shí)，編組站到達(dá)場、出發(fā)場均不能接發(fā)電力機(jī)車，對(duì)運(yùn)輸組織影響大，同時(shí)供電設(shè)備天窗修組織困難。

（3）樞紐站區(qū)站線股道供電單元未細(xì)分的問題。武漢樞紐漢口站含滬蓉上下行、漢丹上下行、武孝城際上下行、京廣漢口聯(lián)絡(luò)上下行正線及到發(fā)線共20 條站線股道，受江岸西牽引變電所供電能力和供電線徑路限制，只能采取1 路饋線間隔帶2 路或3 路牽引負(fù)荷的方式供電，導(dǎo)致京廣漢口聯(lián)絡(luò)線、滬蓉線、漢口客機(jī)折返段與站線股道合并供電，接觸網(wǎng)停電影響范圍大，不利于故障應(yīng)急處置，天窗修組織困難。

襄陽北編組站各場站線股道未按接發(fā)列車方向細(xì)分，下行到達(dá)場西到、北到方向股道接觸網(wǎng)同屬襄供直11 單元供電，下行出發(fā)場發(fā)東、發(fā)南方向股道接觸網(wǎng)同屬襄供直13 單元供電，上行到達(dá)場東到、南到方向股道接觸網(wǎng)同屬襄供直14 單元供電，上行出發(fā)場發(fā)西、發(fā)北方向股道接觸網(wǎng)同屬襄供直6單元供電，不同接發(fā)列車方向股道接觸網(wǎng)未實(shí)現(xiàn)分開供電，全場停電影響范圍大，不利于運(yùn)輸生產(chǎn)和天窗修組織。

（4）樞紐站區(qū)擴(kuò)能改造引起的供電能力問題。武漢樞紐歷經(jīng)多次擴(kuò)能改造，新增漢口站區(qū)牽引負(fù)荷集中由江岸西牽引變電所重負(fù)荷相直饋線擔(dān)當(dāng)，變電所供電能力不均衡，尤其是武孝城際鐵路開通引入后，江岸西牽引變電所直饋線饋出單元結(jié)構(gòu)性過負(fù)荷運(yùn)行問題突出，高壓母線燒傷斷股，T形連接線夾和隔離開關(guān)設(shè)備線夾燒損，直饋線斷路器過負(fù)荷跳閘頻次明顯增多，影響運(yùn)輸組織，同時(shí)威脅供電運(yùn)行安全。

2 優(yōu)化改造方案

2.1 新建或電氣化改造線路引入樞紐站與既有線分開獨(dú)立供電方案

針對(duì)漢丹線引入漢口樞紐與京廣線未分開供電的問題，已納入漢口樞紐供電優(yōu)化工程，在漢丹線引入漢口線路所岔前增設(shè)關(guān)節(jié)式電分段，將漢丹線接觸網(wǎng)從既有京廣線供電臂分劈出去，在漢口樞紐新建3 進(jìn)14出箱式開閉所1座［1］，利用其中2路饋線間隔向漢丹上下行線供電。新建開閉所利用江岸西牽引變電所漢宜上下行供電線作為進(jìn)線電源，同時(shí)從京廣下行線接觸網(wǎng)T 接1 路電源作為第3 路備用電源，提高供電可靠性。

針對(duì)武九線引入武漢樞紐與南環(huán)及東二聯(lián)絡(luò)線未分開供電的問題（見圖1），接觸網(wǎng)部分需對(duì)既有武東二場進(jìn)行分束改造，在武東二場武九線與東二聯(lián)絡(luò)線站線股道間設(shè)置分段絕緣器，在東二聯(lián)絡(luò)線引入南環(huán)線流芳站岔前設(shè)置關(guān)節(jié)式電分段；供變電部分建議在武九、南環(huán)、東二聯(lián)絡(luò)線形成的三角區(qū)域選址新建2進(jìn)4 出箱式開閉所1 座，南環(huán)線仍由既有何劉牽引變電所饋出，同時(shí)作為新建開閉所進(jìn)線電源，從接觸網(wǎng)T接引入，開閉所設(shè)置4路饋線，分別為武九上下行線、東二聯(lián)絡(luò)上下行線供電，從而實(shí)現(xiàn)武九線、南環(huán)線、東二聯(lián)路線（貨車外繞線徑路）分開供電。

2.2 外包線供電單元跨越編組站區(qū)方案

針對(duì)武漢北編組站京廣上貨線跨越上行到達(dá)、出發(fā)場的問題，建議在京廣上貨線武漢北上行出發(fā)場6002#道岔岔后增設(shè)電分段，將既有4 跨非絕緣錨段關(guān)節(jié)改造為絕緣錨段關(guān)節(jié)，將京廣上貨線武供直饋36 單元分劈為2個(gè)供電單元，灄口側(cè)供電單元維持既有供電方式，由武漢北牽引變電所饋出，林家灣線路所側(cè)新增供電單元由既有武漢北開閉所預(yù)留間隔饋出。

針對(duì)襄陽北編組站焦柳下行線襄供76 單元跨越下行到達(dá)、出發(fā)場的問題，接觸網(wǎng)部分建議在襄陽北下行出發(fā)場3001#道岔岔后增設(shè)電分段，將既有4 跨非絕緣錨段關(guān)節(jié)改造為絕緣錨段關(guān)節(jié)，將焦柳下行線襄供76 單元分劈為2 個(gè)供電單元；供變電部分建議在襄陽北機(jī)務(wù)折返段附近選址新建2 進(jìn)6 出箱式開閉所1 座，向站區(qū)負(fù)荷供電，將襄樊牽引變電所下行出發(fā)場、上行到達(dá)場供電線改造為新建箱式開閉所2 路電源進(jìn)線［2］，襄陽北機(jī)務(wù)折返段供電線改造為焦柳下行線新增供電單元供電線（見圖2）。

圖1 武九、南環(huán)、東二聯(lián)絡(luò)線供電分段示意圖

2.3 樞紐站區(qū)站線股道供電單元細(xì)分方案

針對(duì)武漢樞紐漢口站區(qū)供電單元未細(xì)分的問題［3］，接觸網(wǎng)部分將滬蓉上下行線、京廣漢口上下行聯(lián)絡(luò)線、漢口客機(jī)折返段與漢口站站線股道間接觸網(wǎng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)斷開，將漢口站站線股道改造為8束，分別為滬蓉上下行線2 束、京廣漢口聯(lián)絡(luò)上下行線2 束、武孝城際上下行線2 束、到發(fā)線股道2 束，各接觸網(wǎng)分束間設(shè)置聯(lián)絡(luò)開關(guān)，納入遠(yuǎn)動(dòng)控制。供變電部分利用新建箱式開閉所（如前所述）饋線間隔為站線股道供電，與漢丹線新增供電單元改造同步實(shí)施。

針對(duì)襄陽北編組站站線股道供電單元未細(xì)分的問題［4］，考慮對(duì)各場站線股道接觸網(wǎng)按接發(fā)列車方向進(jìn)行分束改造，實(shí)現(xiàn)不同接發(fā)列車方向半場獨(dú)立供電，具體分束改造建議為：襄陽北下行到達(dá)場1～7道接觸網(wǎng)為1束，8～14道接觸網(wǎng)為1束，西到和北到方向接觸網(wǎng)分開供電；襄陽北下行出發(fā)場1～10 道接觸網(wǎng)為1 束，11～17 道接觸網(wǎng)為1 束，發(fā)東和發(fā)南方向接觸網(wǎng)分開供電；襄陽北上行到達(dá)場1～6道接觸網(wǎng)為1束，7～12道接觸網(wǎng)為1束，東到和南到方向接觸網(wǎng)分開供電；襄陽北上行 出發(fā)場1～7 道接觸網(wǎng)為1 束，8～15 道接觸網(wǎng)為1束，發(fā)西和發(fā)北方向接觸網(wǎng)分開供電，各半場間設(shè)置接觸網(wǎng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)，納入遠(yuǎn)動(dòng)控制。供變電改造內(nèi)容為：下行出發(fā)、上行到達(dá)半場及襄陽北機(jī)務(wù)折返段由新建箱式開閉所（如前所述）供電，同時(shí)考慮供電能力、布局以及供電線徑路的問題，對(duì)既有襄陽北開閉所進(jìn)行擴(kuò)能改造［5］，擴(kuò)建高壓室，增加2 路饋出間隔，為上行出發(fā)、下行到達(dá)新增半場供電（見圖2）。

圖2 襄陽北編組站供電分段示意圖

2.4 樞紐站區(qū)供電能力優(yōu)化方案

針對(duì)武漢樞紐漢口站區(qū)擴(kuò)能改造引起的江岸西牽引變電所供電能力不均衡、直饋線斷路器過負(fù)荷運(yùn)行的問題，一是對(duì)供電布局進(jìn)行調(diào)整，對(duì)江岸西牽引變電所重負(fù)荷相武昌南方向正線供電臂進(jìn)行分劈，將原漢陽開閉所改造為分區(qū)所，原漢陽開閉所—武昌南分區(qū)亭供電臂改由武昌南牽引變電所供電，取消武昌南牽引變電所并聯(lián)補(bǔ)償饋線單元；二是對(duì)漢口站區(qū)供電方式重新布局，滬蓉上下行線、京廣漢口上下行聯(lián)絡(luò)線由江岸西牽引變電所主送，站區(qū)負(fù)荷由新建3 進(jìn)14 出箱式開閉所（如前所述）進(jìn)行供電，徹底解決江岸西牽引變電所直饋線過負(fù)荷運(yùn)行的問題［6］。

3 優(yōu)化改造效能

3.1 提高運(yùn)輸組織的靈活性

（1）樞紐站引入各線分開供電，運(yùn)輸組織和供電設(shè)備天窗修相互獨(dú)立，互不影響。

（2）貨運(yùn)編組站外包線供電單元分劈，到達(dá)場側(cè)供電單元停電時(shí)，不影響出發(fā)場發(fā)出電力機(jī)車；出發(fā)場側(cè)供電單元停電時(shí)，不影響到達(dá)場接發(fā)電力機(jī)車和出發(fā)場接入電力機(jī)車，相對(duì)外包線供電臂全停全送，有效盤活了編組站，確保運(yùn)輸暢通高效［7］。

（3）樞紐站區(qū)站線股道按引入線別和接發(fā)列車方向分線、分場供電，各細(xì)分供電單元單獨(dú)停送電，不影響其他站線股道和相鄰半場接發(fā)電力機(jī)車，提高運(yùn)輸組織靈活性。

3.2 提高供電可靠性與靈活性

（1）樞紐站區(qū)供電方式和結(jié)構(gòu)布局得到整體優(yōu)化，正線負(fù)荷由牽引變電所主送，站區(qū)負(fù)荷由開閉所主送，實(shí)現(xiàn)分層分級(jí)、分線分場獨(dú)立供電，提高了供電可靠性。

（2）樞紐站區(qū)引入正線與站線股道間以及場間、站線股道間增設(shè)的接觸網(wǎng)遠(yuǎn)動(dòng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)，提高了供電靈活性。

3.3 有效緩解運(yùn)輸生產(chǎn)和設(shè)備天窗修之間的突出矛盾

樞紐站區(qū)引入各線獨(dú)立供電，站線股道按線別和接發(fā)列車方向優(yōu)化細(xì)分，便于運(yùn)輸生產(chǎn)和供電設(shè)備天窗修組織，有效解決樞紐站區(qū)因天窗資源不足導(dǎo)致的供電設(shè)備超周期和失修的問題，確保供電設(shè)備運(yùn)用狀態(tài)良好，提高供電保障能力［8］。

3.4 供電單元優(yōu)化細(xì)分便于故障應(yīng)急處置

樞紐站區(qū)引入各線獨(dú)立供電，站線股道供電單元優(yōu)化細(xì)分，縮小了接觸網(wǎng)停電影響范圍，同時(shí)分層分級(jí)、分線分場的供電方式，各細(xì)分供電單元間設(shè)置的遠(yuǎn)動(dòng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)，確保故障應(yīng)急處置快速高效，能夠最大程度減少故障對(duì)運(yùn)輸?shù)母蓴_。

4 相關(guān)建議

（1）新建或電氣化改造線路引入樞紐站區(qū)時(shí)應(yīng)與既有線分開獨(dú)立供電。

（2）對(duì)貨運(yùn)編組站外包線供電單元進(jìn)行分劈，在外包線引入出發(fā)場岔后直股增設(shè)電分段，使出發(fā)場和到達(dá)場側(cè)外包線分開供電。

（3）樞紐站區(qū)站線股道按線別和接發(fā)列車方向優(yōu)化細(xì)分，分線分場供電，同時(shí)在引入正線與站線股道以及各供電分束間設(shè)置遠(yuǎn)動(dòng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)。

（4）既有鐵路樞紐新增站區(qū)負(fù)荷除牽引變電所位于站區(qū)，且饋線間隔預(yù)留充足的情況，優(yōu)先選擇開閉所饋出，避免牽引變電所長距離多回路跨線跨場供電。新建開閉所選址要充分考慮供電線徑路條件，主接線宜采用單母線分段［9］、2 路進(jìn)線并聯(lián)運(yùn)行的供電方式，減少牽引變電所饋出單元和供電線擴(kuò)容工程量，同時(shí)便于設(shè)備檢修和故障應(yīng)急處置。

（5）既有鐵路樞紐牽引供電優(yōu)化改造應(yīng)統(tǒng)籌規(guī)劃，合理布局，避免出現(xiàn)重負(fù)荷相結(jié)構(gòu)性過負(fù)荷的問題，可考慮利用相鄰牽引變電所富余能力分劈牽引負(fù)荷，或是對(duì)既有主變壓器進(jìn)行增容。

（6）電分段設(shè)置應(yīng)優(yōu)先采用關(guān)節(jié)式［10］，對(duì)于貨運(yùn)編組站機(jī)車走行線，機(jī)車換掛作業(yè)繁忙處所，電分段可結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際采用器件式結(jié)構(gòu)，避免關(guān)節(jié)式電力禁停區(qū)，影響乘務(wù)員操縱和作業(yè)效率。動(dòng)車走行線電分段位置距離進(jìn)庫信號(hào)機(jī)應(yīng)保持400 m以上，防止動(dòng)車組停車等信號(hào)時(shí)受電弓處于電力禁停區(qū)。

5 結(jié)束語

既有鐵路樞紐站區(qū)牽引供電優(yōu)化改造受站前和既有供電布局限制，干擾因素較多、施工給點(diǎn)困難，涉及過渡工程時(shí)，施工組織難度和風(fēng)險(xiǎn)較大，建議既有樞紐站區(qū)牽引供電優(yōu)化改造工程應(yīng)結(jié)合遠(yuǎn)期規(guī)劃，在初步設(shè)計(jì)階段進(jìn)行系統(tǒng)研究和統(tǒng)籌布局，預(yù)留增容條件，便于后期供電擴(kuò)能改造工程的實(shí)施。