埃塞亞吉鐵路牽引變電所外部電源側(cè)運行方式探討

嚴(yán) 希

0 引言

1 牽引變電所外部電源側(cè)運行方式

埃塞俄比亞亞的斯亞貝巴—吉布提鐵路Sebeta—Mieso 段（以下簡稱埃塞亞吉鐵路S—M段）是其國內(nèi)第一條電氣化鐵路。但埃塞亞吉鐵路S—M 段沿線外部電網(wǎng)系統(tǒng)較為薄弱，無法滿足為每座牽引變電所提供兩路獨立外部電源進(jìn)線[1]的條件，不滿足中國鐵路電力牽引供電設(shè)計規(guī)范[2]的要求，不可直接參照國內(nèi)設(shè)計方案。在埃塞亞吉鐵路牽引變電所建設(shè)過程中，筆者根據(jù)埃塞亞吉鐵路S—M 段的工程特點以及鐵路沿線外部電網(wǎng)的實際情況，提出采用進(jìn)線電源環(huán)進(jìn)環(huán)出的外部電源進(jìn)線方案，并對牽引變電所高壓進(jìn)線側(cè)運行方式進(jìn)行分析與優(yōu)化。進(jìn)線電源環(huán)進(jìn)環(huán)出的外部電源方案滿足供電可靠性的要求，并于2020 年底通過埃塞電力公司（EEP）與埃塞鐵路公司（ERC）后評估，牽引變電所于2021 年初成功驗收。方案對未來電網(wǎng)薄弱的相似地區(qū)牽引供電設(shè)計具有一定的借鑒作用。

在目前已投入運行的國內(nèi)常規(guī)電氣化鐵路中，牽引變電所外部電源側(cè)運行方式主要有2 種：線路變壓器組接線方式下外部電源側(cè)運行方式和帶跨條的分支接線方式下外部電源側(cè)運行方式。線路變壓器組接線[3]方式多用于220 kV/330 kV 外部電源進(jìn)線的牽引變電所，牽引變電所采用2 路獨立外部進(jìn)線電源與所內(nèi)牽引變壓器直接相連。在正常運行方式下，2 回外電進(jìn)線各帶1 臺牽引變壓器，互為備用。當(dāng)一路進(jìn)線故障的情況下，可切換至另一路進(jìn)線及牽引變壓器進(jìn)行供電。

帶跨條分支接線[3]方式多用于110 kV 進(jìn)線電源等級的牽引變電所，采用2 路獨立外部進(jìn)線電源，進(jìn)線在所內(nèi)通過跨條與牽引變壓器相連。在正常運行方式下，每一路進(jìn)線可向其對應(yīng)的牽引變壓器供電，也可通過所內(nèi)跨條對另一臺牽引變壓器進(jìn)線交叉供電。當(dāng)一路進(jìn)線故障的情況下，亦可切換至另一路進(jìn)線及牽引變壓器進(jìn)行供電。

2 埃塞亞吉鐵路S—M 段鐵路牽引變電所外部電源側(cè)運行方式

環(huán)進(jìn)環(huán)出外部電源進(jìn)線方式的牽引變電所采用大并聯(lián)供電方式較為穩(wěn)定可靠，其中一路外部進(jìn)線電源由外部電網(wǎng)提供，另一路外部進(jìn)線電源由相鄰牽引變電所提供。

圖1 正常情況下大并聯(lián)運行方式牽引變電所外部電源側(cè)開關(guān)位置示意圖

除大并聯(lián)運行方式外，牽引變電所環(huán)進(jìn)環(huán)出方 式下外部電源運行方式還可采用分開供電并設(shè)置外電源和主變設(shè)置備自投的方式[4]，如圖2 所示。分開供電的運行方案可以保證在線路或主變出現(xiàn)故障的情況下斷開故障部分，并通過裝置自投程序迅速恢復(fù)供電。相較于大并聯(lián)運行方式，其對2 路不同電源進(jìn)線無同期性要求，但當(dāng)發(fā)生故障時，開關(guān)的投切順序比大并聯(lián)運行方式復(fù)雜。

圖2 正常情況下分開供電運行方式牽引變電所外部電源側(cè)開關(guān)位置示意圖

3 運行方式分析

3.1 外部電源側(cè)大并聯(lián)運行方式

3.1.1 2 個牽引變電所情況

正常運行情況時，牽引變電所A 和B 的1#、2#外電線路電源處于并聯(lián)運行的狀態(tài)，牽引變電所A 和B 高壓進(jìn)線側(cè)的開關(guān)均處于合位，詳見表1。

表1 大并聯(lián)運行方式兩牽引變電所高壓側(cè)開關(guān)狀態(tài)位置

當(dāng)出現(xiàn)外電線路故障失壓時，牽引變電所A和B 的1#、2#外電線路電源維持并聯(lián)運行的狀態(tài)，僅將故障線路通過保護(hù)斷開。此時根據(jù)失壓線路的位置，采取不同的措施：

（1）牽引變電所A 1#外電線路失壓。牽引所A 的1QF、1QS 分閘，其余開關(guān)保持不變；牽引所B 開關(guān)保持不變。

（2）牽引變電所B 2#外電線路失壓。牽引所B 的2QF、2QS 分閘，其余開關(guān)保持不變；牽引所A 開關(guān)保持不變。

（3）要加大對青年企業(yè)員工的教育培養(yǎng)，青年職工是供電企業(yè)的活動主體，以馬克思主義青年觀為指導(dǎo)，暢通青年職工的上升渠道，不斷完善激勵制度，保障青年職工的福利待遇，能夠有效激發(fā)其創(chuàng)造思維和創(chuàng)造能力，避免青年人才的流失。

（3）牽引變電所A、B 之間環(huán)進(jìn)環(huán)出聯(lián)絡(luò)線失壓。牽引變電所A 的2QF、2QS 分閘，其余開關(guān)保持不變；牽引所B 的1QF、1QS 分閘，其余開關(guān)保持不變。

當(dāng)出現(xiàn)牽引變電所主變故障時，牽引變電所A和B 的1#、2#外電線路電源維持并聯(lián)運行的狀態(tài)，僅將故障主變通過保護(hù)斷開，將對應(yīng)101QF 或102QF 分閘，其余開關(guān)保持不變。

3.1.2 3 個牽引變電所情況

正常運行情況下，牽引變電所A、B、C 的1#、2#外電線路電源處于并聯(lián)運行的狀態(tài)，即牽引變電所A、B、C 高壓進(jìn)線側(cè)的開關(guān)均處于合位，具體見表2。

表2 大并聯(lián)運行方式3 個牽引變電所高壓側(cè)開關(guān)狀態(tài)位置

當(dāng)出現(xiàn)外電線路故障失壓時，牽引變電所A、B、C 的1#、2#外電線路電源維持并聯(lián)運行的狀態(tài)，僅將故障線路通過保護(hù)斷開。此時，牽引變電所A、B 開關(guān)狀態(tài)如下：

（1）牽引變電所A 的1#外電線路失壓。牽引所A 的1QF、1QS 分閘，其余開關(guān)保持不變；牽引所B、牽引所C 開關(guān)保持不變。

（2）牽引變電所C 的2#外電線路失壓。牽引所C 的2QF、2QS 分閘，其余開關(guān)保持不變；牽引所A、牽引所B 開關(guān)保持不變。

（3）牽引變電所A、B 之間環(huán)進(jìn)環(huán)出聯(lián)絡(luò)線失壓。牽引變電所A 的2QF、2QS 分閘，其余開關(guān)保持不變；牽引所B 的1QF、1QS 分閘，其余開關(guān)保持不變。

（4）牽引變電所B、C 之間環(huán)進(jìn)環(huán)出聯(lián)絡(luò)線失壓。牽引變電所B 的2QF、2QS 分閘，其余開關(guān)保持不變；牽引所C 的1QF、1QS 分閘，其余開關(guān)保持不變。

當(dāng)牽引變電所A、B、C 發(fā)生主變故障時，牽引變電所A、B、C 的1#、2#外電線路電源維持并聯(lián)運行的狀態(tài)，僅將故障主變通過保護(hù)斷開即可。開關(guān)狀態(tài)如下：

（1）牽引變電所A、B、C 的主變1T 故障，對應(yīng)所內(nèi)101QF 分閘，其余開關(guān)保持不變。

（2）牽引變電所A、B、C 的主變2T 故障，對應(yīng)所內(nèi)102QF 分閘，其余開關(guān)保持不變。

由以上分析可知，大并聯(lián)運行方式可以滿足供電可靠性的要求，出現(xiàn)非正常情況時分閘操作相對簡單。

3.2 外部電源側(cè)分開供電的運行方式

3.2.1 2 個牽引變電所情況

在正常運行情況下，牽引變電所A 的1#外電線路電源主供牽引變壓器1T；牽引變電所B 的2#外電線路電源主供牽引變壓器2T。牽引變電所高壓側(cè)開關(guān)狀態(tài)及位置具體詳見表3。

表3 分開供電運行方式兩牽引變電所高壓側(cè)開關(guān)狀態(tài)位置

出現(xiàn)非正常情況，如外電線路失壓、主變故障，開關(guān)狀態(tài)如表3 所示，切斷對應(yīng)開關(guān)并投換供電電源。

3.2.2 3 個牽引變電所情況

正常情況下，牽引變電所A 的1#進(jìn)線主帶主變1T；牽引變電所C 的2#進(jìn)線主帶主變2T；牽引變電所B 利用牽引變電所C 穿越的電源從2#進(jìn)線帶主變2T。牽引變電所高壓側(cè)開關(guān)狀態(tài)及位置具體詳見表4。

表4 分開供電運行方式下3 個牽引變電所高壓側(cè)開關(guān)狀態(tài)位置

當(dāng)出現(xiàn)外線失壓時，牽引變電所需要切斷失壓進(jìn)線，并從相鄰牽引變電所汲取電源，例如：牽引變電所A 的1#進(jìn)線外電線路失壓時，通過開關(guān)分、合閘操作，通過從牽引變電所B、C 穿越過來的外電電源供電，運行方式從1#進(jìn)線帶主變1T 調(diào)整為2#進(jìn)線帶主變2T。牽引變電所B 及牽引變電所C的運行方式維持不變。

而出現(xiàn)主變故障時，保持跨條穿越功率，切除故障變壓器，投入備用變壓器，例如：牽引變電所B 主變2T 故障時，牽引變電所B 中102QF、2QF、2QS 分閘，1021QS 保持合位，2QS、2QF、101QF合閘，1021 保持合位，1QF、1QS 保持分位；牽引變電所A 維持正常運行時開關(guān)狀態(tài)不變；牽引變電所C 維持正常運行時開關(guān)狀態(tài)不變。這樣，牽引變電所B 通過從牽引變電所C 穿越過來的電源從2#進(jìn)線帶主變1T。

分開供電運行方案是基于埃塞亞吉鐵路牽引變電所環(huán)進(jìn)環(huán)出方式下參照國內(nèi)牽引變電所外部電源側(cè)運行方式調(diào)整得出，可以保證在線路或主變出現(xiàn)故障時，斷開故障部分，并通過裝置自投程序迅速恢復(fù)供電。但因為外電進(jìn)線方式改變，其自投方式相較國內(nèi)牽引變電所有很大差異，且自投方式和順序更多，需要廠家對裝置內(nèi)的自投程序進(jìn)行修改，這對于裝置的可靠性有較高的要求。同時基于埃塞電網(wǎng)的薄弱情況，分開供電運行方式對牽引變電所值班和調(diào)度人員的專業(yè)水平要求較高[5]，需在自投裝置失效的情況下能迅速對進(jìn)線電源和主變進(jìn)行投切。

4 結(jié)語

本文根據(jù)埃塞俄比亞外部電源實際情況，提出牽引變電所環(huán)進(jìn)環(huán)出進(jìn)線方案，并分析了外部電源側(cè)2 種運行方式，發(fā)現(xiàn)：外部電源側(cè)大并聯(lián)運行方式下，2 路外部電源進(jìn)線和2 臺主變壓器均互為熱備，電力系統(tǒng)提供的2 路不同電源進(jìn)線要并聯(lián)需滿足同期性要求，綜合自動化裝置上應(yīng)設(shè)置檢同期裝置；外部電源側(cè)分開供電的運行方式與國內(nèi)運行方式相似，無需校驗電源的同步性，可通過裝置自投程序迅速恢復(fù)供電。2 種運行方式均滿足可靠供電的要求。

在實際工程中，埃塞電力公司（EEP）與埃塞鐵路公司（ERC）對接認(rèn)為分開供電方案中自投順序復(fù)雜，并考慮埃塞俄比亞當(dāng)?shù)仉娏ο到y(tǒng)變電站的運行方式和習(xí)慣，最終采用大并聯(lián)運行方式。埃塞亞吉鐵路牽引變電所外電運行方案于2020 年底通過埃塞電力公司（EEP）與埃塞鐵路公司（ERC）后評估，牽引變電所于2021 年初成功驗收，證明了牽引變電所高壓進(jìn)線側(cè)大并聯(lián)運行方式的可靠性和合理性，其相應(yīng)的設(shè)計經(jīng)驗可為相似地區(qū)的牽引供電設(shè)計提供一定的借鑒和參考。