改進云臺山牽引變電所越區供電方案的探討

馬小飛 上海鐵路局調度所

2010 年4 月18 日，東隴海線云臺山牽引所運行中的1#主變差動保護動作跳閘，2#主變自投后顯示B 相過流也跳閘。后查明是201B 斷路器底部連接母線的電流互感器炸裂，短時間內難以恢復，于是當時組織了越區供電。從現有的東海牽引變電所越過包莊分區所向云臺山所供電，因云臺山所是東隴海線最東端的變電所，依托現有的設備無法向云臺山所的A 相供電臂（包括云臺山，連云港東等站）供電，對連云港地區的運輸秩序造成較大干擾。因此有必要研究在云臺山變電所兩路電源失電或所內故障退出運行時如何保證連云港地區的供電。現有設備無法實現這一功能，因此本文試圖探討如何在增加必要設備的情況下實現可靠越區供電。

1 目前現狀

1.1 現有的正常運行方式

云臺山牽引變電所通過兩路110 kV 進線從連云港供電公司取得電源，110/27.5 kV 后分別送往包莊分區所方向和連云港東方向，在下行連云港東－墟溝北112#G 處，上行連云港東2#支柱處與港務局設備分界（見圖1）。

圖1 現有運行方式

1.2 現有的越區供電方案

所謂越區供電，就是當牽引變電所這一供電系統的核心設備發生外部電源失壓或如4 月18 日一樣的牽引變電所設備故障引起全所停運時，由臨近的牽引變電所向停電的牽引變電所供電的接觸網供電方式。越區供電是一種非正常的供電方式，越區供電方案一個基本原則就是操作簡便、耗時少、可靠性高。

正常的區間牽引變電所發生故障時，都是由相鄰的兩個變電所從兩個方向向停用的供電臂來供電，但云臺山變電所的東側已無變電所向其停電供電臂供電，而現有的方案則注明僅考慮從包莊方向越區(見圖2)。對云臺山站，連云港東站以及港務局內無電的情況有所說明，但沒有提出解決問題的辦法。

圖2 現有的越區方案

1.3 現有方案不足造成的影響

現有方案將造成鹽坨－云臺山－連云港東－港務局區間無電，查運行圖，此區段電力機車見表1。

表1 電力機車時刻表上行 下行

共計影響的客貨列車上下行共計達38 趟，查閱《上海鐵路局貨物列車編組計劃》，其中包括石油直達，煤炭直達等需重點保證的車次，還包括跨局旅客列車等。由此可知，云臺山變電所東側供電臂無電，將對東隴海線及連云港區的運輸秩序造成重大干擾，因此增加必要設備，保證故障情況下不間斷的供電有著十分重要的實際意義。

2 解決方案

2.1 方案一

可以采用從變點所反送電的方法。但因云臺山變電所的主變采用的是S-PQY-31500/110 三相-兩相阻抗匹配平衡變壓器，往包莊和港務局方向是不同相的27.5 kV 母線供電，往包莊是B 相，連云港東是A 相，正常情況下A/B 相是沒有設備溝通的并且也不允許溝通。但為了越區時在電氣上導通，需要在A，B 母線上加裝一組手動隔開（見圖3）。需要注意的是，當采用本方案越區時，應將兩臺110 kV 主變一、二次側斷路器全部斷開，防止向高壓側反送電。

圖3 方案一示意圖

2.2 方案二

現有的東隴海的分相處設計是在分相處僅有一組隔開，連接列車運行前方的單元和分相無電區，當列車停在無電區時列車運行方向后一單元停電，閉合分相隔開，由前一單元向列車供電駛出無電區。而借鑒滬寧高鐵在分相處的設計，均有兩組電動隔開分別從兩邊單元向分相無電區處送電，在緊急情況下越區時可以將兩組隔開同時閉合，即可向無電區段送電。既可以滿足反向行車無電區救援的要求、又可以提供一種新的越區供電方式。因此，我們可考慮在云臺山所分相處采用本設計，再增加一組電動隔開（見圖4）。之所以在本方案中采用電動隔開，是為了滿足越區方案對操作時限的要求，因行調臺給出的越區操作時間一般是10 min，而本隔開在線路上，為避免緊急情況下人員難以迅速到達操作地點造成的影響，故在此采用電動隔開，供電調度遠動操作。

圖4 方案二示意圖

需要特別重視的是兩方案中，正常情況下是絕對不允許閉合母連隔開或線路分相處的隔開而造成相間短路的。所以為防止誤動作，需從組織和技術措施上對誤操作的可能加以杜絕，比如將新設隔開的鑰匙單獨放置。方案一中設置隔開與變壓器二次側斷路器的閉鎖，方案二中在電調端將新設隔開掛操作警示牌等。

3 參數計算

3.1 末端電壓

當采用越區供電方式以后，東海變電所越過云臺山變電所供到港務局，起點處為K0+000，東海變電所的位置為K70+130，也就是說越區時一條供電臂的供電長度要達到70 km。根據《鐵路技術管理規程》154 條規定：牽引供電能力必須與線路的運輸能力相適應，滿足規定的列車重量、密度和速度的要求。接觸網額定電壓值為25 kV，最高工作電壓為27.5 kV，最低工作電壓為19 kV。又根據《上海鐵路局電氣化鐵路牽引變電所越區供電辦法》規定：越區供電時行車限制條件為越區合并供電臂內限制運行2 列電力牽引的列車。所以需校核一個合并供電臂內運行2 列電力牽引的列車時末端電壓能否滿足要求，核定SS4 型電力機車額定電流為200 A（見圖5）。

圖5 機車位置示意圖

3.1.1 方案一計算（供電臂通過云臺山變電所實現上下行并聯）

距變電所最遠的機車I 受電點的牽引網電壓損失為：

滿足《鐵路技術管理規程》中最低電壓大于19 kV 的規定。注：據東海所整定計算報告：

查閱運行圖，現在電力機車只運行到連云港東站，連云港東站距東海變電所58 km，故在此最遠負荷距離取58 km。

3.1.2 方案二計算（供電臂上下行不并聯）

距離變電所最遠的機車I 處受電點的牽引網電壓損失為：

同樣滿足《鐵路技術管理規程》中最低電壓大于19 kV的規定。

3.2 饋線保護

牽引變電所的電氣保護定值是按照正常情況下的運行方式核定的，在故障情況下施行越區供電時，供電系統的參數已經發生了變化，特別是本案中供電距離大大增加，因此保護定值要做到相應的修改才能確保設備安全。原則是減少越區方式保護變化對正常方式保護的影響，盡量少動既有的保護范圍，但必須要能保護到越區供電的所有范圍。牽引變電所的饋線保護主要有阻抗I、II 段保護和電流保護（見圖6）。

圖6 保護范圍示意圖

查閱變電所采用的SCH9511 型微機饋線保護測控裝置知道，該裝置設有距離三段保護，平時不投入。鑒于本案中供電臂距離增加較大，所以越區時應通過軟壓板投入距離三段保護，但需要注意的是，為了防止正常情況下距離三段保護和牽引負荷接近可能造成誤動作，所以越區結束后應通過軟壓板退出距離三段保護。

4 方案優缺點

在故障處理的過程中，供電設備的可靠性對故障處理的影響相當關鍵。當需要啟動越區時，一邊是行車部門需要馬上開車的壓力，一邊是供電設備有可能不可靠的矛盾。

在實際中，線路上的遠動隔開由于工作環境惡劣，選不上、或者不能執行這樣的現象時有出現，所以戶外遠動隔開的可信任度是有限的。比較方案一和二，從可靠性上來考慮，筆者傾向于采用方案一。方案一設在變電所內，越區時只需要調度發令值班員手動閉合越區隔開即可，可靠性高，方便操作。并且增加手動隔開，不牽涉到二次系統和調度端遙信點位修改、調試，工作量小。方案二的優點是在遠動開關可靠操作的情況下，全程由電調操作即可完成越區，速度較快，安全可控；缺點是可靠性不高，施工時牽涉部門較多，包括接觸網工區、變電所綜自設備廠家、調度端設備廠家、路局供電調度等，前期協調工作量較大。

5 結束語

隨著局內電氣化鐵路不斷增多，建議今后再遇到類似線路末端變電所的時候（寧啟線電化改造就可能有類似情況），能提前將該變電所的越區改造在新線建設階段就一并考慮進去，提高供電可靠性，也避免投入運行后再加以改造，增加項目施工難度。