石太客運專線列車開行方式改變降低電費方案

莊德舉

0 引言

原設計石太客運專線近期兼顧貨運，動車速度目標值為遠期最高速度250 km/h，近期最高運營速度200 km/h，中速列車160 km/h，貨車最高速度120 km/h。由于貨運列車牽引負荷較大，為同時滿足客運、貨運列車對供電能力的需求，牽引供電系統設計以近期貨運列車的需求核定牽引變壓器容量。該線開通后因故只運行客運列車，致使實際牽引變壓器容量需求較原設計小。結合實際列車開行方案，研究改變牽引變壓器容量以及電價政策，尋求降低電費的方法。

石太客運專線采用AT供電方式，既有歇子寨、東凌井、陽泉北、井陘北-5共4座牽引變電所；石太線既有太原北、石家莊西牽引變電所。

既有石太客運專線牽引變壓器類型每 2臺單相為220/2（1）×27.5 kV構成一組V接線型式；石太線既有石家莊西牽引變電所、太原北牽引變電所為110/27.5 kV、V/v接線形式。備用方式均為固定備用。

按新的列車開行方案、列車運行時分及牽引能耗對石太客運專線牽引變壓器容量進行校核，牽引變壓器容量計算結果及安裝容量比較見表1。

1 新舊列車運行方案變壓器容量比較

表1 牽引變壓器容量計算結果及安裝容量比較表

2 降低電費方案比較

2.1 更換變壓器方案

由表1可以看出，在石太客運專線只運行客運列車的情況下，按近期負荷選取確定牽引變壓器容量，牽引變電所的部分牽引變壓器可以降低安裝容量。

考慮歇子寨牽引變電所承擔太原樞紐越區供電的任務，因此該所太原方向牽引變壓器容量不宜減小，有2種方案可以選擇，方案1為正常時停掉太原方向20 MV·A變壓器，僅投入石家莊方向的25 MV·A變壓器單相運行；方案2為結合遠期考慮，采用（20+20）MV·A的方案。研究按方案 2考慮。

故歇子寨牽引變電所按遠期容量、其他牽引變電所按近期容量選取更換變壓器；更換方案為歇子寨牽引變電所新采購2臺20 MV·A單相變壓器，既有2臺25 MV·A主變壓器拆除挪至東凌井變電所；東陵井拆除2臺31.5 MV·A主變壓器移至陽泉北變電所；井陘北-5牽引變電所拆除2臺40 MV·A變壓器，更換為新采購的2臺31.5MV·A單相變壓器。

（1）投資估算。更換變壓器方案投資估算見表2。

表2 更換變壓器方案投資估算表

總投資估算：安裝工程 248萬元，設備工程1 381.5萬元，總計1 629.5萬元。

（2）更換后可減少的基本電費。山西省基本電費每月為 25元/kV·A，河北省基本電費每月為22元/kV·A。

更換小容量牽引變壓器后基本電費為 537.35萬元/月，每月可減少基本電費：

（71 500-63 000）×22+（179 500-159 500）×25=687 000元

每年可節約824.4萬元。

（3）結論。更換變壓器的投資成本與更換后2年節省的基本電費（1 629.5萬元/68.7萬元=23.7月）相當。

2.2 申請改變繳納基本電費方式

（1）電費計算方式概述：

a.最大需量。最大需量指一個用戶所耗功率是隨時間變化的，如果把每15 min的平均功率叫做“用戶需量”，則在一個結算期所內求得到所有“用戶需量”中的最大者，稱用戶的最大需量。

b.電費計算的2種方式。電費為基本電費、電度電費與功率因數調整電費之和。

電度電費是按照用電人各類用電的結算電量和對應電價分別計算，電度電費為結算電量與電度電價之積。

基本電費有 2種計算方式，按變壓器容量計算，則基本電費為變壓器計費容量與基本電價之積；按最大需量計算，基本電費為最大需量與基本電價之積。據了解，電力部門要求按最大需量基本電費計費時，最大需量不足變壓器容量的40%的，按照變壓器容量40%收取。

（2）估算依據：

a.根據調查，石太客運專線2009年第4季度各牽引變電所小時最大有功電量如下，通過小時最大有功電量估算其最大需量見表3。

表3 各牽引變電所運行的小時最大有功電量及最大需量統計表

由表3數據可以看出，由于目前負荷較小，估算最大需量（kW）遠小于變壓器容量的40%（kW），因此，最大需量基本電費須按變壓器容量的 40%（kW）計算。

b.按最大需量基本電費計費單價。按最大需量計算基本電費，山西省基本電費每月為 37.5元/kW，河北省基本電費每月為33元/kW。

（3）基本電費交納方式簡析：

a.變壓器 V接運行。①按變壓器容量計算基本電費，河北省變壓器計費容量為71 500 kV·A，需交基本電費為71 500×22 = 157.30萬元/月；山西省變壓器計費容量為179 500 kV·A，需交基本電費為179 500×25 = 448.75萬元/月。②按最大需量計算基本電費，河北省變壓器總安裝容量為

71 500 kV·A，最大需量為 71 500×40% =28 600 kW，需交基本電費為28 600×33 = 94.38萬元/月；山西省變壓器總安裝容量為 179 500 kV·A，最大需量為179 500×40% = 71 800 kW，需交基本電費為71 800×37.5 = 269.25萬元/月。

b.變壓器單相運行。根據石太客運專線 2009年第4季度各牽引變電所最大負荷情況，各牽引變電所可以采用正常時停掉 V接牽引變壓器中的 1臺，僅投入單臺變壓器單相運行（容量見表 4），可滿足目前的運營需求。但需根據新的列車開行方案及負荷情況，考慮恢復牽引變壓器為正常方式運行。該方案可在短期內減少一定的運營成本。

表4 各牽引變電所投入單臺變壓器運行容量表

由表3和表4可以看出，各牽引變電所投入單臺變壓器運行，各牽引變電所最大需量亦未達到變壓器容量的40%。

按變壓器容量計算基本電費，河北省變壓器計費容量為31 500 kV·A，需交基本電費為31 500×22= 69.30萬元/月；山西省變壓器計費容量為83 000 kV·A，需交基本電費為 83 000×25 =207.50萬元/月。

按最大需量計算基本電費，河北省變壓器總安裝容量為31 500 kV·A，最大需量為31 500×40% =12 600 kW，需交基本電費為 28 600×33 =41.58萬元/月；山西省變壓器總安裝容量為83 000 kV·A ， 最 大 需 量 為 83 000×40%=33 200 kW，需交基本電費為 33 200×37.5 =124.50萬元/月。

2.3 各方案評價

由表5可以看出，每個方案各有優缺點，需根據線路的特點及實施的難易程度選擇較為適宜的方案，以降低電費支出。

表5 各方案評價表

3 結束語

通過以上研究可以看出，針對石太客運專線的負荷特點，可以考慮采用更換變壓器的方案、申請改變繳納基本電費方式及改變牽引變壓器為單相運行等方案來降低電費支出。本文所述的降低運營成本方案可為因列車開行方式或運量的變化引起變壓器容量需求減少的電氣化鐵路降低電費提供參考。

[1]電氣化鐵道設計手冊 牽引供電系統[Z].北京：中國鐵道出版社，1988.

[2]TB10009-2005 鐵路電力牽引供電設計規范[S].

[3]TB/T 1651-1996 牽引變電所變壓器容量的計算條件和方法[S].

[4]譚秀炳，劉向陽.交流電氣化鐵道牽引供電系統[M].成都：西南交通大學出版社，2002.

[5]鐵道第三勘察設計院集團有限公司.新建鐵路石家莊至太原客運專線修改初步設計.天津：2005.

[6]龔理康.最大需量交納基本電費的探討[J].鐵道技術監督，2005，（6）.