哈大鐵路客運專線牽引電力合建變電所優化設計

辛 宇

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300251)

哈大鐵路客運專線是東北地區重要的干線鐵路，連接了大連、沈陽、哈爾濱三座省會城市，其中原設計在大連地區南關嶺車站附近的新大連牽引變電所一座由于10 kV外電源引入困難，加之丹東至大連鐵路引入大連樞紐造成的電力供電負荷增加較大等因素，改為牽引電力合建變電所，結合本工程情況，探討在滿足鐵路牽引供電和電力供電技術要求的前提下通過優化設計，減少土地資源利用，提高合建變電所技術經濟效益的關鍵問題。

1 電力變接線方式的選擇

電力變壓器可采用2種接線方式。

(1)直接接于220 kV高壓側。電力變壓器直接接于220 kV母線，和牽引變壓器并列共用220 kV電源。其優點主要是電源可靠性很高，但《GB—T/6451油浸式電力變壓器技術參數和要求》中220 kV電力變壓器最小容量為10 MVA，因此若電力變需求容量過小需采用非標設備。另外220 kV側設置電力變壓器受安全凈距限制，占地大，需要設置架構多，設備投資也較大。見圖1。

圖1 電力變壓器接于220 kV側

(2)接于27.5 kV母線。電力變壓器接于牽引變壓器二次側，使用27.5/10 kV電壓等級的電力變壓器分別接于27.5 kV母線上。單相供電方式下無法實現兩臺電力變壓器同時投入。另外由于電力變壓器和牽引饋線接于同一母線，機車運行導致的電壓波動和產生的諧波會對電力變壓器電能質量造成不良影響。其次27.5/10 kV變壓器屬于非標設備，而配套的斷路器隔離開關互感器等設備在設備投資中所占比重相較于變壓器并不大，因此設備造價較高。同時采用非標設備可能導致可靠性也有所降低。見圖2。

圖2 電力變壓器接于27.5 kV側(牽引變壓器為V接)

2種接線方式的比較見表1，選擇主要受制于2個條件限制。

表1 2種接線方式的比較

(1)運行方式:電力變壓器為2臺電力變壓器采用熱備用方式，即2臺同時投入，故障情況下單臺電力變壓器運行變壓器，保證一級負荷的用電需求。而牽引變只供給機車牽引負荷，采用一主一備運行方式，不能同時投入。

(2)電力變壓器容量:220 kV變壓器若小于10 MVA，需要制造廠按照非標設備生產。

哈大鐵路客運專線工程新大連變電所其電力變壓器容量需求為31.5 MVA，供給整個大連樞紐的通信、信號、消防水泵、站房照明及其他重要負荷，如接入27.5 kV側電能質量不能滿足要求，因此采用直接在220 kV側裝設電力變壓器的接線形式。由此帶來的滿足2臺電力變壓器同時投運的運行方式要求，對牽引變壓器相關部分進行下列修改:

原設計中220 kV電源備投由遠動操作1011和1021電動隔開。牽引變壓器備投由隔離開關1011和1021及跨條隔離開關1001實現，跨條隔離開關1001處于常分狀態，除交叉供電外，跨條兩側并不聯通。

合建所設計220 kV電源備投仍然由遠動操作1011和1021電動隔開。牽引變壓器備投則改由1013、1023隔離開關實現。跨條隔離開關1001處于常合狀態，跨條兩側聯通并分別接兩臺電力變壓器，如此在不影響牽引變壓器一主一備運行方式的前提下，實現了電力變壓器并列運行。

2 220 kV室外設備布置

仔細分析不難發現，制約合建變電所的占地的主要控制因素在于變壓器布置。變壓器布置首先應滿足防火距離要求，根據《鐵路電力牽引供電設計規范》(TB 10009—2005)規定，220 kV變壓器之間防火距離應在10 m以上。即便使用防火隔墻，由于每組V接牽引變壓器是由2臺單相變組合而成，2組牽引變壓器的占地的橫向體量達到了50 m，2臺電力變壓器又各需要增加15 m，再加上變壓器架構、變壓器到圍墻的距離使整個變電所橫向體量達到了85 m至90 m且無法進一步縮小，因此減小合建變電所占用土地資源主要應從節省220 kV開關設備縱向占地入手。

除本設計中采用的戶外中型布置外，220 kV側高壓設備還可以采用GIS和HGIS設備布置。

(1)GIS設備，即全封閉氣體絕緣組合電器，220 kV側全部開關、互感器、避雷器設備均集成于承壓容器內，并充以六氟化硫氣體。通常布置在戶內，哈大鐵路客運專線遼陽牽引變電所即采用戶內布置的GIS設備。采用GIS設備占地極小，但設備造價很高。

(2)HGIS設備，即混合式封閉氣體絕緣組合電器，在承壓容器內集成了采用六氟化硫氣體絕緣的斷路器、隔離/接地開關等設備，電源進線隔離開關、互感器、避雷器則可采用常規單體設備。占地比GIS設備略大，造價比戶外中型布置高，但大大低于GIS設備。

比較3種布置形式(表2)，戶外中型布置占地最多;但投資最省，GIS占地最少，投資最高;HGIS則介于兩者之間。可靠性方面GIS高于HGIS高于單體設備，但是從運營維護角度考慮，GIS和HGIS設備均為高度集成的氣體絕緣開關，一旦出現故障，很難由現場人員直接修復，一般需返回制造廠才能維修。

表2 220 kV側3種布置形式比較

新大連牽引變電所所處的南關嶺地區恰有荒地，且增設電力變壓器晚于設備采購，因此采用的是常規的室外中型布置，見圖3。

圖3 新大連牽引電力合建所總平面布置(單位:mm)

3 結論

土地是不可再生資源，我國耕地資源又極為緊張，牽引電力合建所由于變壓器布置的限制橫向占地體量已經很大，因此宜結合當地土地資源條件，適當考慮占地和造價比較平衡HGIS設備，在經濟發達人口稠密地區也可以采用GIS設備，盡量減少采用單體設備戶外布置方式。

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