內蒙古伊泰準東鐵路牽引供電系統方案研究

郭 生

(內蒙古伊泰準東鐵路有限責任公司，內蒙古鄂爾多斯 010300)

1 準東鐵路路網概述

伊泰集團鐵路以準東一期鐵路為主干通道向周圍延伸，與準東一期鐵路周家灣站、虎石站接軌的鐵路較多，有呼準鐵路、呼準二線、酸周線、準東二期、準東一期重車線等，暫且將上述鐵路組成的鐵路網稱為“準東鐵路路網”(如圖1所示)。

2 原牽引供電系統及運行情況

準東一期鐵路(全長72 km):牽引網采用AT供電方式，設有福興城牽引變電所和薛家灣、海子塔、沙圪堵、西營子四座AT所。外部電源供電方案:由薛家灣220 kV地區變電站和沙圪堵220 kV地區變電站各出一回110 kV電源。本線于2005年進行電氣化改造，至今已運行接近四年。

準東二期鐵路(全長60 km):牽引網采用AT供電方式，設有暖水牽引變電所和虎石、獅子嶺、公溝、準格爾召四座AT所。根據電力部門提供的資料，外部電源供電方案為:由楊四海220 kV地區變電站和神山110 kV地區變電站各出一回110 kV電源。本線當時正處于施工階段，牽引變電所場坪已經完成，外部電源的供電方案即將實施。

酸周線(全長26 km):牽引網采用帶回流線直接供電方式，設有大飯鋪牽引變電所。外部電源供電方案:由薛家灣220 kV變電站和酸刺溝煤礦變電站各出一回110 kV電源，本線于2008年底開通運行。

呼準線(全長124 km):牽引網采用帶回流線直接供電方式，設有官牛犋、托克托、王氣三座牽引變電所。

準東一期重車線(全長60 km):已完成定測，根據初步設計，牽引網供電方式采用AT供電方式;新建沙屹堵北一座牽引變電所，新建周家灣、巴潤哈岱、D1K26+200、DK48+000、虎石5座 AT 所。

呼準二線(全長120 km):已完成初測。

準東鐵路路網供電設施分布既有(設計)如圖2所示。

近幾年伊泰集團鐵路發展較快，路網中的每段鐵路不是同一時期修建，牽引供電設施相對分散，從整體來說不太合理，主要表現在:

①準東一期鐵路現在的實際運量超出設計運量，供電能力不足。

②周家灣、虎石站為路網的“樞紐”站，但供電能力沒有相互支援，供電的可靠性較差;各牽引變電所的供電臂長度不均衡，牽引變電所越區供電較為困難。

③牽引供電系統沒有為即將實施的呼準二線、塔拉壕礦區專用線及規劃中的準東二期復線預留供電條件，將造成電氣化工程重復建設。

綜上述對準東鐵路路網牽引供電系統的分析，本次研究的供電方案是對路網進行總體規劃，統籌考慮，根據路網總體規劃和近期需要設置牽引變電所，并優先在兩個“樞紐站”(周家灣、虎石)設牽引變電所，以提高樞紐站的供電可靠性和相鄰牽引變電所供電能力的相互支援。

圖1 伊泰集團準東、呼準鐵路示意

圖2 準東鐵路網既有供電設施分布

3 牽引供電方案研究

3.1 牽引網供電方式

從構成路網的鐵路牽引負荷和外部電源具體情況分析，構成路網的鐵路均地處電源稀少地區，又是開行重載列車的線路，同時準東一期鐵路、準東二期鐵路采用AT供電方式。因此，牽引網供電方式優先采用供電能力強、外部電源投資少的AT供電方式，與路網銜接的專用線和其他支線可根據其牽引負荷和運營要求，采用帶回流線的直接供電方式。

3.2 牽引變電所及AT所的分布方案

牽引網供電方式優先采用AT供電方式，牽引變電所分布按路網總體規劃和近期需要設置，優先在兩樞紐站(周家灣、虎石)設牽引變電所，同時考慮牽引變電所供電能力相互支援的原則，提出如下供電方案:

新建周家灣、虎石兩座牽引變電所，新建巴潤哈岱、沙圪堵北、DK29、DK50、郭家梁4座AT所，利用既有準東一期鐵路沙屹堵、海子塔2座AT所，將福興城牽引變電所改造為AT所。

將準東二期設計的暖水牽引變電所移至公溝，牽引變電所場坪可利用原設計公溝AT所場坪進行擴充，原設計中的公溝AT所移至暖水，虎石至獅子嶺段改由新建虎石牽引變電所供電。

3.3 供電計算條件

(1)列車對數

根據行車專業提供的資料，準東一期鐵路增建重車線后閉塞方式改為自動閉塞，周家灣至虎石區段的列車對數如表1。

表1 周家灣至虎石區段列車對數

(2)牽引變壓器安裝容量

新建周家灣、虎石牽引變電所按三相V/X接線牽引變壓器設計，牽引變壓器安裝容量依據TB/T165—1996規定計算，按近期追蹤間隔12 min進行校核，變壓器過負荷能力按100%計算。經計算:虎石、周家灣牽引變電所安裝容量均為2×(20+25)MVA，供電臂末端最低電壓按遠期10 min追蹤間隔進行校核，能夠滿足牽引供電的要求。

公溝牽引變電所按三相V/X接線牽引變壓器設計，牽引變壓器安裝容量依據TB/T 165－1996規定，按近期運量需要，變壓器過負荷能力100%計算，確定安裝容量為2×(16+16)MVA;供電臂末端最低電壓按遠期需要進行校核，滿足牽引供電的要求。

3.4 正常運行及故障運行下的供電能力分析

(1)牽引變電所的饋線設置

周家灣牽引變電所:共設置5條饋線，1號饋線為準東一期福興城至周家灣段供電，2號饋線為重車線DK29至周家灣段供電，3號饋線為周家灣車站及周家灣至薛家灣段供電，4號饋線為周家灣車站機務段供電，5號饋線預留為即將實施的呼準二線供電。

虎石牽引變電所:共設置5條饋線，1號饋線為準東一期福興城至虎石段供電，2號饋線為重車線DK29至虎石段供電，3號饋線為虎石車站及虎石至西營子段供電，4號饋線為準東二期虎石至獅子嶺段供電，5號饋線預留為規劃的準東二期復線供電。

公溝牽引變電所:共設置5條饋線，1號、2號饋線分別為準東二期公溝至準格爾召段及公溝至獅子嶺段供電，3號、4號、5號饋線預留為規劃的準東二期復線及公溝接軌的塔拉壕礦區專用線供電。

(2)牽引網正常運行狀態

牽引網正常運行時:準東一期福興城至周家灣段及重車線沙圪堵北+9 km至周家灣段由周家灣牽引變電所供電，周家灣車站及周家灣至薛家灣段由周家灣牽引變電所單獨出饋線供電。

準東一期福興城至虎石段及重車線沙圪堵北+9 km至虎石段由虎石牽引變電所供電，虎石車站、虎石至西營子段及準東二期虎石至獅子嶺段由虎石牽引變電所分別單獨出饋線供電。

準東二期獅子嶺至準格爾召段由公溝牽引變電所供電。

(3)故障運行下的供電能力分析

根據相鄰牽引變電所的供電范圍，為提高整個路網牽引供電系統的供電可靠性和靈活性，提出如下可行的站場供電相互支援方案和牽引變電所越區供電方案。

①虎石站供電支援方案

閉合隔離開關1、2，由公溝牽引變電所為虎石站供電。

閉合隔離開關3、5，由周家灣牽引變電所為虎石站供電。

閉合隔離開關4、6，由周家灣牽引變電所為虎石站供電。

②周家灣站供電支援方案

閉合隔離開關6、7，由虎石牽引變電所為周家灣站場供電。

閉合隔離開關5、8，由虎石牽引變電所為周家灣站場供電。

閉合隔離開關9，由大飯鋪牽引變電所為周家灣站場供電。

如有條件，可由呼準鐵路或大準鐵路越區供電。

③牽引變電所的越區供電

越區供電的條件:一列車運行至供電臂末端時，最低電壓不低于19 kV，對公溝、虎石、周家灣牽引變電所分別解列時，提出如下越區供電方案。

公溝牽引變電所解列:閉合隔離開關1，由虎石牽引變電所越區供電。

虎石牽引變電所解列:

閉合隔離開關1，由公溝牽引變電所越區為獅子嶺至虎石段供電。

閉合隔離開關5，由周家灣牽引變電所越區為沙屹堵北+9至虎石段供電。

閉合隔離開關6，由周家灣牽引變電所越區為福興城至虎石段供電。

周家灣牽引變電所解列:

閉合隔離開關9，由虎石牽引變電所越區為沙屹堵北+9至周家灣段供電。

閉合隔離開關6，由虎石牽引變電所越區為福興城至周家灣段供電。

閉合隔離開關9、10，由大飯鋪牽引變電所越區為周家灣站場及周家灣至薛家灣段供電。

閉合隔離開關11，由呼準線官牛犋牽引變電所越區為周家灣站場及周家灣至薛家灣段供電。

周家灣至薛家灣段:

周家灣至薛家灣段可閉合隔離開關7、9或8、9，由虎石牽引變電所越區供電，也可閉合隔離開關9、10，由大飯鋪牽引變電所越區供電。如有條件也可由呼準鐵路或大準鐵路越區供電。

3.5 電能質量分析及補償措施

(1)在牽引變電所設置兼具濾波功能的無功補償裝置。為提高牽引變電所功率因數，并吸收部分三、五、七次諧波，新建周家灣、虎石、公溝牽引變電所兩供電臂均設置動態無功補償裝置，補償后的牽引變電所高壓側月平均功率因數達到0.9以上。

(2)牽引變電所外部電源進線采用相序輪換的方式接入電力系統。

(3)牽引變電所主變壓器采用三相V/X接線。新建二線后，行車量較大，兩供電臂負荷均勻，采用三相V/X接線變壓器，其不平衡系數為0.5。

3.6 主要技術標準

研究方案主要技術技術指標見表2、表3。

表2 推薦方案主要技術技術指標(近期12 min)

表3 推薦方案主要技術技術指標(遠期10 min)

4 主要工程數量比較

根據上述供電方案，對原設計(既有)供電設施和本次設計牽引供電設施的主要工程數量進行比較。

(1)牽引變電所:原設計(既有)需要新建牽引變電所兩座，增容改造一座，本次設計或規劃新建牽引變電所兩座，改移一座。

(2)AT所:原設計(既有)需要新建AT所9座，本次設計或規劃新建AT所8座，利用既有兩座。

(3)根據電力系統的資料，新建虎石、周家灣牽引變電所周圍可供電的電源點較多，110 kV線路投資較原設計重車線沙屹堵北牽引變電所增加不多，將暖水牽引變電所改移至公溝，外電引入工程也變化不大，唯一就是周家灣、虎石牽引變電所投入運行后，造成福興城牽引變電所的廢棄。

(4)原福興城牽引變電所兩條110 kV電源，其中一條路經本次規劃研究的周家灣變電所，可以在福興城牽引變電所處短連，周家灣牽引變電所處破口接入周家灣牽引變電所。

(5)擬建的虎石35 kV變電所可利用牽引變電所的110 kV線路改建為110 kV(110/10)變電所，可減少兩條35 kV線路建設投資。

5 結論

本次研究方案新建周家灣、虎石兩座牽引變電所，遷移原準東二期設計的暖水牽引變電所至公溝，封存福興城牽引變電所。牽引供電系統能夠滿足路網內各條鐵路的牽引供電需求，解決既有準東一期鐵路供電能力不足和樞紐站(周家灣、虎石)供電可靠性差的問題，并預留路網遠期規劃和專用線接入的供電條件，牽引供電系統具有較強的供電獨立性和靈活性，又具有較強的統一性，正常運行時各自獨立，故障運行時相互支援，可為準東鐵路路網提供可靠的供電能力保證。

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