寶中鐵路電力系統改造方案研究

敬學德

摘 要：由于寶中鐵路建設年代較早，受當時地方電網條件的制約，供電方案較簡單。隨著鐵路發展，原來的供電系統逐漸暴露出電壓波動大，諧波含量高，供電可靠性差的缺陷。嚴重影響鐵路正常生產和沿線職工的生活。文章以寶中鐵路電力改造為中心，首先介紹了寶中鐵路供電系統的現狀和存在問題，然后講述了通過改造10kV鐵路配電所，改造牽引變電所，架設自閉線，改造車站供電設施四方面措施，從根本上解決寶中鐵路電力系統電壓波動大，諧波含量高，供電可靠性差的問題。

關鍵詞：寶中鐵路；電力改造；電能質量；可靠性

1 當前鐵路電力系統結構和存在的問題

寶中鐵路始于陜西省寶雞市，經過甘肅平涼市，最終到達寧夏回族自治區中衛縣，始建1990年，于1996年7月建成并正式營運。沿線主要車站有寶雞、千陽、隴縣、華亭、平涼、固原、同心，是穿越中國大西北腹地的重要鐵路干線。由于建設年代較早，受當時地方電網條件的制約，考慮經濟原則，供電方案較簡單。其基本供電原則如下：

首先，沿線每間隔40km設置一座鐵路10kV單電源鐵路配電所，10kV電源引自牽引變電所動力變壓器。沿鐵路線架設一條10kV電力貫通線，為鐵路沿線用電負荷供電。相鄰兩座10kV鐵路配電所為兩所之間的一段10kV貫通線供電，兩座配電所互為備供。其次，每座車站設兩座雙桿變電臺，一座為10/0.4kV變電臺，高壓電源引自10kV電力貫通線，為車站綜合負荷供電，同時作為通信、信號負荷的備供電源。一座為25/0.22kV越級變電臺，高壓電源引自車站接觸網，為車站通信、信號負荷供電。最后，區間用電負荷處設一座10/0.4kV單桿變電臺，就近為該位置處的區間用電負荷供電。區間用電負荷包括紅外線機房、無線通信基站以及光纖直放站等。

隨著鐵路發展，尤其使用諧號電力機車后，原來的供電系統逐漸暴露出電壓波動大，諧波含量高，供電可靠性差的缺陷。該機車用電負荷大，且諧波含量大的缺點導致鐵路牽引供電系統電壓波動大，諧波含量高。進而波及到從牽引所接引電源的鐵路配電所、電力貫通線以及車站25/0.22kV越級變電臺。由此，導致寶中鐵路全線，電壓波動大，諧波含量高，經常燒毀電氣設備，嚴重影響鐵路正常生產和沿線職工的生活。這使得寶中鐵路電力系統改造成為迫在眉睫的問題。

2 電力系統改造方案

2.1 問題產生的原因分析

針對寶中鐵路電力系統電壓波動大，諧波含量高，供電可靠性差的問題，本次研究從既有電力系統結構出發，經過現場調查和對既有電力系統結構的分析，得出導致上述問題的主要原因。

第一，10kV鐵路配電所電源質量差。寶中鐵路全線10kV鐵路配電所既有10kV電源均引自牽引變電所27.5/10kV動力變壓器，動力變壓器高壓電源引自牽引變電所27.5kV母線。而該母線受本所供電臂內行車情況的影響，本身電壓波動大、諧波含量高。進而波及10kV鐵路配電所以及10kV電力貫通線。因此，10kV鐵路配電所電源質量差是寶中鐵路電力系統電壓波動大，諧波含量高的根本原因。第二，車站信號變壓器電源質量差。寶中鐵路全線車站信號變壓器均采用25/0.22kV越級變電臺，高壓電源引自車站接觸網，而車站接觸網受本所屬供電臂內行車情況的影響，本身電壓波動大、諧波含量高，這必然波及25/0.22kV越級變電臺。因此，車站信號變壓器電源質量差電源質量差是寶中鐵路電力系統電壓波動大，諧波含量高的主要原因。第三，10kV鐵路配電所均為單電源。寶中鐵路全線10kV鐵路配電所均為單電源變電所，配電所10kV電源引自牽引變電所27.5/10kV動力變壓器。一旦相鄰兩座牽引變電所動力變壓器同時故障，會導致相鄰兩座鐵路配電所和由其供電的電力貫通線全部停電。因此，10kV鐵路配電所均為單電源是寶中鐵路電力系統供電可靠性差的根本原因。

2.2 解決方案

為解決當前寶中鐵路電力系統電壓波動大，諧波含量高，供電可靠性差的問題，對問題產生的原因對癥下藥，現提出以下改造措施：

首先，改造全線10kV鐵路配電所。為既有鐵路配電源引入一路可靠、穩定的10kV電源，可從根本上解決供電系統電壓波動大，諧波含量高的問題。改造改造10kV鐵路配電所，需要改變配電所主接線系統，將原來的單電源配電所該造為雙電源配電所。其次，改造全線牽引變電所。更換牽引變電所既有27.5/10kV動力變壓器為110/10kV動力變壓器，高壓電源改由牽引變電所110kV母線接引，則可大大改善10kV電源的電能質量。一方面，牽引變電所27.5kV側的大部分諧波經牽引變壓器繞組后，可被過濾掉。另一方面，牽引變電所110kV母線與大電網連接，27.5kV側的電壓波動不會引起110kV母線電壓波動。因此，此舉可很大程度的解決電壓波動大和諧波含量高的問題。再次，全線架設一條自閉線。本次新增一條10kV自閉線，專門為鐵路沿線通信、信號用電負荷供電。新建10kV自閉線與既有10kV電力貫通線形成雙回，為沿線通信、信號提供兩路可靠電源。最后，改造全線車站供電設施。拆除車站既有10/0.4kV變電臺和25/0.22kV越級變電臺，新設一座10/0.4kV雙變壓器箱變，高壓電源分別由10kV電力貫通線和10kV自閉線接引，分別為車站綜合負荷和通信、信號負荷供電。

3 電力系統改造的重要意義

第一，電力系統改造可提高寶中鐵路運行的可靠性。通信、信號設備為鐵路運行提供準確的行車信號和行車信息，是鐵路安全、穩定運行的重要保障。而可靠的電力供應，是保證通信、信號設備穩定工作的基本前提。本次電力系統改造為全線車站通信、信號設備提供了穩定、可靠的兩路電源，可從根本上提高寶中鐵路全線通信、信號設備的供電可靠性。因此，本次電力改造將從側面保證寶中鐵路運行的可靠性。第二，電力系統改造可提高寶中鐵路沿線職工生產生活條件。鐵路電力系統為鐵路沿線職工的生產生活提供可靠的電力供應，是鐵路職工的生活水平具的重要保證。當前寶中鐵路全線電能質量較差，經常燒毀電氣設備，嚴重鐵路沿線職工的生產生活。本次電力系統改造后，將全面提高全線供電質量，從根本上杜絕電壓波動大，經常燒毀電氣設備的問題。第三，電力系統改造可提高寶中鐵路全線電氣設備的使用壽命。電氣設備的使用壽命，取決于其使用的電能質量。電壓的大幅波動和嚴重的諧波，可直接損壞電氣設備。本次電力系統改造可從根本上解決寶中鐵路供電系統電壓波動大，諧波含量高的問題，將全面提高全線電氣設備的使用壽命。

4 結束語

寶中鐵路既有電力系統經過本次改造，從根本上解決寶中鐵路供電系統電壓波動大，諧波含量高的問題。而鐵路電力系統擁有較好的電能質量和較高的供電可靠性，可大幅提升寶中鐵路電氣設備的運行質量，全面提高寶中鐵路運行的安全性可靠性，進而全面促進寶中鐵路的快速發展。

參考文獻

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