淺談電氣化鐵路牽引變電所的戰備設計與搶修原則

李良威， 唐偉， 潘英（中鐵二院工程集團有限責任公司，四川成都610031）

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淺談電氣化鐵路牽引變電所的戰備設計與搶修原則

李良威， 唐偉， 潘英
（中鐵二院工程集團有限責任公司，四川成都610031）

摘 要：隨著電氣化鐵路在國民社會、經濟和戰略上發揮著越來越重要的作用，牽引供電系統作為電氣化鐵路的動力能源核心，其戰備安全問題值得關注。針對電氣化鐵路的外部電源及牽引變電所將成為未來戰爭中精確制導武器打擊的重點目標，從設計標準、設計方案和搶修原則等方面進行了分析。對如何提高鐵路外部電源的安全可靠性，增強牽引變電所的供電能力、抗打擊能力以及戰時受損的恢復能力等方面進行了思考與建議，對鐵路軍交運輸系統設計具有一定的指導意義。

關鍵詞：電氣化鐵路；牽引供電所；外部電源；戰備

1　概述

鑒于電氣化鐵路具有速度快、運量大、節約能源消耗、經濟效益好、環境污染小等優點，我國目前新建的高速鐵路、客運專線、重載鐵路、普速鐵路均采用電力牽引，電氣化鐵路已經成為我國國家交通線的重要核心組成部分，且鐵路的電氣化率在逐年提高。

電氣化鐵道供電，因其用電量大、分布廣，因而形成相對獨立于電力系統的電氣化鐵道牽引供電系統（如圖1所示）。牽引變電所把區域電力系統送來的電能，根據電力牽引對電流和電壓的不同要求，轉變為適用于電力牽引的電能，然后分別送到沿鐵路線上空架設的接觸網，為電力機車供電；或者送到地下鐵道等城市交通所需的供電系統，為地鐵電動車輛或電車供電［1］。

圖1　電氣化鐵道牽引供電系統

一條電氣化鐵路沿線設有多個牽引變電所，相鄰變電所間的距離約為30～60km。牽引供電系統作為電氣化鐵路的動力能源核心，被稱之為電氣化鐵路的“心臟”。它能夠在戰爭時期為大兵團密集輸送和物質裝備運輸提供必要的保障條件，將成為未來戰爭中精確制導武器打擊的重點。如何提高外部電源的安全可靠性，增強牽引變電所的抗打擊能力和戰時受損的恢復能力將成為我們思考和關注的重點內容。

2　外部電源及牽引變電所的戰備設計

2．1外部電源的戰備設計

在電力牽引區段，牽引供電的可靠性，關系到鐵路運輸的可靠性，牽引供電一旦停止，用電區段的鐵路就會陷于癱瘓，導致運輸混亂、造成國民經濟重大損失。根據現行國家標準《工業與民用供電系統設計規范》的規定，將電力牽引定為一級負荷。牽引變電所兩路電源一般來自電力系統不同的變電站（或電廠）。當確有困難時，可來自同一變電站不同回路的兩段母線。

為了提高外部電源的安全可靠性，在未來電網建設中，為了把高壓輸電線分區以縮小故障范圍，建議每隔250～400km設高可靠性、多電源端的中央支持式變電站，它除了完成一般變電站的功能外，還把高壓電網送來的電能，通過它的母線和輸電線分配給其他外部電源供給點的變電站，戰時可啟動備用輸電網絡，提高外部電源的可靠性。

同時，由于架空輸電線路屬于高空表面暴露設備，容易成為打擊破壞的目標，尤其是鐵塔在損壞后修復時間長、難度大、影響大，可考慮某些重要的負荷點和樞紐地區的輸電線路采用地下電纜方式，埋設于地下，能夠有效的隱蔽，敵方難以發現目標，不容易破壞，從而提高輸電線路的可靠性。

為保證電網的穩定性，電網部門應與鐵路部門建立戰爭情況下的供電保障聯合體，對n－1、n－2、…運行方式下系統供電能力和穩定性進行研究（指電力系統的n個元件中的任1、2、…個獨立元件（發電機、輸電線路、變壓器等）發生故障而被切除后，應不造成因其他線路過負荷跳閘而導致用戶停電，不破壞系統的穩定性，不出現電壓崩潰等事故），提前預測在電網受損情況下的最大供電能力，以提醒鐵路制定相應的戰備運輸組織模式。

2．2牽引變電所的戰備設計

2．2．1牽引變電所選址

牽引變電所的設置要按照運輸能力要求分散式布置，同時要符合洪水位要求，避開地質不良地帶，滿足與重要工業設施和目標的距離等要求。

為確保牽引變電所的安全性和可靠性，建議在選址時充分考慮戰備需要，提高其戰時的生存能力，位置盡量隱蔽，可根據地形地貌特征，采用染色法對變電所實施偽裝，讓其與周圍環境融為一體；同時，在戰時可修建假目標，選擇高空易發現地區，按照變電所的布置裝備簡易的變電所替身，可以有效的迷惑敵方的空中打擊。

2．2．2牽引變電所布置

為便于牽引變壓器的檢修或排除故障問題，牽引變壓器采用一主一備的運行方式，提高運行的可靠性。分支接線具有接線簡單、設備較少、操作方便、維護簡單、投資節省等優點，基本能滿足電氣化鐵道供電安全可靠的要求，被廣泛應用，而采用分段單母線接線形式的比較少。目前設計中常用的27．5 kV和55kV斷路器的備用方式，一般采用50%備用、旁路斷路器備用和不接入主接線斷路器備用等三種備用方式。

為提高牽引變壓器的高可靠性，建議在重要樞紐中心配置移動變壓器，戰時啟動移動備用方式；同時在適當的間隔范圍采用變壓器容量備用方式，靠增大相鄰變電所單臺容量提高特殊時期的供電能力；對于電網較薄弱地區，可考慮采用可用外橋接線，地區電能可以通過牽引變電所穿越功率，為地區供電提供通道條件。

2．2．3牽引變電所供電能力

計算牽引變壓器容量時，對客運量大的電氣化區段所有上、下行列車可按滿載列車考慮，應考慮按客車比例計算。在供電系統發生故障或因其他原因造成中斷行車3～4h后，為了疏解列車以及在正常運輸情況為了搶運貨物，就可能出現列車緊密運行的情況，但緊密運行的時間不會長，所以牽引變壓器容量在包括允許過載能力下，應滿足出現的最大牽引負荷要求，這是校核牽引變壓器容量的條件。越區供電屬于非正常運行狀態，牽引變壓器容量、接觸網電壓水平等不能滿足正常行車需要，對這種運行狀態必須對行車量加以限制，僅保證軍用列車或其它重要列車通過。

為提高牽引變壓器在戰備時期的供電能力需求，需提前做好各種供電運行方式（單邊供電、雙邊供電、迂回供電、越區供電、大越區供電等）的運輸能力方案，同時建議可考慮在適當的間隔范圍采用變壓器容量備用方式，牽引變電所首段設置加強線以提高接觸網載流能力，牽引變電所內部設置串聯補充裝置以提高接觸網末端電壓水平，以此全面提高牽引變電所的供電能力，增強戰時對緊密運輸的緊急需求滿足能力。

2．2．4地下牽引變電所方案

當前國際矛盾、世界戰略格局風云變幻，有必要提前考慮采用高新技術打造重大工程項目，提高整個系統的安全性。

利用最新技術采用高緊湊性GIS（全封閉組合電器）、智能化、數字化、無人值守方式，在重點地區建造地下牽引變電所或者隧道內牽引變電所（見圖2），其隱蔽性高、防護能力強、人員進出不易，外界不易察覺，同時由于地表厚土對電磁場輻射的屏蔽作用，能最大限度降低外界的電磁偵查；同時其表面有幾米厚的土層或者山體防護，大大增強了其抗打擊能力。地下牽引變電所或者隧道內牽引變電所可以在地面牽引變電所遭受打擊后發揮后備作用，維持鐵路供電，提高供電的可靠性。

2．2．5移動牽引變電所方案

戰爭時期，固定設置容易被發現而遭受打擊，為減少對固定牽引變電所的唯一依賴，可在供電段配置相應的移動式牽引變電站（如圖3所示），同時前期預留好接觸網上網點和外部電源接入點。移動變電站同時具備鐵路和公路行駛能力，具有非常好的靈活性和快速性，其整體性好，運行安全可靠，使用靈活，在野外、山中、路旁等，只要有電源的合適點，就可以將其拖到現場，在極少工作量的情況下，在極短的時間內完成變電站的連接工作。為搶修和調整原有設備贏得了時間，從而可以在短暫的中斷后重新供電。

圖2　地下牽引變電所示意圖 圖3　移動式牽引變電站示意圖

3　戰爭情況下牽引變電所的搶修原則

3．1戰備供電方案制定

提前與電網公司進行溝通，對外部電源及輸電線路進行戰備保障，制定應急電源方案，確保牽引變電所供電不中斷。

供電系統搶修要遵循“先通后復”和“先通一線”的基本原則，當一個牽引變電所遇到敵方襲擊退出運行后，可以采用越區供電或大越區供電等方式，連續牽引變電所遭受打擊后可通過調度啟用移動變電站。需要鐵路戰備部門提前制定應急供電方案，對追蹤間隔、運行速度、列車對數進行規定，盡快恢復變電站供電。當變電站饋線設備（比如上網開關或斷路器）遇到故障時，可臨時切除該設備，合上分區所處的上下行并聯開關實現并聯供電。

深入研究牽引供電系統的運行規律，戰備重點保障線路應提前計算明確直供條件下和AT供電方式下的列車通過能力，為故障緊急情況下、特殊供電方式下的列車開行對數確定提供理論依據。

3．2戰爭情況下的搶修原則與方案

以最快的速度設法先行供電，恢復供電，必要時可采取迂回供電、越區供電或限制列車速度通過、臨時內燃牽引等措施，縮短停電、中斷行車時間，并及時安排時間處理遺留工作，使供電系統及早恢復正常技術狀態。在雙線電化區段，除按上述先通后復的原則外，還應遵循先通一線的原則制定搶修方案，集中力量以最快的速度設法先通一線，盡快通車［2］。

在進行搶修時，可以采取燃放煙霧彈等對敵方進行干擾，并使用先進的通訊工具與前方、后方保持聯系，避免受到敵方的通訊干擾，保證搶修的順利組織，避免搶修人員無法收到指令，有危險時能及時收到信息組織撤離。

3．3供電系統搶修時間

科學配置牽引供電故障搶修資源，變電站內、接觸網工區內應常備外部電源高壓電纜和牽引供電的設備材料，接到搶修命令后搶修人員、設備、工器具從供電工區出發后，力爭到達故障地點的時間控制在0．5h。在戰備時期，可在牽引變電所附近派人駐守并儲備基本設備物資、工器具等，保證能及時對牽引變電所的搶修恢復。

3．4牽引變電所搶修原則

應制定針對牽引變電所發生故障后的應急搶修預案，包括對各類設備、各種類型的故障分別制定詳細搶修預案，并遵循以下總原則：

（1）牽引變電所發生故障后，應遵循“先通后復”的原則，通過改變設備運行方式盡一切可能盡快恢復供電。

（2）若二次設備發生故障、短時不能排除的，在有備用保護的情況下，可采取臨時撤除部分保護裝置的措施，盡快恢復送電。

（3）若在5min之內不能通過本所進行送電的，應立即采取相鄰變電所越區供電的臨時措施，以縮短停電時間。同時，越區供電期間，供電調度應通知列車調度員，對相應區段適當限制車流。

（4）牽引變電所中發生電氣設備事故（故障）后，值班員應迅速報告供電調度，除按規定收集故障信息進行現場防護外，還應在力所能及的范圍內采取措施，防止事故的發展，盡可能消除事故根源，減少事故損失。

4　結束語

本文以鐵路的動力源——牽引變電所作為主要目標摸索了一套針對戰爭前準備、戰爭后搶修的方案，為我國從容應對突發事件、保證戰時供電系統正常運行，提供一定的借鑒。

參考文獻

［1］孫杰華．牽引變電所直流系統故障分析和解決方法［J］．黑龍江科技信息，2010（27）：18

［2］唐偉，楊佳，潘英．接觸網戰備設計及戰時搶修的思考與建議［J］．電氣化鐵道，2015（4）：4－6

Discussion on the Design of Electrified Railway Traction Substations and Principles for the Rush－Repair of Them in Wartime

Li Liangwei， Tang Wei， Pan Ying
（Engineering Co．Ltd．of the 2nd Institution Group of the Railway Building Corporation of China，Chengdu 610031，China）

Abstract：With the electrified railway playing a more and more important role in the national society，economy and strategy，the security of the traction power supply system，as a dynamic energy core of the electrified railway，is worth much of our attention．As the external power and traction substations of electrified railways may become the key targets to be attacked with precisionguided weapons，they are analyzed in the paper respectively from the angles of design standards，design solutions and principles for rush－repair．How to improve the security and reliability of the external power supplies and enhanced the traction substation power supply capability，anti－strike capability and capacity of recovery in wartime are reflected upon，with useful suggestions put forward．The paper may serve as a useful reference for the design of railway military transportation．

Key words：electrified railway；traction power supply substation；external power supply；preparedness against war

作者簡介：李良威（1982—），男，高級工程師，主要從事電網設計和鐵道電氣化設計工作 69564703＠qq．com

收稿日期：2015－10－12

中圖分類號：U224

文獻標識碼：A

文章編號：1672－3953（2016）01－0019－04

DOI：10．13219／j．gjgyat．2016．01．005