大秦線運量超4億噸變電所供電能力分析

張福

摘要：大秦線是我國目前運量最大的重載電氣化運煤專線，開通以來，運量逐年增長，2017年完成運量4.32億噸，2018年完成運量4.51億噸，不僅遠遠超過年運量1億噸的初步設計能力，而且超過2009年改造后的4億噸設計能力，重載、密行、高速的運輸特點，長期過負荷的運行壓力，給大秦線的牽引供電系統形成了巨大的影響。

牽引變電所作為大秦線牽引供電系統的核心環節，其設備運行狀態和供電能力發揮，對大秦線供電能力起著至關重要的作用。

為確保大秦線持續運量增加下牽引變電所設備穩定運行，同時進一步挖掘大秦線供電能力，解決牽引供電能力不足對大秦線運輸能力的制約，我們對大秦線大運量情況下牽引變電所實際的運行情況進行了調查，對大秦線當前供電能力的情況和對供電設備的影響進行了全面地分析測算，并提出了相應的應對措施。

關鍵詞：大秦線；變電所；供電能力；調查；措施

大秦線運量超4億噸變電所供電能力分析

1.前言

大秦線是我國目前運量最大的重載電氣化運煤專線，開通以來，運量逐年增長，2017年完成運量4.32億噸，2018年完成運量4.51億噸，不僅遠遠超過年運量1億噸的初步設計能力，而且超過2009年改造后的4億噸設計能力，重載、密行、高速的運輸特點，長期過負荷的運行壓力，給大秦線的牽引供電系統形成了巨大的影響。

牽引變電所作為大秦線牽引供電系統的核心環節，其設備運行狀態和供電能力發揮，對大秦線供電能力起著至關重要的作用。

為確保大秦線持續運量增加下牽引變電所設備穩定運行，同時進一步挖掘大秦線供電能力，解決牽引供電能力不足對大秦線運輸能力的制約，我們對大秦線大運量情況下牽引變電所實際的運行情況進行了調查，對大秦線當前供電能力的情況和對供電設備的影響進行了全面地分析測算，并提出了相應的應對措施。

2.大秦線設計供電能力情況

大秦線采用復線上下行通過分區所并聯供電的AT供電方式，全線653公里共設有湖東、永安堡、東城鄉、王家灣、涿鹿、延慶、下莊、木林、大石莊、翠屏山、夏莊子、遷西、遷安北、撫寧北、秦皇島北16座牽引變電所，單變電所最大供電范圍52.23KM（夏莊子變電所），最小供電范圍29.1KM（王家灣變電所）。

各牽引變電所均引入兩回110kV電源；除秦北牽引變電所的牽引變壓器為單相結線型式外，其余牽引變電所的牽引變壓器均為SCOTT結線型式，牽引變壓器安裝容量范圍為50～80MVA，牽引變電所主變壓器最大允許過負荷能力按不超過2倍額定電流設置，達到2倍延時60S告警，120S跳閘。接觸網正線采用CTHA-150+THJ-150導線，載流量為1051A；部分區間增設型號為LGJ-185的加強線后，接觸懸掛載流量可達1500A。

大秦線最初設計能力1億噸，2009年4億噸完成改造后現有供電能力按年運量4億噸設計，追蹤列車間隔為12分鐘，設計運行圖通過能力為110對/天，運輸組織設計每天安排93對貨物列車，其中2萬噸列車46對/天；萬噸列車47對/天（其中組合萬噸列車38對/天）。每座牽引變電所的一側供電臂允許2列2萬噸列車分別按空、重車方向運行。

3.大運量情況下供電能力情況調查分析

3.1調查內容及結果

為全面真實掌握大秦線供電能力的整體情況，了解不同區段供電設備實際運行情況和供電能力，我們采取以牽引變電所為主要調查對象，不同線路情況下運量與供電負載變化情況相結合、相對照的方法，選取2016年11月9-17日為調查時段（該時段運量每日在130萬噸左右），選取牽引變電所變壓器過負荷1.3倍以上時的母線電壓、兩側供電臂電流和車流情況以及對應線路較大上坡坡度進行統計對比，結合當年運量情況進行了統計分析，形成了調查結果對照表。

3.2現有線路情況分析

調查數據表明，負荷較重的牽引變電所其供電臂范圍內普遍長大坡道較多，其中最嚴重的是下莊變電所，其空車線側供電臂超過10‰以上坡度的達9處20.863KM，占該所供電線路范圍55%，同時12‰以上坡度2處3.813KM，造成下莊變電所雖然供電范圍不大（重車18.8KM，空車18.9KM），但超負荷情況卻相對比較嚴重。

3.3現有運量情況分析

運量增加以來，大秦線日運量基本在120-130萬噸左右，日常開行列車93對/天，歷史最高開行列車對數為98對/天，其中2萬噸63對、1.5萬噸8對、單元萬噸8對、組合萬噸14對和集裝箱5對。

調查數據表明，在下莊變電所（延慶以東50km）下莊～茶塢供電臂、夏莊子變電所（遵化北以西10km）夏莊子～粳子峪（遵化北以東16km）供電臂已有同時運行5列2萬噸列車的情況，追蹤列車間隔最短達到5分鐘，已超過大秦線年運量4億噸的設計能力。

3.4負荷較大牽引變電所情況統計分析

通過數據分析，我們發現永安堡、東城鄉、延慶、下莊和夏莊子牽引變電所負荷較大，具體情況分析如下：

3.4.1永安堡變電所

永安堡變電所主變容量為80MVA，監測數據中主變一次電流超過額定電流420A 1.5倍的有1個時間段，最高達到675A，1.61倍，較大電流持續56秒，超過1.3倍的有3個時間段，持續42秒；110KV電壓等于小于100KV的有3個點，最低達到97.2KV。永安堡至三汾溝方向供電臂55KV母線電壓有一次低于50KV，49.5KV，末端網壓最低達24.35KV。

永安堡至三汾溝空、重車線負荷較大，饋線電流最大達到1410A，接近設計最大負荷電流1450A。

3.4.2東城鄉變電所

東城鄉變電所主變容量為75MVA，監測數據中主變一次電流超過額定電流394 A 1.5倍的有1個時間段，較大電流持續212秒，最大達到695A，1.76倍；110KV電壓最低達到102.7KV；東城鄉至三汾溝方向供電臂55KV母線電壓有一次低于50KV，48.9KV，末端網壓最低達23.11KV。

東城鄉至三汾溝空車線負荷較大，饋線電流超最大達到1542A，超過設計最大負荷電流1400A。

3.4.3延慶變電所

延慶變電所主變容量為75MVA，監測數據中主變一次電流超過額定電流394 A 1.5倍的沒有，超過1.3倍的有3個時間段，累計206秒，最大達到586A，1.49倍；110KV電壓最低達到103.4KV；延慶至鐵爐方向供電臂55KV母線電壓有一次低于50KV，49.9KV，末端網壓最低達23.79KV。

延慶至鐵爐重車線負荷較大，饋線電流超過1300A的有46個點，最大達到1721A，接近設計最大負荷電流1767A。

延慶至北辛堡重車線負荷較大，饋線電流超過設計最大負荷電流1023A的61個點，最大達到1268A。

3.4.4下莊變電所

下莊變電所主變容量為63MVA，監測數據中主變一次電流超過額定電流331A 1.5倍的有4個時間段，累計139秒，最大達到568A，1.72倍；110KV電壓下降不大，最低達到106.9KV；下莊至茶塢方向供電臂55KV母線電壓有兩次低于50KV，最低到49.3KV，末端電壓最低達23.05KV。

下莊至茶塢空車線負荷較大，饋線電流超過1300A的有31個點，超過設計最大負荷電流1556A的4個點，最大達到1649A。

下莊至鐵爐空車線負荷較大，饋線電流超過1200A的有19個點，超過設計最大負荷電流1222A的13個點，最大達到1451A，供電臂末端電壓最低達23.57KV。

3.4.5夏莊子變電所

夏莊子變電所主變容量為80MVA，監測數據中主變一次電流超過額定電流420A 1.5倍的有5個時間段，累計415秒，最大達到719A，1.71倍；110KV電壓下降不大，最低達到106.8KV。夏莊子至粳子峪方向供電臂55KV母線電壓有一次低于50KV，最低到49.1KV，末端電壓最低達25.85KV。

夏莊子至粳子峪重車線負荷較大，饋線電流超過設計最大負荷電流1496A的16個點，最大達到1734A。

夏莊子至玉田北重車線負荷較大，饋線電流超過設計最大負荷電流1028A的3個點，最大達到1069A，供電臂末端電壓最低達26.78KV。

3.4.6變電所供電能力總體評價分析

牽引變電所110KV電壓、55KV母線電壓、供電臂末端電壓等電壓評價指標低于規定值的不多（技規第208條：35KV及以上高壓供電線路，電壓正負偏差的絕對值之和不超過額定值的10%），供電能力基本滿足現有運量需求。

牽引變電所主變壓器過負荷超過1.3倍的情況較多，其中以夏莊子變電所和下莊變電所最為嚴重，雖然由于沒有達到2倍且持續時間不長，變電所未發生跳閘停電，但是按部令101號《牽引變電所運行檢修規程》第40條規定，在事故情況下主變壓器過負荷75%時，允許運行時間為20分鐘；當過負荷100%時，允許運行時間為10分鐘，主變壓器長期處于過負荷運行狀態，必將會影響主變壓器的使用壽命。

個別供電臂負荷較大，已接近或超過設計負荷電流，如永安堡至三汾溝重車線、東城鄉至三汾溝空車線、延慶至鐵爐重車線、下莊至茶塢空車線、下莊至鐵爐空車線、夏莊子至粳子峪重車線，主要是由于這些區間長大坡道較多且車流排放密集。

上述牽引變電所、供電區間也是大秦線供電設備影響運量繼續增加的制約環節，需要科學合理調配車流，避免牽引變電所發生過負荷跳閘，影響運輸暢通。

4.運量持續增加需采取的措施

如果在現有基礎上繼續增加運量，需要進一步增加車流排放，區間列車追蹤間隔仍為12分鐘，同時日均貨物列車運行對數將達到102對/天，其中2萬噸68對/天、1.5萬噸10對/天、單元萬噸4對/天，組合萬噸20對/天，即按每日137萬噸組織，這樣大秦線年運量將突破原設計運量，并可能達到5億噸。

運量增加后，車流排放更加密集，超過大秦線原4億噸的設計能力，單一區間同時排放3列2萬噸甚至更多的情況大大增多，按目前情況分析，負荷較重的永安堡、東城鄉、延慶、下莊和夏莊子牽引變電所將會出現接近或超過2倍額定電流的過負荷情況，母線電壓等指標低于規定值的情況也將時有發生，供電設備因長期過載而加速老化，造成損壞的現象必將增加。

為確保供電設備安全穩定運行，減少供電設備故障對大秦線運輸秩序的干擾，繼續增加運量到每日137萬噸，需采取以下對應措施：

4.1科學合理安排車流

按照運量適度增加，而供電設備又不會持續大幅度過載的原則，結合大秦線的線路特點和負荷監測數據，充分考慮緊密運行的情況，我們認為目前大秦重載鐵路盡量按“2大1小”方式均衡組織運輸，合理安排車流，在大秦一期永安堡～三分溝空供電臂、東城鄉～三分溝供電臂、延慶～鐵爐供電臂、下莊～茶塢供電臂和大秦二期夏莊子～粳子峪供電臂等區間對車流排放進行適當限制。

4.2對供電設備進行更新改造

4.2.1積極爭取實施下莊牽引變電所的牽引變壓器增容改造

大秦線4億噸改造時設計延慶牽引變電所主變壓器容量為80MVA、下莊牽引變電所主變壓器容量為75MVA，由于北京市電力公司不同意增容改造，所以維持既有主變壓器容量，即延慶牽引變電所為75MVA，下莊牽引變電所為63MVA，從延慶～鐵爐供電臂、下莊～茶塢的負荷調查情況看，延慶、下莊變電所已成為大秦線制約運量增長的瓶頸，其中下莊變電所尤為嚴重。與北京市電力公司積極協調，爭取解決外部電源問題，實施下莊牽引變電所的牽引變壓器增容改造，將有效解決制約區段供電能力不足的問題。

4.2.2逐步更新利舊設備

大秦線2億噸、4億噸改造時，大部分牽引變電所的110KV斷路器、55KV饋線斷路器、電動隔離開關、電流互感器等設備未更新，利舊運行，設備老化較為嚴重，故障率較高，部分設備容量不足，在持續大負荷的情況下，發生過熱燒損或機構故障，將造成供電能力嚴重下降，對大秦線運輸造成不利影響。

近年來，太原鐵路局集團公司已開始逐步對上述設備進行改造，爭取在2020年左右對主要設備更新完畢，利舊設備的更新，將使供電設備故障率大大下降，中斷運輸的情況減少，有效提高大秦線供電能力。

4.3采用科技手段補強

針對部分區間距離較短，但線路坡度大，列車運行密度大的問題（如下莊至茶塢供電臂），在無法新增變電所或改變牽引變壓器容量的情況下，利用其長大坡道情況下列車制動回送牽引網電能的特點，積極探索研制試用分布式智能再生電能利用系統，將這些區段列車下坡產生的再生制動能量進行儲存并在該區段列車上坡，負載較大時，回送給牽引網，從而增加牽引網的供電能力。

目前，該項目已研制成功，進入安裝試運行階段，試運行成功后也將改善大秦線牽引供電能力不足的問題。

4.4加強設備檢修維護

加強設備的監測、巡視、檢修等工作，有效降低設備故障率，也是確保大秦線供電能力得到有效發揮的重要保障手段。

變電所日常加強對負荷的監測，值班員時刻對負荷情況進行監控，在負荷較大時對變電所主導電回路設備增加測溫次數，并對監測結果進行記錄分析，隨時掌握設備運行狀態，對運行不良的設備及時采取措施。

接觸網設備日常加密巡視周期、次數，利用4C、2C加強對接觸網設備的檢查巡視，確保設備問題及時發現、及時處理。

充分利用每個天窗，克服大秦線運輸繁忙天窗點少、樹木繁多等嚴重難題，采取集中會戰等形式加強對設備的檢修維護，及時處理設備缺陷，等確保設備運行狀態良好。

制定有針對性的應急預案，日常加強應急演練，加強材料機具的應急儲備，確保發生故障情況下，搶修隊伍及時出動，縮短故障延時，及時恢復供電設備正常運行狀態。

參考文獻

[1]《牽引變電所運行檢修規程》，中國鐵道部編著，中國鐵道出版社，2000年。

[2]《鐵路技術管理規程》，中國鐵路總公司編著，中國鐵道出版社，2014年。

（作者單位：大秦鐵路股份有限公司大同西供電段）