福建省電氣化鐵路發展與牽引變供電方案研究

宋 馗

（福建永福電通技術開發有限公司，閩侯 350108）

1 福建電鐵的發展

1957 年建成通車的鷹廈鐵路（鷹潭-廈門），全長705km，曾長期是進入福建的唯一鐵路線。隨著福建經濟的快速發展，鷹廈線于1986年正式動工進行電氣化建設，1993年全線實現電氣化。“十一五”時期，福建建成通車了溫福鐵路、福廈鐵路，沿海的寧德、福州、莆田、泉州、廈門開行了動車組；“十二五”期間，建成通車了龍廈鐵路、向莆鐵路、廈深鐵路、合福高鐵、贛龍鐵路，已基本形成“兩縱五橫”鐵路網。

2 福建電網概況

福建電網是華東電網的重要組成部分，位于華東電網東南部。截至2018年底，福建電網最高電壓等級為1000千伏，2018年500千伏主干電網在全省大環網的基礎上建成沿海雙通道。全省220kV 骨干電網逐步向地區供電網過渡，成為大部分地區電網的主干網架，進一步形成分區供電格局。

3 電鐵接入福建電網的供電電壓等級選擇

電鐵供電電壓等級的選取以滿足機車牽引供電的供電電壓偏差要求為原則，考慮牽引負荷需求、電網條件等因素，結合技術、經濟的綜合比較來選取。

福建地區近年已建及規劃的電鐵供電電壓主要為220kV、110kV 兩個電壓等級，表1列舉了具有代表性的幾條電鐵供電情況。

表1 福建地區部分電鐵供電情況

根據《電氣化鐵路牽引站接入電網導則》：重載、客運專線原則采用220kV 供電，個別不具備條件時，可采用110kV 供電。從福建電鐵的發展來看，近年來接入福建電網的電鐵項目多為客貨兩運鐵路，客運專線僅合福鐵路一條，即采用220kV 電壓等級供電。

對于客貨兼顧性質的鐵路，在負荷規模一定的前提下，采用220kV 電壓供電，對電網的負序電流及電壓不平衡度的影響相對較小，但本期電網建設或改造的工作量較大，建設工期長，投資增大；而且占用220kV 公用變電站出線間隔資源，需要遠近結合、統籌考慮；采用110kV 電壓供電，對鄰近以相同電壓等級接入的電源負序電流及接入點的電壓不平衡度影響較大，在110kV 接入電源較多、電網較薄弱的地區，其影響可能會超過國家標準；是否采用110kV 供電需要通過技術經濟綜合比較確定。

4 電鐵供電可靠性要求

電力牽引負荷為一級負荷，采用集中供電方式，牽引站應由兩路電源供電，當任一路故障時，另一路仍應正常供電。

牽引站的兩路電源宜取自不同電源點的兩座變電站（發電廠）。福建地區近年來新建的幾條電氣化鐵路均有部分段線路經過較為偏遠的山區縣，地區電網發展較慢，新建電鐵牽引變周邊或無可靠接入點的情況，屆時可考慮：

（1）新建開關站以供一個或多個電鐵項目接入，但需保證同一牽引變需接入開關站的不同段母線，且開關站的上一級負荷至少有兩回電源進線。

（2）若牽引變的電源取自同一變電站的情況下，該變電站為GIS 站且母線無分段，則變電站擴建間隔期間GIS 打耐壓環節，將導致全站停電施工、牽引變失電。因此，為保證電鐵供電可靠性，需加裝母線分段開關。值得注意的是，若牽引變由220kVGIS 變電站雙回110kV 線路供電，則220kV 及110kV 側母線均需分段。

5 實例分析

福建地區地形以山地丘陵為主，山地、丘陵占全省總面積的80%以上，相同線路的牽引負荷受線路坡度影響存在差異。結合設計實例來看，衢寧鐵路福建段的四座牽引變負荷見表2，其中建甌東、屏南牽引變位于南平、寧德交接的丘陵地帶，坡度較陡、負荷較高，選取以上兩座牽引變，進行負序電流及電壓不平衡度的計算。

表2 衢寧鐵路各牽引站主變配置及負荷

注：“最大負荷”、“95%最大概率負荷”分別用于校驗《GB/T15543-1995電能質量三相電壓允許不平衡度》中“電力系統公共連接點正常電壓不平衡度允許值為2%，短時不超過4%。”的限值。

由計算結果（見表3、4）可以看出，負荷較大的建甌東牽引變、屏南牽引變接入電網產生的負序電流、接入點的電壓不平衡度均較大：

（1）2座牽引變由220kV 電壓等級供電時，負序電流及接入點的電壓不平衡度均符合國標要求。

（2）建甌東牽引變由同心110kV 電壓等級供電時，最大負荷情況下龍潭電站負序電流超標（約14.4%），95%最大負荷情況下同心變電壓不平衡度超標（約2.30%），需提前擴建同心變一臺主變；由九龍110kV 供電時，95%最大負荷情況下，九龍變電壓不平衡度超標（約2.39%），需提前擴建九龍變一臺主變。

（3）屏南牽引變由清水110kV 電壓等級供電時，李大坪電站負序電流超標（約12.2%），清水變電壓不平衡度臨界（1.90%），需提前擴建清水變一臺主變。屏南牽引變所處的寧德屏南縣境內目前尚無220kV 變電站，至地區周邊的110kV 變電站已無備用間隔，且均為清水變輻射及鏈式供電，線路截面多為240mm2、300mm2，無法滿足電鐵供電需要，因此不考慮屏南牽引變接入周邊110kV 變電站。而2020年清水變仍為單線單變供電，需加強清水變供電線路，提高供電可靠性；且清水變為GIS 站，220kV、110kV 母線均為雙母線接線，需擴建為雙母線單分段接線以滿足電鐵供電可靠性要求。

表3 2020年衢寧電鐵負序電流計算結果

表4 系統220kV變電站不平衡度計算結果

6 結論及建議

（1）福建山區地區電網較薄弱，對于負荷較小的電鐵牽引站，優先考慮采用110kV 供電，但需密切關注其接入點的負序電流及電壓不平衡度是否超標，并采取相應限制措施。

（2）對于高速鐵路、客運專線沿線的牽引站及負荷較大的電鐵牽引站電氣化鐵路，在經濟、技術條件相差不大的情況下，宜優先考慮220kV 供電方案。

（3）全網的負序電流分布有局部性的特征，即就近流入附近的發電機，所以衢寧鐵路沿線的發電廠受電鐵影響最大。

（4）發電機的負序電流承受能力與發電機的容量有關，容量越大承受能力越強。

（5）加強地區電網與主網的網絡連接，增大系統短路容量，加強電網結構，改進和完善負序電流在電網中的分布情況，避免在發電廠附近就近接入電鐵牽引站，是減小電鐵負序電流影響的有效途徑。