埃塞亞吉鐵路牽引變電所外部電源側運行方式探討

嚴 希

0 引言

1 牽引變電所外部電源側運行方式

埃塞俄比亞亞的斯亞貝巴—吉布提鐵路Sebeta—Mieso 段（以下簡稱埃塞亞吉鐵路S—M段）是其國內第一條電氣化鐵路。但埃塞亞吉鐵路S—M 段沿線外部電網系統較為薄弱，無法滿足為每座牽引變電所提供兩路獨立外部電源進線[1]的條件，不滿足中國鐵路電力牽引供電設計規范[2]的要求，不可直接參照國內設計方案。在埃塞亞吉鐵路牽引變電所建設過程中，筆者根據埃塞亞吉鐵路S—M 段的工程特點以及鐵路沿線外部電網的實際情況，提出采用進線電源環進環出的外部電源進線方案，并對牽引變電所高壓進線側運行方式進行分析與優化。進線電源環進環出的外部電源方案滿足供電可靠性的要求，并于2020 年底通過埃塞電力公司（EEP）與埃塞鐵路公司（ERC）后評估，牽引變電所于2021 年初成功驗收。方案對未來電網薄弱的相似地區牽引供電設計具有一定的借鑒作用。

在目前已投入運行的國內常規電氣化鐵路中，牽引變電所外部電源側運行方式主要有2 種：線路變壓器組接線方式下外部電源側運行方式和帶跨條的分支接線方式下外部電源側運行方式。線路變壓器組接線[3]方式多用于220 kV/330 kV 外部電源進線的牽引變電所，牽引變電所采用2 路獨立外部進線電源與所內牽引變壓器直接相連。在正常運行方式下，2 回外電進線各帶1 臺牽引變壓器，互為備用。當一路進線故障的情況下，可切換至另一路進線及牽引變壓器進行供電。

帶跨條分支接線[3]方式多用于110 kV 進線電源等級的牽引變電所，采用2 路獨立外部進線電源，進線在所內通過跨條與牽引變壓器相連。在正常運行方式下，每一路進線可向其對應的牽引變壓器供電，也可通過所內跨條對另一臺牽引變壓器進線交叉供電。當一路進線故障的情況下，亦可切換至另一路進線及牽引變壓器進行供電。

2 埃塞亞吉鐵路S—M 段鐵路牽引變電所外部電源側運行方式

環進環出外部電源進線方式的牽引變電所采用大并聯供電方式較為穩定可靠，其中一路外部進線電源由外部電網提供，另一路外部進線電源由相鄰牽引變電所提供。

圖1 正常情況下大并聯運行方式牽引變電所外部電源側開關位置示意圖

除大并聯運行方式外，牽引變電所環進環出方 式下外部電源運行方式還可采用分開供電并設置外電源和主變設置備自投的方式[4]，如圖2 所示。分開供電的運行方案可以保證在線路或主變出現故障的情況下斷開故障部分，并通過裝置自投程序迅速恢復供電。相較于大并聯運行方式，其對2 路不同電源進線無同期性要求，但當發生故障時，開關的投切順序比大并聯運行方式復雜。

圖2 正常情況下分開供電運行方式牽引變電所外部電源側開關位置示意圖

3 運行方式分析

3.1 外部電源側大并聯運行方式

3.1.1 2 個牽引變電所情況

正常運行情況時，牽引變電所A 和B 的1#、2#外電線路電源處于并聯運行的狀態，牽引變電所A 和B 高壓進線側的開關均處于合位，詳見表1。

表1 大并聯運行方式兩牽引變電所高壓側開關狀態位置

當出現外電線路故障失壓時，牽引變電所A和B 的1#、2#外電線路電源維持并聯運行的狀態，僅將故障線路通過保護斷開。此時根據失壓線路的位置，采取不同的措施：

（1）牽引變電所A 1#外電線路失壓。牽引所A 的1QF、1QS 分閘，其余開關保持不變；牽引所B 開關保持不變。

（2）牽引變電所B 2#外電線路失壓。牽引所B 的2QF、2QS 分閘，其余開關保持不變；牽引所A 開關保持不變。

（3）要加大對青年企業員工的教育培養，青年職工是供電企業的活動主體，以馬克思主義青年觀為指導，暢通青年職工的上升渠道，不斷完善激勵制度，保障青年職工的福利待遇，能夠有效激發其創造思維和創造能力，避免青年人才的流失。

（3）牽引變電所A、B 之間環進環出聯絡線失壓。牽引變電所A 的2QF、2QS 分閘，其余開關保持不變；牽引所B 的1QF、1QS 分閘，其余開關保持不變。

當出現牽引變電所主變故障時，牽引變電所A和B 的1#、2#外電線路電源維持并聯運行的狀態，僅將故障主變通過保護斷開，將對應101QF 或102QF 分閘，其余開關保持不變。

3.1.2 3 個牽引變電所情況

正常運行情況下，牽引變電所A、B、C 的1#、2#外電線路電源處于并聯運行的狀態，即牽引變電所A、B、C 高壓進線側的開關均處于合位，具體見表2。

表2 大并聯運行方式3 個牽引變電所高壓側開關狀態位置

當出現外電線路故障失壓時，牽引變電所A、B、C 的1#、2#外電線路電源維持并聯運行的狀態，僅將故障線路通過保護斷開。此時，牽引變電所A、B 開關狀態如下：

（1）牽引變電所A 的1#外電線路失壓。牽引所A 的1QF、1QS 分閘，其余開關保持不變；牽引所B、牽引所C 開關保持不變。

（2）牽引變電所C 的2#外電線路失壓。牽引所C 的2QF、2QS 分閘，其余開關保持不變；牽引所A、牽引所B 開關保持不變。

（3）牽引變電所A、B 之間環進環出聯絡線失壓。牽引變電所A 的2QF、2QS 分閘，其余開關保持不變；牽引所B 的1QF、1QS 分閘，其余開關保持不變。

（4）牽引變電所B、C 之間環進環出聯絡線失壓。牽引變電所B 的2QF、2QS 分閘，其余開關保持不變；牽引所C 的1QF、1QS 分閘，其余開關保持不變。

當牽引變電所A、B、C 發生主變故障時，牽引變電所A、B、C 的1#、2#外電線路電源維持并聯運行的狀態，僅將故障主變通過保護斷開即可。開關狀態如下：

（1）牽引變電所A、B、C 的主變1T 故障，對應所內101QF 分閘，其余開關保持不變。

（2）牽引變電所A、B、C 的主變2T 故障，對應所內102QF 分閘，其余開關保持不變。

由以上分析可知，大并聯運行方式可以滿足供電可靠性的要求，出現非正常情況時分閘操作相對簡單。

3.2 外部電源側分開供電的運行方式

3.2.1 2 個牽引變電所情況

在正常運行情況下，牽引變電所A 的1#外電線路電源主供牽引變壓器1T；牽引變電所B 的2#外電線路電源主供牽引變壓器2T。牽引變電所高壓側開關狀態及位置具體詳見表3。

表3 分開供電運行方式兩牽引變電所高壓側開關狀態位置

出現非正常情況，如外電線路失壓、主變故障，開關狀態如表3 所示，切斷對應開關并投換供電電源。

3.2.2 3 個牽引變電所情況

正常情況下，牽引變電所A 的1#進線主帶主變1T；牽引變電所C 的2#進線主帶主變2T；牽引變電所B 利用牽引變電所C 穿越的電源從2#進線帶主變2T。牽引變電所高壓側開關狀態及位置具體詳見表4。

表4 分開供電運行方式下3 個牽引變電所高壓側開關狀態位置

當出現外線失壓時，牽引變電所需要切斷失壓進線，并從相鄰牽引變電所汲取電源，例如：牽引變電所A 的1#進線外電線路失壓時，通過開關分、合閘操作，通過從牽引變電所B、C 穿越過來的外電電源供電，運行方式從1#進線帶主變1T 調整為2#進線帶主變2T。牽引變電所B 及牽引變電所C的運行方式維持不變。

而出現主變故障時，保持跨條穿越功率，切除故障變壓器，投入備用變壓器，例如：牽引變電所B 主變2T 故障時，牽引變電所B 中102QF、2QF、2QS 分閘，1021QS 保持合位，2QS、2QF、101QF合閘，1021 保持合位，1QF、1QS 保持分位；牽引變電所A 維持正常運行時開關狀態不變；牽引變電所C 維持正常運行時開關狀態不變。這樣，牽引變電所B 通過從牽引變電所C 穿越過來的電源從2#進線帶主變1T。

分開供電運行方案是基于埃塞亞吉鐵路牽引變電所環進環出方式下參照國內牽引變電所外部電源側運行方式調整得出，可以保證在線路或主變出現故障時，斷開故障部分，并通過裝置自投程序迅速恢復供電。但因為外電進線方式改變，其自投方式相較國內牽引變電所有很大差異，且自投方式和順序更多，需要廠家對裝置內的自投程序進行修改，這對于裝置的可靠性有較高的要求。同時基于埃塞電網的薄弱情況，分開供電運行方式對牽引變電所值班和調度人員的專業水平要求較高[5]，需在自投裝置失效的情況下能迅速對進線電源和主變進行投切。

4 結語

本文根據埃塞俄比亞外部電源實際情況，提出牽引變電所環進環出進線方案，并分析了外部電源側2 種運行方式，發現：外部電源側大并聯運行方式下，2 路外部電源進線和2 臺主變壓器均互為熱備，電力系統提供的2 路不同電源進線要并聯需滿足同期性要求，綜合自動化裝置上應設置檢同期裝置；外部電源側分開供電的運行方式與國內運行方式相似，無需校驗電源的同步性，可通過裝置自投程序迅速恢復供電。2 種運行方式均滿足可靠供電的要求。

在實際工程中，埃塞電力公司（EEP）與埃塞鐵路公司（ERC）對接認為分開供電方案中自投順序復雜，并考慮埃塞俄比亞當地電力系統變電站的運行方式和習慣，最終采用大并聯運行方式。埃塞亞吉鐵路牽引變電所外電運行方案于2020 年底通過埃塞電力公司（EEP）與埃塞鐵路公司（ERC）后評估，牽引變電所于2021 年初成功驗收，證明了牽引變電所高壓進線側大并聯運行方式的可靠性和合理性，其相應的設計經驗可為相似地區的牽引供電設計提供一定的借鑒和參考。