馬小飛 上海鐵路局調(diào)度所

2010 年4 月18 日，東隴海線云臺(tái)山牽引所運(yùn)行中的1#主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘，2#主變自投后顯示B 相過流也跳閘。后查明是201B 斷路器底部連接母線的電流互感器炸裂，短時(shí)間內(nèi)難以恢復(fù)，于是當(dāng)時(shí)組織了越區(qū)供電。從現(xiàn)有的東海牽引變電所越過包莊分區(qū)所向云臺(tái)山所供電，因云臺(tái)山所是東隴海線最東端的變電所，依托現(xiàn)有的設(shè)備無法向云臺(tái)山所的A 相供電臂（包括云臺(tái)山，連云港東等站）供電，對(duì)連云港地區(qū)的運(yùn)輸秩序造成較大干擾。因此有必要研究在云臺(tái)山變電所兩路電源失電或所內(nèi)故障退出運(yùn)行時(shí)如何保證連云港地區(qū)的供電?，F(xiàn)有設(shè)備無法實(shí)現(xiàn)這一功能，因此本文試圖探討如何在增加必要設(shè)備的情況下實(shí)現(xiàn)可靠越區(qū)供電。

1 目前現(xiàn)狀

1.1 現(xiàn)有的正常運(yùn)行方式

云臺(tái)山牽引變電所通過兩路110 kV 進(jìn)線從連云港供電公司取得電源，110/27.5 kV 后分別送往包莊分區(qū)所方向和連云港東方向，在下行連云港東－墟溝北112#G 處，上行連云港東2#支柱處與港務(wù)局設(shè)備分界（見圖1）。

圖1 現(xiàn)有運(yùn)行方式

1.2 現(xiàn)有的越區(qū)供電方案

所謂越區(qū)供電，就是當(dāng)牽引變電所這一供電系統(tǒng)的核心設(shè)備發(fā)生外部電源失壓或如4 月18 日一樣的牽引變電所設(shè)備故障引起全所停運(yùn)時(shí)，由臨近的牽引變電所向停電的牽引變電所供電的接觸網(wǎng)供電方式。越區(qū)供電是一種非正常的供電方式，越區(qū)供電方案一個(gè)基本原則就是操作簡便、耗時(shí)少、可靠性高。

正常的區(qū)間牽引變電所發(fā)生故障時(shí)，都是由相鄰的兩個(gè)變電所從兩個(gè)方向向停用的供電臂來供電，但云臺(tái)山變電所的東側(cè)已無變電所向其停電供電臂供電，而現(xiàn)有的方案則注明僅考慮從包莊方向越區(qū)(見圖2)。對(duì)云臺(tái)山站，連云港東站以及港務(wù)局內(nèi)無電的情況有所說明，但沒有提出解決問題的辦法。

圖2 現(xiàn)有的越區(qū)方案

1.3 現(xiàn)有方案不足造成的影響

現(xiàn)有方案將造成鹽坨－云臺(tái)山－連云港東－港務(wù)局區(qū)間無電，查運(yùn)行圖，此區(qū)段電力機(jī)車見表1。

表1 電力機(jī)車時(shí)刻表上行 下行

共計(jì)影響的客貨列車上下行共計(jì)達(dá)38 趟，查閱《上海鐵路局貨物列車編組計(jì)劃》，其中包括石油直達(dá)，煤炭直達(dá)等需重點(diǎn)保證的車次，還包括跨局旅客列車等。由此可知，云臺(tái)山變電所東側(cè)供電臂無電，將對(duì)東隴海線及連云港區(qū)的運(yùn)輸秩序造成重大干擾，因此增加必要設(shè)備，保證故障情況下不間斷的供電有著十分重要的實(shí)際意義。

2 解決方案

2.1 方案一

可以采用從變點(diǎn)所反送電的方法。但因云臺(tái)山變電所的主變采用的是S-PQY-31500/110 三相-兩相阻抗匹配平衡變壓器，往包莊和港務(wù)局方向是不同相的27.5 kV 母線供電，往包莊是B 相，連云港東是A 相，正常情況下A/B 相是沒有設(shè)備溝通的并且也不允許溝通。但為了越區(qū)時(shí)在電氣上導(dǎo)通，需要在A，B 母線上加裝一組手動(dòng)隔開（見圖3）。需要注意的是，當(dāng)采用本方案越區(qū)時(shí)，應(yīng)將兩臺(tái)110 kV 主變一、二次側(cè)斷路器全部斷開，防止向高壓側(cè)反送電。

圖3 方案一示意圖

2.2 方案二

現(xiàn)有的東隴海的分相處設(shè)計(jì)是在分相處僅有一組隔開，連接列車運(yùn)行前方的單元和分相無電區(qū)，當(dāng)列車停在無電區(qū)時(shí)列車運(yùn)行方向后一單元停電，閉合分相隔開，由前一單元向列車供電駛出無電區(qū)。而借鑒滬寧高鐵在分相處的設(shè)計(jì)，均有兩組電動(dòng)隔開分別從兩邊單元向分相無電區(qū)處送電，在緊急情況下越區(qū)時(shí)可以將兩組隔開同時(shí)閉合，即可向無電區(qū)段送電。既可以滿足反向行車無電區(qū)救援的要求、又可以提供一種新的越區(qū)供電方式。因此，我們可考慮在云臺(tái)山所分相處采用本設(shè)計(jì)，再增加一組電動(dòng)隔開（見圖4）。之所以在本方案中采用電動(dòng)隔開，是為了滿足越區(qū)方案對(duì)操作時(shí)限的要求，因行調(diào)臺(tái)給出的越區(qū)操作時(shí)間一般是10 min，而本隔開在線路上，為避免緊急情況下人員難以迅速到達(dá)操作地點(diǎn)造成的影響，故在此采用電動(dòng)隔開，供電調(diào)度遠(yuǎn)動(dòng)操作。

圖4 方案二示意圖

需要特別重視的是兩方案中，正常情況下是絕對(duì)不允許閉合母連隔開或線路分相處的隔開而造成相間短路的。所以為防止誤動(dòng)作，需從組織和技術(shù)措施上對(duì)誤操作的可能加以杜絕，比如將新設(shè)隔開的鑰匙單獨(dú)放置。方案一中設(shè)置隔開與變壓器二次側(cè)斷路器的閉鎖，方案二中在電調(diào)端將新設(shè)隔開掛操作警示牌等。

3 參數(shù)計(jì)算

3.1 末端電壓

當(dāng)采用越區(qū)供電方式以后，東海變電所越過云臺(tái)山變電所供到港務(wù)局，起點(diǎn)處為K0+000，東海變電所的位置為K70+130，也就是說越區(qū)時(shí)一條供電臂的供電長度要達(dá)到70 km。根據(jù)《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》154 條規(guī)定：牽引供電能力必須與線路的運(yùn)輸能力相適應(yīng)，滿足規(guī)定的列車重量、密度和速度的要求。接觸網(wǎng)額定電壓值為25 kV，最高工作電壓為27.5 kV，最低工作電壓為19 kV。又根據(jù)《上海鐵路局電氣化鐵路牽引變電所越區(qū)供電辦法》規(guī)定：越區(qū)供電時(shí)行車限制條件為越區(qū)合并供電臂內(nèi)限制運(yùn)行2 列電力牽引的列車。所以需校核一個(gè)合并供電臂內(nèi)運(yùn)行2 列電力牽引的列車時(shí)末端電壓能否滿足要求，核定SS4 型電力機(jī)車額定電流為200 A（見圖5）。

圖5 機(jī)車位置示意圖

3.1.1 方案一計(jì)算（供電臂通過云臺(tái)山變電所實(shí)現(xiàn)上下行并聯(lián)）

距變電所最遠(yuǎn)的機(jī)車I 受電點(diǎn)的牽引網(wǎng)電壓損失為：

滿足《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》中最低電壓大于19 kV 的規(guī)定。注：據(jù)東海所整定計(jì)算報(bào)告：

查閱運(yùn)行圖，現(xiàn)在電力機(jī)車只運(yùn)行到連云港東站，連云港東站距東海變電所58 km，故在此最遠(yuǎn)負(fù)荷距離取58 km。

3.1.2 方案二計(jì)算（供電臂上下行不并聯(lián)）

距離變電所最遠(yuǎn)的機(jī)車I 處受電點(diǎn)的牽引網(wǎng)電壓損失為：

同樣滿足《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》中最低電壓大于19 kV的規(guī)定。

3.2 饋線保護(hù)

牽引變電所的電氣保護(hù)定值是按照正常情況下的運(yùn)行方式核定的，在故障情況下施行越區(qū)供電時(shí)，供電系統(tǒng)的參數(shù)已經(jīng)發(fā)生了變化，特別是本案中供電距離大大增加，因此保護(hù)定值要做到相應(yīng)的修改才能確保設(shè)備安全。原則是減少越區(qū)方式保護(hù)變化對(duì)正常方式保護(hù)的影響，盡量少動(dòng)既有的保護(hù)范圍，但必須要能保護(hù)到越區(qū)供電的所有范圍。牽引變電所的饋線保護(hù)主要有阻抗I、II 段保護(hù)和電流保護(hù)（見圖6）。

圖6 保護(hù)范圍示意圖

查閱變電所采用的SCH9511 型微機(jī)饋線保護(hù)測控裝置知道，該裝置設(shè)有距離三段保護(hù)，平時(shí)不投入。鑒于本案中供電臂距離增加較大，所以越區(qū)時(shí)應(yīng)通過軟壓板投入距離三段保護(hù)，但需要注意的是，為了防止正常情況下距離三段保護(hù)和牽引負(fù)荷接近可能造成誤動(dòng)作，所以越區(qū)結(jié)束后應(yīng)通過軟壓板退出距離三段保護(hù)。

4 方案優(yōu)缺點(diǎn)

在故障處理的過程中，供電設(shè)備的可靠性對(duì)故障處理的影響相當(dāng)關(guān)鍵。當(dāng)需要啟動(dòng)越區(qū)時(shí)，一邊是行車部門需要馬上開車的壓力，一邊是供電設(shè)備有可能不可靠的矛盾。

在實(shí)際中，線路上的遠(yuǎn)動(dòng)隔開由于工作環(huán)境惡劣，選不上、或者不能執(zhí)行這樣的現(xiàn)象時(shí)有出現(xiàn)，所以戶外遠(yuǎn)動(dòng)隔開的可信任度是有限的。比較方案一和二，從可靠性上來考慮，筆者傾向于采用方案一。方案一設(shè)在變電所內(nèi)，越區(qū)時(shí)只需要調(diào)度發(fā)令值班員手動(dòng)閉合越區(qū)隔開即可，可靠性高，方便操作。并且增加手動(dòng)隔開，不牽涉到二次系統(tǒng)和調(diào)度端遙信點(diǎn)位修改、調(diào)試，工作量小。方案二的優(yōu)點(diǎn)是在遠(yuǎn)動(dòng)開關(guān)可靠操作的情況下，全程由電調(diào)操作即可完成越區(qū)，速度較快，安全可控；缺點(diǎn)是可靠性不高，施工時(shí)牽涉部門較多，包括接觸網(wǎng)工區(qū)、變電所綜自設(shè)備廠家、調(diào)度端設(shè)備廠家、路局供電調(diào)度等，前期協(xié)調(diào)工作量較大。

5 結(jié)束語

隨著局內(nèi)電氣化鐵路不斷增多，建議今后再遇到類似線路末端變電所的時(shí)候（寧啟線電化改造就可能有類似情況），能提前將該變電所的越區(qū)改造在新線建設(shè)階段就一并考慮進(jìn)去，提高供電可靠性，也避免投入運(yùn)行后再加以改造，增加項(xiàng)目施工難度。