唐明艷

摘 要：牽引變電所是電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)的心臟，它的主要任務(wù)是將電力系統(tǒng)輸送來的三相高壓電變化成適合電力機(jī)車使用的電能。而電氣主接線反映牽引變電所設(shè)施的主要電氣設(shè)備以及這些設(shè)備的規(guī)格、型號、技術(shù)參數(shù)以及在電氣上是如何連接的，高壓側(cè)有幾回進(jìn)線、幾臺牽引變壓器，有幾回接觸網(wǎng)饋電線。通過電氣主接線可以了解牽引變電所等設(shè)施的規(guī)模大小、設(shè)備情況。

關(guān)鍵詞：牽引變電所；鐵路；牽引變壓器

1 牽引變電所主結(jié)線的選擇

牽引變電氣主接線是變電所設(shè)計的首要部分，也是構(gòu)成電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。主接線的確定與電力系統(tǒng)整體及變電所本身運行的可靠性，靈活性和經(jīng)濟(jì)性是密切相關(guān)的，而且對電氣設(shè)備的選擇，配電裝置布置，繼電保護(hù)和控制方式的擬定有較大影響。因此必須合理的確定主接線。

電氣主結(jié)線應(yīng)滿足的基本要求

①首先保證電力牽引負(fù)荷，運輸用動力，信號負(fù)荷安全，可靠供電的需要和電能質(zhì)量。

②具有必要的運行靈活性，使檢修維護(hù)安全方便。

③應(yīng)有較好的經(jīng)濟(jì)性，力求減小投資和運行費用。

④應(yīng)力求接線簡捷明了，并有發(fā)展和擴(kuò)建的余地。

1.1 高壓側(cè)電氣主結(jié)線的基本形式

1.1.1 單母線接線

如圖1-1所示，單母線接線的的特點是整個的配電裝置只有一組母線，每個電源線和引出線都經(jīng)過開關(guān)電器接到同一組母線上。同一回路中串接的隔離開關(guān)和斷路器，在運行操作時，必須嚴(yán)格遵守以下操作順序：對饋線送電時必須先和1QS和2QS在投入1QF；如欲停止對其供電必須先斷開1QF然后斷開1QS和2QS。

單母線結(jié)線的特點是：（1）結(jié)線簡單、設(shè)備少、配電裝置費用低、經(jīng)濟(jì)性好并能滿足一定的可靠性。（2）每回路斷路器切斷負(fù)荷電流和故障電流。檢修任一回路及其斷路器時，僅該回路停電，其他回路不受影響。（3） 檢修母線和與母線相連的隔離開關(guān)時，將造成全部停電。母線發(fā)生故障時，將是全部電源斷開，待修復(fù)后才能恢復(fù)供電。

這種結(jié)線方式的缺點是母線故障時、檢修設(shè)備和母線時要造成停電；適用范圍：適用于對可靠性要求不高的10～35kV地區(qū)負(fù)荷。

1.1.2 單母線分段結(jié)線

圖1-2為用斷路器分段的單母線分段結(jié)線圖。分段斷路器MD正常時閉合，是兩段母線并列運行，電源回路和同一負(fù)荷的饋電回路應(yīng)交錯連接在不同的分段母線上。

這種結(jié)線方式的特點是：

（1）分段母線檢修時將造成該段母線上回路停電。

（2）進(jìn)線上斷路器檢修時造成該進(jìn)線停電。

適用范圍：廣泛應(yīng)用于10～35kV地區(qū)負(fù)荷、城市電牽引各種變電所和110kV電源進(jìn)線回路較少的110kV結(jié)線系統(tǒng)。

（3）采用橋形結(jié)線

當(dāng)只有兩條電源回路和兩臺主變壓器時，常在電源線間用橫向母線將它們連接起來，即構(gòu)成橋型結(jié)線。橋型結(jié)線按中間橫向橋接母線的位置不同，分為內(nèi)橋形和外橋形兩種，如圖1-3所示。前者的連接母線靠近變壓器側(cè)，而后者則連接在靠近線路側(cè)。

內(nèi)橋形結(jié)線的線斷路器分別連接在兩回電源線路上，因而線路退出工作或投入運行都比較方便。橋形母線上的斷路器QF在正常狀態(tài)下合閘運行，1QS和2QS是斷開的。當(dāng)線路1SL發(fā)上故障時，1QS和2QS合閘，故障線路的斷路器1QF跳閘，其他三個元件（另一線路和兩臺主變壓器）仍可繼續(xù)工作。內(nèi)橋結(jié)線當(dāng)任一線路故障或檢修時不影響變壓器的并列工作。由于線路故障遠(yuǎn)比變壓器故障多，故這種界限在牽引變電所獲得了較廣泛的應(yīng)用。當(dāng)內(nèi)橋結(jié)線的兩回電源線路接入系統(tǒng)的環(huán)形電網(wǎng)中，并有系統(tǒng)功率穿越橋接母線時，橋斷路器（QF）的檢修或故障將造成環(huán)網(wǎng)斷開。為避免這一缺陷，可在線路短路器外側(cè)安裝一組跨條，如圖中的虛線所示，正常工作時隔離開關(guān)將跨條斷開，安裝兩組隔離開關(guān)的目的是便于它們輪流停電檢修。

圖中外橋形結(jié)線的特點與內(nèi)橋剛好相反，當(dāng)變壓器發(fā)生故障或運行中需要斷開時，只要斷開它們前面的斷路器1QF或2QF，而不影響線路的正常工作。但線路故障或檢修時，將是與該線路連接的變壓器短時中斷運行，須經(jīng)轉(zhuǎn)換操作后才能恢復(fù)工作。因而外僑形結(jié)線適用于電源線路較短、負(fù)荷不穩(wěn)定、變壓器需要經(jīng)常切換（例如兩臺主變中一臺要經(jīng)常斷開或投入）的場合，也可用在有穿越功率通過的與喚醒電網(wǎng)連接的變電所中。

橋型結(jié)線能滿足牽引變電所的可靠性，具有一定的運行靈活性，使用電器少，建造費用低，在結(jié)構(gòu)上便于發(fā)展成單母線或具有旁路母線得到那母線結(jié)線。即在初期按橋形結(jié)線，將來有可能增加電源線路數(shù)時再擴(kuò)展為其他結(jié)線形式。

1.2 牽引負(fù)荷側(cè)電氣結(jié)線特點

牽引負(fù)荷是牽引變電所基本的重要負(fù)荷，上述電氣主結(jié)線基本形式多數(shù)對牽引負(fù)荷側(cè)電氣結(jié)線也是適用的。但考慮牽引負(fù)荷及牽引供電系統(tǒng)的下列特點，有針對性的在電氣結(jié)線上采取有效措施，以保證供電系統(tǒng)的可靠性和運行靈活性。

1.2.1 由于接觸網(wǎng)沒有備用，而接觸網(wǎng)故障幾率比一般架空輸電線路更為頻繁，因此牽引負(fù)荷側(cè)電氣結(jié)線對接觸網(wǎng)饋線斷路器的類型與備用方式較一般電力負(fù)荷要求更高。

1.2.2 牽引側(cè)電氣結(jié)線于牽引變壓器的類型（單相或三相）和接線方式以及主變壓器的備用方式有關(guān)，在采用移動式變壓器做備用的情況下，與移動變壓器接入電路的方式有關(guān)。

1.2.3 與饋線數(shù)目、電氣化鐵路年運量、單線或復(fù)線，以及變電所附近鐵路其他設(shè)施如大型樞紐站、電力機(jī)車段和地區(qū)負(fù)荷等的供電要求有關(guān)。

對于牽引側(cè)母線本身，由于線路簡單，引至饋線配電間隔為單相母線，實踐證明很少發(fā)生故障，必須檢修母線和母線上隔離開關(guān)時，可由臨近變電所越區(qū)供電以代替被檢修的母線或母線分段。

為合理解決饋線斷路器的備用方式，牽引負(fù)荷側(cè)電氣結(jié)線有下列幾種形式：①每路饋線設(shè)有備用斷路器的單母線結(jié)線，如圖所示，考慮手車式氣體斷路器（或真空式）產(chǎn)品接觸插頭的互換性較差，不設(shè)移動備用，工作斷路器檢修時，即由備用斷路器代替，這種方式在饋線數(shù)量較少時采用，操作轉(zhuǎn)換較方便，但投資較大。②每兩路饋線設(shè)一公共備用斷路器BQF，通過隔離開關(guān)的轉(zhuǎn)換，可使BQF代替任一饋線短路器，并達(dá)到按單母線分段運行的作用，如圖所示，這種結(jié)線的缺點是隔離開關(guān)的轉(zhuǎn)換太頻繁。③單母線分段帶旁路母線的結(jié)線，考慮到饋線斷路器檢修時備用的需要，或者在某些情況下由于電力系統(tǒng)的緣故不允許兩回電源線供電的變壓器在牽引負(fù)荷側(cè)并聯(lián)運行，母線分段隔離開關(guān)經(jīng)常處于斷開位置，故需在每個分段母線上各設(shè)一臺旁路斷路器1BQF、2BQF，分別作為每段母線上連接的饋線斷路器的備用。這種結(jié)線適用于饋線數(shù)目較多的復(fù)線，或靠近大型樞紐站向幾個方向電氣化鐵路供電的單線牽引變電所。

牽引變壓器的備用方式有移動備用和固定備用兩種。前者是整個供電段管轄的幾個牽引變電所設(shè)置一臺或數(shù)臺可以動的公共備用變壓器，供運行中的牽引變壓器檢修或故障時使用；后者是在每個牽引變電所安裝固定的備用變壓器，或者牽引變壓器臺數(shù)不變、而增大變壓器容量，使在正常情況下一臺工作，一臺備用（稱為固定全備用）。根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)的全面比較，在一般牽引變電所設(shè)有或不設(shè)專用鐵路岔線作為變壓器搬運、檢修的情況下，對于三相牽引變壓器采用固定全備用的方式都是有利和可取的。特殊情況下需作具體比較。對于單相或V形接線的牽引變電所，一般增加一臺固定備用變壓器，在牽引負(fù)荷側(cè)電氣結(jié)線只需增加一路電源進(jìn)線及斷路器與配電間隔，比較簡單。而采用移動備用變壓器的情況下，對單相或V-V形接線的單相變電所牽引側(cè)電氣結(jié)線的構(gòu)成，將產(chǎn)生較大影響。

2 牽引變電所變壓器的選擇

2.1 選擇原則

2.1.1 為保證供電的可靠性，在變電所中，一般裝設(shè)兩臺主變壓器。

2.1.2 為滿足運行的靈敏性和可靠性，如有重要負(fù)荷的變電所，應(yīng)選擇兩臺三繞組變壓器，選用三繞組變壓器占地面積小，運行及維護(hù)工作量少，價格低于四臺雙繞組變壓器，因此三繞組變壓器的選擇大大優(yōu)于四臺雙繞組變壓器。

2.1.3 裝有兩臺主變壓器的變電所，其中一臺事故后其余主變壓器的容量應(yīng)保證該所全部負(fù)荷的70%以上，并保證用戶的一級和二級全部負(fù)荷的供電。

2.2 牽引變壓器的接線方式和臺數(shù)的確定

考慮到該變電所為三相牽引變電所，與系統(tǒng)聯(lián)系緊密，且在一次主結(jié)線中已考慮采用內(nèi)橋結(jié)線方式，故選用采用三繞組變壓器，高壓側(cè)為Y形接線，中、低壓側(cè)為△連接。由于牽引負(fù)荷屬于一級負(fù)荷，并考慮備用，所以選用兩臺主變壓器，一臺自用電變壓器。通過本章的學(xué)習(xí)加深了對牽引變壓器的基本知識的理解，對設(shè)計和以后的實際工程設(shè)計及研究工作奠定了理論基礎(chǔ)。

2.3 牽引變壓器安裝容量的確定和選擇

當(dāng)牽引變壓器的計算容量和校核容量確定以后，選擇兩者中較大者，并按采用的備用方式，牽引變壓器的系列產(chǎn)品（額定容量優(yōu)先系數(shù)為R10系列），以及有否地區(qū)動力負(fù)荷等諸因素，即可確定牽引變壓器的安裝容量。

例如：單線電氣化鐵路近期年運量為1700萬噸/年，牽引定數(shù)G為2100噸/列，γ凈取0.705，波動系數(shù)K1取1.2，儲備系數(shù)K2取1.2，非平行列車運行圖區(qū)間通過能力N非=42對/日。

2.4 變壓器備用方式的選擇

牽引變壓器在檢修或發(fā)生故障時，都需要有備用變壓器投入，以確保電氣化鐵路的正常運輸。在大運量的雙線區(qū)段，牽引變壓器一旦出現(xiàn)故障，應(yīng)盡快投入備用變壓器，顯得比單線區(qū)段要求更高。備用變壓器投入的快供，將影響到恢復(fù)正常供電的時間，并且與采用的備用方式有關(guān)。備用方式的選擇，必須從實際的電氣化鐵路線路、運量、牽引變電所的規(guī)模、選址、供電方式及外部條件（如有無公路）等因素，綜合考慮比較后確定。我國的電氣化鐵路牽引變壓器備用方式有以下兩種。

2.4.1 移動備用

采用移動變壓器作為備用的方式，稱為移動備用。采用移動備用方式的電氣化區(qū)段，每個牽引變電所裝設(shè)兩臺牽引變壓器，正常時兩臺并聯(lián)運行。所內(nèi)設(shè)有鐵路專用岔線。備用變壓器安放在移動變壓器車上，停放于適中位置的牽引變電所內(nèi)或供電段段部，以便于需要作為備用變壓器投入時，縮短運輸時間。在供電段所轄的牽引變電所不超過5-8個的情況下，設(shè)一臺移動變壓器，其額定容量應(yīng)與所轄變電所中的最大牽引變壓器額定容量相同。

當(dāng)牽引變壓器需要檢修時，可將移動變壓器按計劃調(diào)入牽引變電所。但在牽引變壓器發(fā)生故障時，移動變壓器的調(diào)運和投入約需數(shù)小時。此間，靠一臺牽引變壓器供電往往不能保證鐵路正常運輸。這種影響，在單線區(qū)段或運量小的雙線區(qū)段可很快恢復(fù)正常；但在大運量的雙線區(qū)段須予以重視?？砂礌恳儔浩饕慌_故障停電后由另一臺單獨運行，允許超載30%，并持續(xù)4小時，而能符合計算容量（滿足正常運輸）的要求進(jìn)行檢算。

采用移動備用方式，除上述影響外，還需要修建鐵路專用岔線。這將導(dǎo)致牽引變電所選址困難、場地面積和土方量增加，相應(yīng)加大投資。不僅如此，移動變壓器車輛進(jìn)廠檢修時，修要把備用變壓器從車上拆卸吊下來；車輛修好出廠后，又要把備用變壓器吊上車安裝好。這項工作十分麻煩和困難，非常費時費力費錢。采用移動備用方式的優(yōu)點是牽引變壓器容量較省。因此，移動備用方式可用于沿線無公路區(qū)段和單線區(qū)段。

2.4.2 固定備用

采用加大牽引變壓器容量或增加臺數(shù)作為備用的方式，稱為固定備用。采用固定備用方式的電氣化區(qū)段，每個牽引變電所裝設(shè)兩臺牽引變壓器，一臺運行，一臺備用。每臺牽引變壓器容量應(yīng)能承擔(dān)全所最大負(fù)荷，滿足鐵路正常運輸?shù)囊蟆?/p>

采用固定備用方式的優(yōu)點是：其投入快速方便，可確保鐵路正常運輸，又可不修建鐵路專用岔線，牽引變電所選址方便、靈活，場地面積較小，土方量較少，電氣主接線較簡單。其缺點是：增加了牽引變壓器的安裝容量，變電所內(nèi)設(shè)備檢修業(yè)務(wù)要靠公路運輸。因此，固定備用方式適用于沿線有公路條件的大運量區(qū)段。

在當(dāng)前進(jìn)行電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)的設(shè)計中，牽引變壓器的備用方式不再考慮移動備用方式。

3 結(jié)束語

電氣主結(jié)線是牽引變電所的主體部分，本設(shè)計高壓側(cè)采用內(nèi)橋形結(jié)線，牽引負(fù)荷側(cè)采用單母線結(jié)線的方式。并確定牽引變壓器的結(jié)線形式：采用三繞組變壓器，高壓側(cè)為Y形接線，中、低壓側(cè)為△連接。由于牽引負(fù)荷屬于一級負(fù)荷，并考慮備用，所以選用兩臺主變壓器，一臺自用電變壓器

參考文獻(xiàn)

[1]賀威俊，高仕斌等.電力牽引供變電技術(shù)[M].西南交通大學(xué)出版社，2007.

[2]譚秀炳.交流電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)（第三版）.西南交通大學(xué)出版社，2006.

[3]馬永翔，王世榮.電力系統(tǒng)繼電保護(hù).北京大學(xué)出版社，2006.

[4]劉介才.工廠供電（第四版）.機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[5]劉介才等.工廠供電簡明設(shè)計手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993.

[6]劉介才等.工廠供電設(shè)計指導(dǎo)[N].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.

[7]牟道槐等.發(fā)電廠變電站電氣部分[M].重慶大學(xué)出版社，1996-4.

[8]丁毓山等.中小型變電所實用設(shè)計手冊[M].中國水利電力出版，2000.6.

[9]蒲如蘭.發(fā)電廠（變電所）電氣設(shè)備部分指導(dǎo)參考資料[N]，1996-6.

[10]發(fā)電廠及變電站二次部分[M].水利電力出版社，2004-08.

[11]火力發(fā)電廠、變電所二次接線設(shè)計技術(shù)規(guī)定[M].水利電力出版社，1998.

[12]Schneider.DC-Substations with Four Winding Rectifier Double-tire Transformers Instead of the Combination of Three Winding Rectifier Transformers with Interphase Transform，SIEMENS Technical Report，F(xiàn)rankfort， April，1995.