李良威， 唐偉， 潘英（中鐵二院工程集團有限責任公司，四川成都610031）

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淺談電氣化鐵路牽引變電所的戰(zhàn)備設(shè)計與搶修原則

李良威， 唐偉， 潘英
（中鐵二院工程集團有限責任公司，四川成都610031）

摘 要：隨著電氣化鐵路在國民社會、經(jīng)濟和戰(zhàn)略上發(fā)揮著越來越重要的作用，牽引供電系統(tǒng)作為電氣化鐵路的動力能源核心，其戰(zhàn)備安全問題值得關(guān)注。針對電氣化鐵路的外部電源及牽引變電所將成為未來戰(zhàn)爭中精確制導武器打擊的重點目標，從設(shè)計標準、設(shè)計方案和搶修原則等方面進行了分析。對如何提高鐵路外部電源的安全可靠性，增強牽引變電所的供電能力、抗打擊能力以及戰(zhàn)時受損的恢復能力等方面進行了思考與建議，對鐵路軍交運輸系統(tǒng)設(shè)計具有一定的指導意義。

關(guān)鍵詞：電氣化鐵路；牽引供電所；外部電源；戰(zhàn)備

1　概述

鑒于電氣化鐵路具有速度快、運量大、節(jié)約能源消耗、經(jīng)濟效益好、環(huán)境污染小等優(yōu)點，我國目前新建的高速鐵路、客運專線、重載鐵路、普速鐵路均采用電力牽引，電氣化鐵路已經(jīng)成為我國國家交通線的重要核心組成部分，且鐵路的電氣化率在逐年提高。

電氣化鐵道供電，因其用電量大、分布廣，因而形成相對獨立于電力系統(tǒng)的電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)（如圖1所示）。牽引變電所把區(qū)域電力系統(tǒng)送來的電能，根據(jù)電力牽引對電流和電壓的不同要求，轉(zhuǎn)變?yōu)檫m用于電力牽引的電能，然后分別送到沿鐵路線上空架設(shè)的接觸網(wǎng)，為電力機車供電；或者送到地下鐵道等城市交通所需的供電系統(tǒng)，為地鐵電動車輛或電車供電［1］。

圖1　電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)

一條電氣化鐵路沿線設(shè)有多個牽引變電所，相鄰變電所間的距離約為30～60km。牽引供電系統(tǒng)作為電氣化鐵路的動力能源核心，被稱之為電氣化鐵路的“心臟”。它能夠在戰(zhàn)爭時期為大兵團密集輸送和物質(zhì)裝備運輸提供必要的保障條件，將成為未來戰(zhàn)爭中精確制導武器打擊的重點。如何提高外部電源的安全可靠性，增強牽引變電所的抗打擊能力和戰(zhàn)時受損的恢復能力將成為我們思考和關(guān)注的重點內(nèi)容。

2　外部電源及牽引變電所的戰(zhàn)備設(shè)計

2．1外部電源的戰(zhàn)備設(shè)計

在電力牽引區(qū)段，牽引供電的可靠性，關(guān)系到鐵路運輸?shù)目煽啃?，牽引供電一旦停止，用電區(qū)段的鐵路就會陷于癱瘓，導致運輸混亂、造成國民經(jīng)濟重大損失。根據(jù)現(xiàn)行國家標準《工業(yè)與民用供電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定，將電力牽引定為一級負荷。牽引變電所兩路電源一般來自電力系統(tǒng)不同的變電站（或電廠）。當確有困難時，可來自同一變電站不同回路的兩段母線。

為了提高外部電源的安全可靠性，在未來電網(wǎng)建設(shè)中，為了把高壓輸電線分區(qū)以縮小故障范圍，建議每隔250～400km設(shè)高可靠性、多電源端的中央支持式變電站，它除了完成一般變電站的功能外，還把高壓電網(wǎng)送來的電能，通過它的母線和輸電線分配給其他外部電源供給點的變電站，戰(zhàn)時可啟動備用輸電網(wǎng)絡(luò)，提高外部電源的可靠性。

同時，由于架空輸電線路屬于高空表面暴露設(shè)備，容易成為打擊破壞的目標，尤其是鐵塔在損壞后修復時間長、難度大、影響大，可考慮某些重要的負荷點和樞紐地區(qū)的輸電線路采用地下電纜方式，埋設(shè)于地下，能夠有效的隱蔽，敵方難以發(fā)現(xiàn)目標，不容易破壞，從而提高輸電線路的可靠性。

為保證電網(wǎng)的穩(wěn)定性，電網(wǎng)部門應與鐵路部門建立戰(zhàn)爭情況下的供電保障聯(lián)合體，對n－1、n－2、…運行方式下系統(tǒng)供電能力和穩(wěn)定性進行研究（指電力系統(tǒng)的n個元件中的任1、2、…個獨立元件（發(fā)電機、輸電線路、變壓器等）發(fā)生故障而被切除后，應不造成因其他線路過負荷跳閘而導致用戶停電，不破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性，不出現(xiàn)電壓崩潰等事故），提前預測在電網(wǎng)受損情況下的最大供電能力，以提醒鐵路制定相應的戰(zhàn)備運輸組織模式。

2．2牽引變電所的戰(zhàn)備設(shè)計

2．2．1牽引變電所選址

牽引變電所的設(shè)置要按照運輸能力要求分散式布置，同時要符合洪水位要求，避開地質(zhì)不良地帶，滿足與重要工業(yè)設(shè)施和目標的距離等要求。

為確保牽引變電所的安全性和可靠性，建議在選址時充分考慮戰(zhàn)備需要，提高其戰(zhàn)時的生存能力，位置盡量隱蔽，可根據(jù)地形地貌特征，采用染色法對變電所實施偽裝，讓其與周圍環(huán)境融為一體；同時，在戰(zhàn)時可修建假目標，選擇高空易發(fā)現(xiàn)地區(qū)，按照變電所的布置裝備簡易的變電所替身，可以有效的迷惑敵方的空中打擊。

2．2．2牽引變電所布置

為便于牽引變壓器的檢修或排除故障問題，牽引變壓器采用一主一備的運行方式，提高運行的可靠性。分支接線具有接線簡單、設(shè)備較少、操作方便、維護簡單、投資節(jié)省等優(yōu)點，基本能滿足電氣化鐵道供電安全可靠的要求，被廣泛應用，而采用分段單母線接線形式的比較少。目前設(shè)計中常用的27．5 kV和55kV斷路器的備用方式，一般采用50%備用、旁路斷路器備用和不接入主接線斷路器備用等三種備用方式。

為提高牽引變壓器的高可靠性，建議在重要樞紐中心配置移動變壓器，戰(zhàn)時啟動移動備用方式；同時在適當?shù)拈g隔范圍采用變壓器容量備用方式，靠增大相鄰變電所單臺容量提高特殊時期的供電能力；對于電網(wǎng)較薄弱地區(qū)，可考慮采用可用外橋接線，地區(qū)電能可以通過牽引變電所穿越功率，為地區(qū)供電提供通道條件。

2．2．3牽引變電所供電能力

計算牽引變壓器容量時，對客運量大的電氣化區(qū)段所有上、下行列車可按滿載列車考慮，應考慮按客車比例計算。在供電系統(tǒng)發(fā)生故障或因其他原因造成中斷行車3～4h后，為了疏解列車以及在正常運輸情況為了搶運貨物，就可能出現(xiàn)列車緊密運行的情況，但緊密運行的時間不會長，所以牽引變壓器容量在包括允許過載能力下，應滿足出現(xiàn)的最大牽引負荷要求，這是校核牽引變壓器容量的條件。越區(qū)供電屬于非正常運行狀態(tài)，牽引變壓器容量、接觸網(wǎng)電壓水平等不能滿足正常行車需要，對這種運行狀態(tài)必須對行車量加以限制，僅保證軍用列車或其它重要列車通過。

為提高牽引變壓器在戰(zhàn)備時期的供電能力需求，需提前做好各種供電運行方式（單邊供電、雙邊供電、迂回供電、越區(qū)供電、大越區(qū)供電等）的運輸能力方案，同時建議可考慮在適當?shù)拈g隔范圍采用變壓器容量備用方式，牽引變電所首段設(shè)置加強線以提高接觸網(wǎng)載流能力，牽引變電所內(nèi)部設(shè)置串聯(lián)補充裝置以提高接觸網(wǎng)末端電壓水平，以此全面提高牽引變電所的供電能力，增強戰(zhàn)時對緊密運輸?shù)木o急需求滿足能力。

2．2．4地下牽引變電所方案

當前國際矛盾、世界戰(zhàn)略格局風云變幻，有必要提前考慮采用高新技術(shù)打造重大工程項目，提高整個系統(tǒng)的安全性。

利用最新技術(shù)采用高緊湊性GIS（全封閉組合電器）、智能化、數(shù)字化、無人值守方式，在重點地區(qū)建造地下牽引變電所或者隧道內(nèi)牽引變電所（見圖2），其隱蔽性高、防護能力強、人員進出不易，外界不易察覺，同時由于地表厚土對電磁場輻射的屏蔽作用，能最大限度降低外界的電磁偵查；同時其表面有幾米厚的土層或者山體防護，大大增強了其抗打擊能力。地下牽引變電所或者隧道內(nèi)牽引變電所可以在地面牽引變電所遭受打擊后發(fā)揮后備作用，維持鐵路供電，提高供電的可靠性。

2．2．5移動牽引變電所方案

戰(zhàn)爭時期，固定設(shè)置容易被發(fā)現(xiàn)而遭受打擊，為減少對固定牽引變電所的唯一依賴，可在供電段配置相應的移動式牽引變電站（如圖3所示），同時前期預留好接觸網(wǎng)上網(wǎng)點和外部電源接入點。移動變電站同時具備鐵路和公路行駛能力，具有非常好的靈活性和快速性，其整體性好，運行安全可靠，使用靈活，在野外、山中、路旁等，只要有電源的合適點，就可以將其拖到現(xiàn)場，在極少工作量的情況下，在極短的時間內(nèi)完成變電站的連接工作。為搶修和調(diào)整原有設(shè)備贏得了時間，從而可以在短暫的中斷后重新供電。

圖2　地下牽引變電所示意圖 圖3　移動式牽引變電站示意圖

3　戰(zhàn)爭情況下牽引變電所的搶修原則

3．1戰(zhàn)備供電方案制定

提前與電網(wǎng)公司進行溝通，對外部電源及輸電線路進行戰(zhàn)備保障，制定應急電源方案，確保牽引變電所供電不中斷。

供電系統(tǒng)搶修要遵循“先通后復”和“先通一線”的基本原則，當一個牽引變電所遇到敵方襲擊退出運行后，可以采用越區(qū)供電或大越區(qū)供電等方式，連續(xù)牽引變電所遭受打擊后可通過調(diào)度啟用移動變電站。需要鐵路戰(zhàn)備部門提前制定應急供電方案，對追蹤間隔、運行速度、列車對數(shù)進行規(guī)定，盡快恢復變電站供電。當變電站饋線設(shè)備（比如上網(wǎng)開關(guān)或斷路器）遇到故障時，可臨時切除該設(shè)備，合上分區(qū)所處的上下行并聯(lián)開關(guān)實現(xiàn)并聯(lián)供電。

深入研究牽引供電系統(tǒng)的運行規(guī)律，戰(zhàn)備重點保障線路應提前計算明確直供條件下和AT供電方式下的列車通過能力，為故障緊急情況下、特殊供電方式下的列車開行對數(shù)確定提供理論依據(jù)。

3．2戰(zhàn)爭情況下的搶修原則與方案

以最快的速度設(shè)法先行供電，恢復供電，必要時可采取迂回供電、越區(qū)供電或限制列車速度通過、臨時內(nèi)燃牽引等措施，縮短停電、中斷行車時間，并及時安排時間處理遺留工作，使供電系統(tǒng)及早恢復正常技術(shù)狀態(tài)。在雙線電化區(qū)段，除按上述先通后復的原則外，還應遵循先通一線的原則制定搶修方案，集中力量以最快的速度設(shè)法先通一線，盡快通車［2］。

在進行搶修時，可以采取燃放煙霧彈等對敵方進行干擾，并使用先進的通訊工具與前方、后方保持聯(lián)系，避免受到敵方的通訊干擾，保證搶修的順利組織，避免搶修人員無法收到指令，有危險時能及時收到信息組織撤離。

3．3供電系統(tǒng)搶修時間

科學配置牽引供電故障搶修資源，變電站內(nèi)、接觸網(wǎng)工區(qū)內(nèi)應常備外部電源高壓電纜和牽引供電的設(shè)備材料，接到搶修命令后搶修人員、設(shè)備、工器具從供電工區(qū)出發(fā)后，力爭到達故障地點的時間控制在0．5h。在戰(zhàn)備時期，可在牽引變電所附近派人駐守并儲備基本設(shè)備物資、工器具等，保證能及時對牽引變電所的搶修恢復。

3．4牽引變電所搶修原則

應制定針對牽引變電所發(fā)生故障后的應急搶修預案，包括對各類設(shè)備、各種類型的故障分別制定詳細搶修預案，并遵循以下總原則：

（1）牽引變電所發(fā)生故障后，應遵循“先通后復”的原則，通過改變設(shè)備運行方式盡一切可能盡快恢復供電。

（2）若二次設(shè)備發(fā)生故障、短時不能排除的，在有備用保護的情況下，可采取臨時撤除部分保護裝置的措施，盡快恢復送電。

（3）若在5min之內(nèi)不能通過本所進行送電的，應立即采取相鄰變電所越區(qū)供電的臨時措施，以縮短停電時間。同時，越區(qū)供電期間，供電調(diào)度應通知列車調(diào)度員，對相應區(qū)段適當限制車流。

（4）牽引變電所中發(fā)生電氣設(shè)備事故（故障）后，值班員應迅速報告供電調(diào)度，除按規(guī)定收集故障信息進行現(xiàn)場防護外，還應在力所能及的范圍內(nèi)采取措施，防止事故的發(fā)展，盡可能消除事故根源，減少事故損失。

4　結(jié)束語

本文以鐵路的動力源——牽引變電所作為主要目標摸索了一套針對戰(zhàn)爭前準備、戰(zhàn)爭后搶修的方案，為我國從容應對突發(fā)事件、保證戰(zhàn)時供電系統(tǒng)正常運行，提供一定的借鑒。

參考文獻

［1］孫杰華．牽引變電所直流系統(tǒng)故障分析和解決方法［J］．黑龍江科技信息，2010（27）：18

［2］唐偉，楊佳，潘英．接觸網(wǎng)戰(zhàn)備設(shè)計及戰(zhàn)時搶修的思考與建議［J］．電氣化鐵道，2015（4）：4－6

Discussion on the Design of Electrified Railway Traction Substations and Principles for the Rush－Repair of Them in Wartime

Li Liangwei， Tang Wei， Pan Ying
（Engineering Co．Ltd．of the 2nd Institution Group of the Railway Building Corporation of China，Chengdu 610031，China）

Abstract：With the electrified railway playing a more and more important role in the national society，economy and strategy，the security of the traction power supply system，as a dynamic energy core of the electrified railway，is worth much of our attention．As the external power and traction substations of electrified railways may become the key targets to be attacked with precisionguided weapons，they are analyzed in the paper respectively from the angles of design standards，design solutions and principles for rush－repair．How to improve the security and reliability of the external power supplies and enhanced the traction substation power supply capability，anti－strike capability and capacity of recovery in wartime are reflected upon，with useful suggestions put forward．The paper may serve as a useful reference for the design of railway military transportation．

Key words：electrified railway；traction power supply substation；external power supply；preparedness against war

作者簡介：李良威（1982—），男，高級工程師，主要從事電網(wǎng)設(shè)計和鐵道電氣化設(shè)計工作 69564703＠qq．com

收稿日期：2015－10－12

中圖分類號：U224

文獻標識碼：A

文章編號：1672－3953（2016）01－0019－04

DOI：10．13219／j．gjgyat．2016．01．005