尹 磊

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俄羅斯鐵路外部電源及牽引變電所主接線設(shè)計(jì)

尹 磊

俄羅斯?fàn)恳冸娝脑O(shè)計(jì)與外部電源密切相關(guān)，本文結(jié)合莫斯科至喀山高速鐵路設(shè)計(jì)，對(duì)外部電源設(shè)計(jì)流程、牽引變電所分類及主接線、外部電源對(duì)牽引變電所的要求進(jìn)行了詳細(xì)討論，以期對(duì)未來(lái)在該地區(qū)的牽引供電設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)作用。

俄羅斯鐵路；外部電源；牽引變電所；主接線

0 引言

在中國(guó)電氣化鐵路的設(shè)計(jì)中，牽引變電所的2路電源一般來(lái)自電力系統(tǒng)不同的變電站，當(dāng)確有困難時(shí)，來(lái)自同一變電站不同回路的2條母線，以保證電力牽引機(jī)車作為一級(jí)負(fù)荷供電的可靠性。這2路電源為電氣化鐵路的專用電源，一般不能再給其它負(fù)荷供電。因此，中國(guó)的牽引變電所基本為終端牽引變電所，以前的普速鐵路少數(shù)牽引變電所存在功率穿越情況，現(xiàn)在的高速鐵路則基本沒(méi)有該情況。鑒于以上原因，中國(guó)的牽引變電所根據(jù)不同鐵路的設(shè)計(jì)速度目標(biāo)值，基本形成了標(biāo)準(zhǔn)的主接線方案。電力系統(tǒng)的要求不會(huì)影響牽引變電所的主接線，僅在電力系統(tǒng)線路保護(hù)、信息直采直送、計(jì)量、諧波監(jiān)測(cè)等方面與其相關(guān)。

俄羅斯鐵路的牽引供電系統(tǒng)有其獨(dú)特的供電方式，牽引變電所主接線與外部電源密切相關(guān)，取決于電力系統(tǒng)的技術(shù)要求。本文針對(duì)莫喀高鐵設(shè)計(jì)中外部電源和變電所主接線情況進(jìn)行分析總結(jié)，以期為其他類似設(shè)計(jì)提供一定的指導(dǎo)和借鑒參考。

1 牽引變電所的種類

根據(jù)俄羅斯聯(lián)邦鐵路牽引供電系統(tǒng)建筑規(guī)范（ЦЭ-462）[1]，牽引變電所包括以下幾類：

（1）支持變電所（Опорная подстанция）。從外部電源供電網(wǎng)絡(luò)獲得電源并分配電源給其他牽引變電所，一般通過(guò)3條或者更多的架空線經(jīng)開關(guān)連接至牽引變電所的母線上。

（2）中間變電所（Промежуточные подстанции）。在變電所之間從外部電源供電網(wǎng)絡(luò)獲得電源的變電所，包括分接變電所（отпайках從供電線T接供電）和中轉(zhuǎn)變電所（транзитная包括截?cái)嗟囊粭l供電線）。

（3）終端變電所（Тупиковая подстанция）。從來(lái)自于其他變電所（牽引變電所或地方變電所）母線的供電線末端獲得電源的變電所。

圖1 牽引變電所分類

規(guī)范要求電氣化鐵路的外部供電方案應(yīng)保證電力系統(tǒng)以一級(jí)用電負(fù)荷的條件向牽引變電所（除輕負(fù)載區(qū)域）供電，即一個(gè)電力系統(tǒng)變電站（母線分段）或一條供電線路退出運(yùn)行時(shí)不應(yīng)導(dǎo)致牽引變電所中斷供電。為此，牽引變電所原則上都應(yīng)具備2路電源，這2路電源來(lái)自不同變電所或一個(gè)變電所（該變電所至少具備2個(gè)電源）的不同母線。

2 設(shè)計(jì)流程

（1）設(shè)計(jì)單位按照外部電網(wǎng)公司的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)СТО 56947007-29.240.30.010-2008（35～75 kV變電站配電設(shè)備電力原理圖標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)）設(shè)計(jì)各牽引變電所主接線方案，各所主接線均需編制多個(gè)方案。

（2）電力公司在收到鐵路方外部電源請(qǐng)求和主接線方案后，根據(jù)每個(gè)牽引變電所所處區(qū)域，提出初步技術(shù)要求，包括牽引變電所接入電網(wǎng)的說(shuō)明示意圖等，并對(duì)各牽引變電所的主接線設(shè)計(jì)方案進(jìn)行選擇和批復(fù)。

（3）鐵路建設(shè)方與電力公司簽訂外部電源接入合同，電力公司進(jìn)行正式的技術(shù)要求批復(fù)。

（4）鐵路設(shè)計(jì)單位根據(jù)批復(fù)的技術(shù)要求和主接線方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)完成后，將設(shè)計(jì)文件和電力公司正式批復(fù)的技術(shù)要求一并遞交給電力公司，由電力公司對(duì)設(shè)計(jì)文件進(jìn)行批復(fù)。

（5）電力公司對(duì)設(shè)計(jì)文件進(jìn)行批復(fù)后，連同設(shè)計(jì)文件和電力公司批復(fù)的技術(shù)要求一并遞交給國(guó)家鑒定委員會(huì)審查，審查通過(guò)后方可實(shí)施。

3 外部電源和主接線設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

牽引變電所的外部電源方案的選擇取決于發(fā)電廠、變電站、架空線、牽引變電所的位置，周圍區(qū)域用戶的特點(diǎn)和容量以及其他因素。設(shè)計(jì)時(shí)需要采用確保不間斷電源供應(yīng)的可靠方案。俄羅斯?fàn)恳冸娝獠侩娫磳?shí)際采用的典型方案有環(huán)形供電（圖2 a）、雙電源供電（圖2 b、c），單電源供電（圖2 d）、輻射狀供電（圖2 e）幾種方案。

1-牽引變電所；2-電力變電站或發(fā)電廠；3-電力傳輸線；4-鐵路。

在直流區(qū)段，支持變電所間距約100～150 km，連接到其間架空線的中間變電所數(shù)量不超過(guò)5個(gè)。在交流區(qū)段，支持變電所間距可達(dá)200～300 km，對(duì)于110 kV的外部電源系統(tǒng)，中間變電所數(shù)量不超過(guò)3個(gè)，220 kV的外部電源系統(tǒng)，中間變電所數(shù)量不超過(guò)5個(gè)。

支持變電所（圖3）有3～4個(gè)輸入，通過(guò)斷路器B和母聯(lián)開關(guān)接入單母線或雙母線分段系統(tǒng)。中間變電所II和III未設(shè)置斷路器以及母線，開關(guān)設(shè)備采用隔離器01和02以及隔離開關(guān)P1、P2、P1￠和P2￠。在回路中沒(méi)有電流時(shí)這些設(shè)備為斷開狀態(tài)，例如，在架空線首端的斷路器B斷開到自動(dòng)重合閘之前使用該類開關(guān)。

I-支持變電所；II-中轉(zhuǎn)型中間變電所；III-分接型中間變電所；1-檢修跨條；2-帶斷路器的工作橋；短路器K1和K2用于中間變電所。

中間變電所保護(hù)動(dòng)作時(shí)引起短路器接通，產(chǎn)生人為的架空線單相接地短路故障，導(dǎo)致支持變電所的斷路器B跳閘。相比于隔離開關(guān)P1￠和P2￠，P1和P2具備遠(yuǎn)程操作的功能。

莫喀高鐵共設(shè)置弗拉基米爾等11座交流牽引變電所（包括了中轉(zhuǎn)變電所和終端變電所2種類型），每座牽引變電所引入2路獨(dú)立的220 kV電源。下面分別對(duì)弗拉基米爾（中轉(zhuǎn)型）和捷爾任斯克（終端型）牽引變電所進(jìn)行描述。

弗拉基米爾牽引變電所外部電源：從750 kV弗拉基米爾斯卡亞（Владимирская）變電所至 220 kV扎里壓（Заря）變電站之間架設(shè)220 kV架空線，該架空線上中轉(zhuǎn)了Районная變電站，弗拉基米爾牽引變電所的電源也從這條架空線上中轉(zhuǎn)，如圖4。

圖4 弗拉基米爾外部電源接入示意圖

從以上描述可以看出：

（1）弗拉基米爾牽引變電所為中轉(zhuǎn)變電所，應(yīng)采用電力公司批復(fù)的中轉(zhuǎn)變電所主接線方案，如圖5。

（2）弗拉基米爾牽引變電所的外部電源線路為非專用線路，其中串接了電力系統(tǒng)的變電站。

（3）牽引變電所采用雙母線系統(tǒng)，2組母線同時(shí)工作，通過(guò)母線聯(lián)絡(luò)斷路器并聯(lián)運(yùn)行。

圖5 弗拉基米爾中轉(zhuǎn)牽引變電所主接線圖

捷爾任斯克牽引變電所外部電源：盧奇變電站至捷爾任斯克牽引變電所220 kV配電裝置之間架設(shè)2條220 kV輸電線，如圖6。

圖6 捷爾任斯克外部電源接入示意圖

捷爾任斯克牽引變電所為終端變電所，應(yīng)采用電力公司批復(fù)的終端變電所主接線方案，如圖7。

牽引變電所采用隔離開關(guān)分段的單母線系統(tǒng)，通過(guò)隔離開關(guān)分段。正常運(yùn)行時(shí)，由1號(hào)進(jìn)線電源向1段母線供電，并通過(guò)隔離開關(guān)向2、3段母線供電；1號(hào)進(jìn)線斷路器檢修或故障時(shí)，可通過(guò)1號(hào)進(jìn)線電源經(jīng)跨條通過(guò)2號(hào)進(jìn)線斷路器向2號(hào)母線供電，并通過(guò)分段隔離開關(guān)向1、3號(hào)母線供電；采用2號(hào)進(jìn)線電源時(shí)與1號(hào)類似。

4 外部電源設(shè)計(jì)界面及投資劃分

外部電源設(shè)計(jì)和施工費(fèi)用包括在鐵路方的設(shè)計(jì)費(fèi)中，設(shè)計(jì)界面位于地方變電站內(nèi)母線處，母線前面設(shè)備的改造（包括更換母線、增加饋線間隔等）由電力公司投資并實(shí)施，從饋線間隔往后的斷路器、架空線等設(shè)備的改造由鐵路方投資。一般情況下，建設(shè)方會(huì)將電力變電站的改造項(xiàng)目委托電力公司的設(shè)計(jì)和施工單位統(tǒng)一實(shí)施，從電力變電站饋出的架空線開始，由鐵路方的設(shè)計(jì)和施工單位實(shí)施。

例如圖4和圖6中，虛線部分包括在鐵路方的投資預(yù)算中。

5 外部電源收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)及要求

俄羅斯鐵路與中國(guó)鐵路在牽引變電所收費(fèi)制式方面區(qū)別很大。中國(guó)一般采用最大需量法或兩部制電價(jià)，而俄羅斯僅收取電度電價(jià)，即按用電部門實(shí)際耗電度數(shù)計(jì)算電價(jià)，無(wú)國(guó)內(nèi)的基本電價(jià)。因此，在牽引變電所的設(shè)計(jì)中，全線牽引變壓器的容量往往選用一致。在鐵路部門與電力部門簽訂的供電協(xié)議中，確定一個(gè)基準(zhǔn)的月用電量值，當(dāng)鐵路部門用電量高于該值時(shí)，電力部門將提高用電的單價(jià)。

根據(jù)電網(wǎng)公司技術(shù)要求規(guī)定：當(dāng)連接點(diǎn)存在電流曲線失真變形和電壓不對(duì)稱的電荷時(shí)，應(yīng)在申請(qǐng)人電網(wǎng)處安裝濾波裝置和電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置。因此，在2種牽引變電所每回進(jìn)線電源處均安裝了提高電能質(zhì)量的濾波裝置。

圖7 捷爾任斯克終端牽引變電所主接線圖

6 結(jié)語(yǔ)

本文分析總結(jié)了俄羅斯外部電源設(shè)計(jì)特點(diǎn)及其對(duì)鐵路牽引變電所設(shè)計(jì)的影響。從分析可以看出，外部電網(wǎng)與牽引供電系統(tǒng)關(guān)系緊密，牽引變電所的主接線設(shè)計(jì)必須結(jié)合當(dāng)?shù)氐耐獠侩娫辞闆r，且必須得到電力公司的認(rèn)可后方可進(jìn)行下一步工作。因此在俄羅斯鐵路的牽引供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，首要任務(wù)之一就是與電力公司盡快達(dá)成一致，以便于下一步工作的開展。

[1] ЦЭ-462 俄羅斯聯(lián)邦鐵路牽引供電系統(tǒng)建筑規(guī)范[S]. 俄羅斯聯(lián)邦交通部，1997.

[2] Чернов Ю. А. Электроснабжение железных дорог[M]. Москва: ООО "Красногорский полиграфический комбинат",2016:15-16.

The design of railway traction substation has close relations with the external power source in Russian. With connection to the design of high speed railway from Moscow to Kazan, the paper discusses in details the design flow for external power supply, categories and main wiring of traction substations, the requirements on setting of external power supply for traction substation so as to provide certain guidance for design of traction power supply systems of the region in the future.

Russian railway; external power source; traction substation; main wiring

U224.1

B

10.19587/j.cnki.1007-936x.2018.01.022

1007-936X(2018)01-0088-04

2017-03-14

尹 磊.中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，高級(jí)工程師。