改进云台山牵引变电所越区供电方案的探讨

2011-06-21马小飞上海铁路局调度所

上海铁道增刊 2011年3期

马小飞上海铁路局调度所

2010 年4 月18 日，东陇海线云台山牵引所运行中的1#主变差动保护动作跳闸，2#主变自投后显示B 相过流也跳闸。后查明是201B 断路器底部连接母线的电流互感器炸裂，短时间内难以恢复，于是当时组织了越区供电。从现有的东海牵引变电所越过包庄分区所向云台山所供电，因云台山所是东陇海线最东端的变电所，依托现有的设备无法向云台山所的A 相供电臂（包括云台山，连云港东等站）供电，对连云港地区的运输秩序造成较大干扰。因此有必要研究在云台山变电所两路电源失电或所内故障退出运行时如何保证连云港地区的供电。现有设备无法实现这一功能，因此本文试图探讨如何在增加必要设备的情况下实现可靠越区供电。

1 目前现状

1.1 现有的正常运行方式

云台山牵引变电所通过两路110 kV 进线从连云港供电公司取得电源，110/27.5 kV 后分别送往包庄分区所方向和连云港东方向，在下行连云港东－墟沟北112#G 处，上行连云港东2#支柱处与港务局设备分界（见图1）。

图1 现有运行方式

1.2 现有的越区供电方案

所谓越区供电，就是当牵引变电所这一供电系统的核心设备发生外部电源失压或如4 月18 日一样的牵引变电所设备故障引起全所停运时，由临近的牵引变电所向停电的牵引变电所供电的接触网供电方式。越区供电是一种非正常的供电方式，越区供电方案一个基本原则就是操作简便、耗时少、可靠性高。

正常的区间牵引变电所发生故障时，都是由相邻的两个变电所从两个方向向停用的供电臂来供电，但云台山变电所的东侧已无变电所向其停电供电臂供电，而现有的方案则注明仅考虑从包庄方向越区(见图2)。对云台山站，连云港东站以及港务局内无电的情况有所说明，但没有提出解决问题的办法。

图2 现有的越区方案

1.3 现有方案不足造成的影响

现有方案将造成盐坨－云台山－连云港东－港务局区间无电，查运行图，此区段电力机车见表1。

表1 电力机车时刻表上行下行

共计影响的客货列车上下行共计达38 趟，查阅《上海铁路局货物列车编组计划》，其中包括石油直达，煤炭直达等需重点保证的车次，还包括跨局旅客列车等。由此可知，云台山变电所东侧供电臂无电，将对东陇海线及连云港区的运输秩序造成重大干扰，因此增加必要设备，保证故障情况下不间断的供电有着十分重要的实际意义。

2 解决方案

2.1 方案一

可以采用从变点所反送电的方法。但因云台山变电所的主变采用的是S-PQY-31500/110 三相-两相阻抗匹配平衡变压器，往包庄和港务局方向是不同相的27.5 kV 母线供电，往包庄是B 相，连云港东是A 相，正常情况下A/B 相是没有设备沟通的并且也不允许沟通。但为了越区时在电气上导通，需要在A，B 母线上加装一组手动隔开（见图3）。需要注意的是，当采用本方案越区时，应将两台110 kV 主变一、二次侧断路器全部断开，防止向高压侧反送电。

图3 方案一示意图

2.2 方案二

现有的东陇海的分相处设计是在分相处仅有一组隔开，连接列车运行前方的单元和分相无电区，当列车停在无电区时列车运行方向后一单元停电，闭合分相隔开，由前一单元向列车供电驶出无电区。而借鉴沪宁高铁在分相处的设计，均有两组电动隔开分别从两边单元向分相无电区处送电，在紧急情况下越区时可以将两组隔开同时闭合，即可向无电区段送电。既可以满足反向行车无电区救援的要求、又可以提供一种新的越区供电方式。因此，我们可考虑在云台山所分相处采用本设计，再增加一组电动隔开（见图4）。之所以在本方案中采用电动隔开，是为了满足越区方案对操作时限的要求，因行调台给出的越区操作时间一般是10 min，而本隔开在线路上，为避免紧急情况下人员难以迅速到达操作地点造成的影响，故在此采用电动隔开，供电调度远动操作。

图4 方案二示意图

需要特别重视的是两方案中，正常情况下是绝对不允许闭合母连隔开或线路分相处的隔开而造成相间短路的。所以为防止误动作，需从组织和技术措施上对误操作的可能加以杜绝，比如将新设隔开的钥匙单独放置。方案一中设置隔开与变压器二次侧断路器的闭锁，方案二中在电调端将新设隔开挂操作警示牌等。

3 参数计算

3.1 末端电压

当采用越区供电方式以后，东海变电所越过云台山变电所供到港务局，起点处为K0+000，东海变电所的位置为K70+130，也就是说越区时一条供电臂的供电长度要达到70 km。根据《铁路技术管理规程》154 条规定：牵引供电能力必须与线路的运输能力相适应，满足规定的列车重量、密度和速度的要求。接触网额定电压值为25 kV，最高工作电压为27.5 kV，最低工作电压为19 kV。又根据《上海铁路局电气化铁路牵引变电所越区供电办法》规定：越区供电时行车限制条件为越区合并供电臂内限制运行2 列电力牵引的列车。所以需校核一个合并供电臂内运行2 列电力牵引的列车时末端电压能否满足要求，核定SS4 型电力机车额定电流为200 A（见图5）。

图5 机车位置示意图

3.1.1 方案一计算（供电臂通过云台山变电所实现上下行并联）

距变电所最远的机车I 受电点的牵引网电压损失为：

满足《铁路技术管理规程》中最低电压大于19 kV 的规定。注：据东海所整定计算报告：

查阅运行图，现在电力机车只运行到连云港东站，连云港东站距东海变电所58 km，故在此最远负荷距离取58 km。

3.1.2 方案二计算（供电臂上下行不并联）

距离变电所最远的机车I 处受电点的牵引网电压损失为：

同样满足《铁路技术管理规程》中最低电压大于19 kV的规定。

3.2 馈线保护

牵引变电所的电气保护定值是按照正常情况下的运行方式核定的，在故障情况下施行越区供电时，供电系统的参数已经发生了变化，特别是本案中供电距离大大增加，因此保护定值要做到相应的修改才能确保设备安全。原则是减少越区方式保护变化对正常方式保护的影响，尽量少动既有的保护范围，但必须要能保护到越区供电的所有范围。牵引变电所的馈线保护主要有阻抗I、II 段保护和电流保护（见图6）。

图6 保护范围示意图

查阅变电所采用的SCH9511 型微机馈线保护测控装置知道，该装置设有距离三段保护，平时不投入。鉴于本案中供电臂距离增加较大，所以越区时应通过软压板投入距离三段保护，但需要注意的是，为了防止正常情况下距离三段保护和牵引负荷接近可能造成误动作，所以越区结束后应通过软压板退出距离三段保护。

4 方案优缺点

在故障处理的过程中，供电设备的可靠性对故障处理的影响相当关键。当需要启动越区时，一边是行车部门需要马上开车的压力，一边是供电设备有可能不可靠的矛盾。

在实际中，线路上的远动隔开由于工作环境恶劣，选不上、或者不能执行这样的现象时有出现，所以户外远动隔开的可信任度是有限的。比较方案一和二，从可靠性上来考虑，笔者倾向于采用方案一。方案一设在变电所内，越区时只需要调度发令值班员手动闭合越区隔开即可，可靠性高，方便操作。并且增加手动隔开，不牵涉到二次系统和调度端遥信点位修改、调试，工作量小。方案二的优点是在远动开关可靠操作的情况下，全程由电调操作即可完成越区，速度较快，安全可控；缺点是可靠性不高，施工时牵涉部门较多，包括接触网工区、变电所综自设备厂家、调度端设备厂家、路局供电调度等，前期协调工作量较大。