自耦变压器所(AT所)主接线方案的探讨

严 希，邓云川

(中铁二院工程集团有限责任公司电气化设计研究院，成都 610031)

自耦变压器所(AT所)主接线方案的探讨

严 希，邓云川

(中铁二院工程集团有限责任公司电气化设计研究院，成都 610031)

针对目前国内几种常用的AT所主接线，通过比较各自不同的主接线方案，结合保护方案及其具体的运行方式，分析了它们的利弊，同时结合现阶段运行中出现的新情况、新问题，提出了改进措施，形成了全新的分段式扭结AT所主接线方案，从根本上解决了现阶段运营中暴露的问题。

高速铁路;电气化铁路;AT供电方式;AT所;主接线方案

1 概述

目前，我国高速、重载电气化铁路迈入了迅速发展的关键时期，快速、高密度、大能力、安全、舒适成为铁路发展的必然趋势。AT供电方式具有功率输送能力强，供电距离远，适应大功率负荷供电的需要，技术先进，能有效降低钢轨电位和对沿线通讯线路的干扰，同时能改善旅客乘坐舒适度等特点，因而在我国高速、重载电气化铁路中得到了越来越广泛的应用。

电气主接线作为整个电气设计的总体方案，是电气设计的核心和基础，对于AT供电方式而言，AT所主接线方案设计即具有上述重要意义。目前我国已投入运行的AT供电方式线路中，AT所主接线方式多种多样，其设计理念也各有千秋。笔者对目前国内几种常用的不同AT所主接线方式进行分析、比较，同时，结合运行中出现的新情况和新问题，提出了改进措施，形成了全新的分段式扭结AT所主接线方案。

2 常用AT所主接线方案

在目前已投入运行的AT供电方式线路中，AT所主接线方案主要分为以下2类:大秦线及京津城际设计方案;在上述技术基础上改进并已投入应用的福厦线及厦深线设计方案。

就上述2种不同的AT所主接线方案，基于各自的设计理念及各自特点，进行详细的分析、比较。

2.1 大秦线及京津城际设计方案

2.1.1 大秦线设计方案

(1)主接线方案(图1)

图1 大秦线设计方案主接线

上述方案中，AT所内采用1台断路器构成的∏形接线，在上、下行接触网之间设置并联断路器，根据运行需要，可实现上下行并联供电或分开供电。在AT自耦变压器外侧设置快速接地开关，同时将AT变压器设置于并联母线外侧，通过隔离开关与牵引网连接。

(2)方案特点

①优点

当网上线路发生故障时，上、下行进线上并接的电压互感器(1TV、2TV)发出失压信号，并动作于断开并联断路器(QF)。由于AT变压器设置于并联母线外侧，当并联断路器断开时，AT自耦变压器将继续作用于牵引网，上下行线路仍维持AT供电方式，保证供电系统的供电能力。

②缺陷与不足

在故障情况下，特别是当AT变压器发生本体故障时，通过闭合快速接地开关，在所内形成直接接地故障，由相应远端牵引变电所的馈线断路器动作跳闸，然后通过操作AT变压器与牵引网连接的隔离开关，切除故障AT自耦变。这种保护方式故障切除时间较长，继电保护系统速动性较差，会对电气设备造成较大冲击，降低设备使用寿命，同时，由于作用于远端牵引变电所馈线断路器跳闸，将导致整个供电臂失电，间接扩大了事故范围。

③进一步说明

该主接线在引进时，由于AT供电方式供电臂较长，为缩短事故范围，通常采用具有分段开闭所功能的主接线方式。为了简化接线，同时，由于AT供电方式供电臂长度较早期有所缩短，因而在后期设计中，基本取消了分段式开闭所功能，形成了上述主接线方案。

2.1.2 京津城际高速铁路设计方案

(1)主接线方案(图2)

上述方案中，AT所内在上下行进线各设置1台断路器，可实现上下行并联供电。同时将AT变压器设置于上、下行牵引网并联母线内侧，通过断路器与并联母线连接。

(2)方案特点

①优点

AT变压器通过断路器与并联母线连接，在故障情况下，特别是当AT变压器发生本体故障时，通过断路器能就地、迅速地切除故障变压器，确保设备安全，改善继电保护系统的速动性和选择性。

②缺陷与不足

图2 京津城际设计方案主接线

从图2中可以看出，主接线方案非常繁琐，涉及的设备种类及数量较多，相对投资较高，间接影响了供电的可靠性。当牵引网上发生故障时，并联断路器动作，解开上下行并联，由于AT变压器设置于上、下行牵引网母线内侧，此时，牵引网将处于直接供电方式，同时，牵引变电所上下行馈线断路器将动作跳闸，并通过自动重合闸判断故障位置(上行或下行)，恢复非故障方向供电(下行或上行)，AT所内并联断路器将通过检有压功能恢复AT供电方式。从上述分析可知，在牵引网故障时，供电系统将在一定时间内处于直接供电方式，影响供电能力，并可能导致对通信干扰较大，钢轨电位抬升等不良影响。

③进一步说明

该主接线由于并联母线没有设置分段隔离开关，无法实现分开供电，为解决该问题，需在并联母线上增设分段隔离开关。通常牵引网出现故障时，牵引变电所上下行馈线断路器均动作跳闸，但如馈线主保护动作I段保护范围为变电所至AT所距离的85%，且故障发生在该范围内时，仅故障方向馈线断路器动作跳闸，但前述的缺陷与不足仍然存在。

2.2 上述主接线的改进方案

2.2.1 主接线方案

结合上述缺陷和不足，在福厦线和厦深线设计中，对AT所主接线方案进行了改进，该主接线方案如图3所示。

上述设计方案中，AT所内采用1台断路器构成的∏形接线，在上、下行接触网之间设置并联断路器，根据运行需要，可实现上下行并联供电或分开供电。同时将AT变压器设置于上、下行牵引网并联母线外侧，通过断路器与上下行牵引网直接连接。

2.2.2 方案特点

(1)优点

图3 改进方案主接线

①方案简化、节约投资。上述方案中，有效地简化了主接线方式，减少设备数量，提高供电可靠性。同时有效减少了AT所投资，此接线方式较京津城际方案减少了1台断路器，节约投资约57万元/所。

②确保继电保护速动性和选择性。同大秦线设计方案相比，AT变压器通过断路器与并联母线连接，在故障情况下，特别是当AT变压器发生本体故障时，通过断路器能就地、迅速地切除故障变压器，确保设备安全，改善继电保护系统的速动性和选择性。

③牵引网故障后维持AT供电方式。同京津城际设计方案相比，当牵引网发生故障时，上、下行进线上并接的电压互感器(1TV、2TV)发出失压信号，并动作于断开并联断路器(QF)。由于AT变压器设置于并联母线外侧，当并联断路器断开时，AT自耦变压器将继续作用于牵引网，上、下行线路仍维持AT供电方式，保证供电系统的供电能力。

(2)缺陷与不足

虽然本接线方案对大秦线及京津城际设计方案进行了改进，但对牵引网故障情况下，牵引变电所上下行断路器动作跳闸，故障停电范围大，牵引网阻抗呈现非线性，故障位置标定困难等问题并没有有效改善。

3 新型分段式扭结AT所主接线方案

3.1 主接线方案

随着我国AT供电方式电气化铁路开通线路的增加，运营中也暴露出了一些新问题和新情况。主要有:(1)牵引网故障时，牵引变电所上、下行断路器动作跳闸，故障停电范围大。虽然采取了在AT所处牵引网上设置绝缘锚段关节的方案，但由于变电系统不具备故障分段控制和判断功能，因此，无法从根本上有效解决该问题;(2)牵引网阻抗呈现非线性，故障标定存在一定困难，虽然采用了吸上电流比等方法，但实际应用中，受轨地电流泄漏等的影响，准确度还难以保证。为了从根本上解决上述问题，提出了新的AT所主接线方式—分段式扭结AT所，具体如图4所示。

图4 分段式扭结AT所主接线

该AT所由4台双极断路器和4组(每组2台)电流互感器分别接入AT供电方式复线电气化铁路上下行供电臂，与牵引变电所馈线双极断路器和末端分区所双极断路器一起，将供电臂分为4个供电分区，每个分段双极断路器接入点设置由电压互感器、高压熔断器和隔离开关依次连接后构成的供电分区检压支路，供电分区检压支路外侧在输电线路和地之间接有氧化锌避雷器，AT所通过上网隔离开关和牵引网连接，AT变压器通过双极断路器接入上、下行牵引网并联母线，上、下行牵引网并联母线间设置母线分段隔离开关，所内设置27.5 kV及10 kV所用变压器(27.5 kV所用变压器可采用所变兼压互方案)。

在上、下行牵引网各增设1组锚段关节，采用电动隔离开关操作方式，通过复线上、下行供电臂扭结，与牵引网上绝缘锚段关节、相邻牵引变电所或分区所等相配合，对供电臂进行分段，有效控制故障范围，平衡供电臂上、下行的牵引负荷，保证继电保护的选择性和速动性，避免网上故障时AT变压器退出运行，并保证故障情况下供电能力，同时，该设备与停电检修方案配合，可实现“V”停检修情况下供电分段;通过供电分区两侧断路器，利用相邻各所间信息联系的故障标定通信通道，采用目前线路继电保护应用中最为有效的纵联保护，彻底改善目前牵引网保护的选择性和速动性，控制事故范围，同时，彻底解决故障准确标定问题。

3.2 方案特点

(1)有效控制事故范围

牵引网上发生故障时，通过相邻的牵引变电所馈线断路器和AT所分段断路器或AT所分段断路器和分区所断路器动作，能够最大限度有效地切除故障，控制事故范围。

(2)确保继电保护速动性和选择性

同大秦线设计方案，AT变压器通过断路器与并联母线连接，在故障情况下，特别是当AT变压器发生本体故障时，通过断路器能就地、迅速地切除故障变压器，确保设备安全，改善继电保护系统的速动性和选择性。

(3)牵引网故障后维持AT供电方式

当牵引网发生故障时，由于按供电分区切除故障，AT变压器始终不会退出运行，因此，故障后始终能维持AT供电方式。

(4)引入新型保护方案

利用现有AT故障标定光纤通道，通过双端供电网络两端设置的电流互感器和电压互感器，采用目前线路保护中最为有效的纵联保护，可准确判断故障位置，彻底解决牵引网故障的准确动作和故障标定问题。

4 结语

对于AT供电方式电气化铁路，电气主接线作为整个电气设计的总体方案，是电气化铁路设计的核心和基础，对于这一技术问题，采取吸收、消化引进技术基础上的再创新，对电气化铁路的发展具有重要的意义。

结合运营中出现的新情况和新问题，采用新型分段扭结AT所主接线，无论一次系统设计还是二次保护配置，对电气化铁路而言，均具有积极而重要的创新意义。

［1］ 水利电力部西北电力设计院.电力工程电气设计手册电气一次部分［M］.北京:水利电力出版社，1989.

［2］ 能源部西北电力设计院.电力工程电气设计手册电气二次部分［M］.北京:水利电力出版社，1991.

［3］ 中华人民共和国铁道部.TB 10009—2005 铁路电力牵引供电设计规范［S］.北京:中国铁道出版社，2005.

［4］ 陈小川.铁路供电继电保护与自动化［M］.北京:中国铁道出版社，2010.

［5］ 谭秀炳.铁路电力与牵引供电系统继电保护［M］.成都:西南交通大学出版社，2007.

［6］ 霍罗威茨，帕德凯.电力系统继电保护［M］.李斌，译.北京:机械工业出版社，2010.

［7］ 张曙光.京津城际高速铁路系统调试技术［M］.北京:中国铁道出版社，2008.

［8］ 柴峰，张金胜.大秦线4亿t牵引供电改造方案浅析［J］.电气化铁道，2009(4).

［9］ 中国中铁二院工程集团有限责任公司.合宁铁路电气化施工设计配套文件［R］.成都:中国中铁二院工程集团有限责任公司，2007.

［10］中国中铁二院工程集团有限责任公司.福厦铁路电气化施工设计配套文件［R］.成都:中国中铁二院工程集团有限责任公司，2009.

Discussion on Main Wiring Scheme about Autotransformer Station(AT Station)

YAN Xi，DENG Yun-chuan
(Electrification Design and Research Institute，China Railway Eryuan Engineering Group Co.，Ltd.，Chengdu 610031，China)

Aiming at several main wiring plans of AT post which is used in domestic electrified railway commonly，through comparing the difference of them，this dissertation analyzes their advantages and disadvantages in combination with the protection scheme and the running mode.In light of the new situations and problems which occurs in electrified railway recently，the improving measure is advanced in this dissertation and a new main wiring scheme of AT post is formed which can fundamentally solve the problems exposed in the operation at this stage.

high speed railway;electrified railway;autotransformer feeding system;AT station;main wiring scheme

U223.5+12

A

1004-2954(2012)09-0109-04

2012-01-04

严 希(1981—)，女，工程师，2003年毕业于西南交通大学，工学学士。