牵引变电所“手拉手”电源在大包铁路电化改造工程的应用

2012-11-27丁宇坤宇占军胡长春

铁道标准设计 2012年11期

丁宇坤，宇占军，胡长春

(1.呼和浩特铁路局建设管理处，呼和浩特 010030;2.呼和浩特铁路局供电处，呼和浩特 010053;3.呼铁局大包电气化改造工程指挥部，呼和浩特 010050)

所谓的牵引变电所“手拉手”进线电源供电方式，是相邻的两牵引变电所从电力系统中不同的变电站(或同一变电站的不同两段母线上)各引入一路电源进线，两牵引变电所之间设联络线电源互为备用的一种供电方式。其功能是一旦某个牵引变电所进线电源出现故障或事故，相邻的牵引变电所将由综合自动化保护中的备自投装置来自动调整开关，通过联络线向相邻的牵引变电所供电，保证进线电源出现故障或事故的牵引变电所正常受电运行，实现不间断供电，确保供电的可靠性。

1 “手拉手”电源供电方式采用的背景

根据我国电气化铁路建设惯例，牵引变电所采用两路相互独立的外部电源，实行进线电源100%的热备用。京包线大同至包头段为国铁Ⅰ级，在该段电气化改造工程中，根据其为重载、客货混跑的特点以及与集包第二双线共用牵引变电所，铁道部初步设计批复的牵引变电所外部电源采用电压等级较高、短路容量较大、稳定性更好的220 kV两路独立电源［4］。

由于内蒙古自治区220 kV电网系统的变电间隔资源稀缺、改扩建困难，无法全部满足铁路部门提出的“每个牵引变电所两路电源进线分别来自于2个不同的变电站或同一个变电站的两段不同母线”的需求，为解决这一矛盾，呼和浩特铁路局建管处、大包电化改造指挥部、设计院、电力部门反复协商，共同研究提出采取2座相邻牵引变电所分别引入1路220 kV电源，两牵引变电所之间进线形成互为备用的供电形式，电力部门称之为“手拉手”供电方式［6，7］。

该供电方式在确保供电安全的前提下，不但有效解决外部电源资源稀缺的问题，同时还具有结构简单、投资省等优点。

2 “手拉手”供电方式在大包线电化改造工程的应用

2.1 “手拉手”供电方式的经济性

大包线全线共设12座牵引变电所［1］，其中8座220 kV牵引变电所采用了“手拉手”供电方式，分别拉手结对为丰镇—红砂坝、集宁南—三岔口、姑家堡—安居、毕克齐—美岱召，新建的220 kV线路如图1所示。

图1 牵引供电系统示意

根据内蒙古电力公司编制的牵引变电所外部电源方案，外部电源的工程量增减及投资增减情况比较见表1。两项共计节约建设投资16 643.2万元。

表1 外部电源工程量和投资变化比较

根据铁路与电力部门的相关约定，外电线路及相关工程由电力部门出资进行建设，在电气化铁路运营后通过还贷电价的形式对该部分建设资金分8年进行偿还［5］。截止目前，在呼和浩特铁路局管辖范围内共有大包、包西、张集3条改建及新建电气化铁路项目中的18个牵引变电所均选择了“手拉手”供电模式，节省的建设投资是非常可观的，经济效益非常明显［2］。

2.2 “手拉手”供电方式的可靠性

2.2.1 可靠的保护装置设置

丰镇—红砂坝、集宁南—三岔口、姑家堡—安居、毕克齐—美岱召共计8座牵引变电所进线侧主接线采用单母线接线，两相邻牵引变电所采用“手拉手”供电方式，其主接线如图2所示。

图2 “手拉手”供电方式的主接线图

采用“手拉手”供电方式的牵引变电所，其保护配置为:A(或B)进线断路器设置两套与地方变电站出口端对应的220 kV线路光差保护装置;A(或B)联络断路器设置两套阶段式距离保护和零序方向电流保护作为220 kV联络线路的保护。各牵引变电所设置1套辅助保护装置，设置母差保护及断路器失灵保护等，保护220 kV母线短路接地故障。在保护配置上进线及联络线断路器均设置有一次重合闸，断路器本体设置非全相保护功能以及 PT断线、CT异常告警等功能［9］。

根据电力系统要求，牵引变电所需纳入地方电力调度所管理。各220 kV牵引变电所由区域调度实施一级调度管理、内蒙古中调监视，远动信息以直采直送的方式同时上传至内蒙古中调和地区区调;远动信息采用数据网和专线方式上传内蒙古中调和相对应的地区调度，计量信息分别采用数据网专线和电话拨号方式上传内蒙古中调，采用电话拨号方式上传对应的地区调度。220 kV牵引变电所设置调度数据网接入设备，就近接入内蒙古电力调度数据专网，并配置二次系统安全防护系统。220 kV牵引变电所至相对应的区调和内蒙古中调各装设1套电能量远方终端，各牵引变电所按主副表设置计量表［8］。各所综合自动化系统应配合电力部门完成相关远动要求，实行了高度的综合自动化、数据采集及远动监控功能［3，10］。

2.2.2 可靠的备自投运行方式设置

在备用电源自动通入装置中，通过电气辅助接点的接入和严密的逻辑闭锁关系确保了备自投运行方式设置的可靠性。

正常运行时，1号进线向A牵引变电所供电，2号进线向B牵引变电所供电，两变电所进线隔离开关、母线分段隔离开关都长期处于闭合状态。2台牵引变压器的投切直接通过变压器前的断路器完成，二者之间有闭锁关系，不允许同时合闸。A牵引变电所与B牵引变电所的联络断路器1台闭合、1台断开，默认为A牵引变电所联络断路器闭合、B牵引变电所联络断路器断开，使得联络220 kV线路长期带电。

当1号进线220 kV电源线路发生故障时，A牵引变电所进线断路器线路保护启动而跳开，同时打开进线隔离开关，此时B牵引变电所联络线检压装置检出线路失压，从而启动电源自投装置(躲开一次重合闸)，使B牵引变电所联络断路器闭合，由2号进线通过B牵引变电所220 kV母线和两所间联络线路向A牵引变电所供电。

当2号进线220 kV电源线路发生故障时，B牵引变电所进线断路器线路保护启动而跳开，同时打开进线隔离开关，此时B牵引变电所进线检压装置检出线路失压，从而启动电源自投装置(躲开一次重合闸)，使B牵引变电所联络断路器闭合，由1号进线通过A牵引变电所220 kV母线和两所间联络线路向B牵引变电所供电。

当故障电源线路恢复供电，需恢复正常运行方式时，采用程序控制手动投入，先跳开B牵引变电所联络断路器，然后合上原故障线路的进线隔离开关、断路器。

当联络220 kV线路发生故障时，根据电流方向由联络断路器保护跳闸，保护跳闸时闭锁电源自投装置。当母线发生故障时，母线上所有断路器同时跳闸。当联络断路器、牵引变压器断路器发生断路器失灵时，启动进线断路器跳闸。

由于保护配置得当，当进线电源发生异常情况及故障时，依靠相应的保护装置动作来实现两路电源进线的自投，可满足供电可靠性及安全性。

需注意的问题是在排除进线电源故障后，需尽快通过倒闸方式恢复正常的供电，即相邻的2座牵引变电所分别运行，主供所通过联络线送电至备供所［9］。