土耳其安伊高速铁路牵引变电所技术研究

2016-03-09杨孝忠

高速铁路技术 2016年1期

关键词：变电所征地高速铁路

杨孝忠

(中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600)

土耳其安伊高速铁路牵引变电所技术研究

杨孝忠

(中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600)

土耳其安伊高铁二期工程是我国铁路行业第一次获得的海外高速铁路。牵引变电所的设计采用欧洲标准。由于各牵引变电所的进线电源均为单电源，且其国内铁路相对较少，如何减少铁路对电力系统的负序影响是研究中需要解决的问题。土耳其国家土地私有化，征地拆迁十分困难，各牵引变电所除为新建高铁线路供电外还需为相邻的既有普速线路供电，这给牵引变电所平面布置的设计带来困难，各所的平面布置均不相同，均需要根据实际征地面积调整。牵引变电所的进线电压等级为154 kV，和国内的电压等级不同，设备间距等需要根据欧标设计，接地网的设计也和国内不同。文章通过对土耳其安伊高铁牵引变电所的技术研究分析，结合线路特点，提出了单回路外电源进线情况下减少负序的解决方案、由于征地困难优化总平面布置方案以及接地网布置方案等。

土耳其安伊高铁；牵引变电所；技术研究

1 引言

土耳其安伊高速铁路二期工程是我国铁路行业第一次获得的海外高速铁路项目，全线为双线，长约150 km，其中隧道长约50 km、桥梁长约14 km。全线设4个车站，速度为250 km/h。在电气化工程方面，全线共设5座牵引变电所、12个开关站，改造1座牵引供电调度所，架设接触网约400 km。

本文主要介绍土耳其安伊高速铁路和国内高速铁路牵引变电所的区别。针对安伊高速铁路牵引变电所外部电源为单电源、土地私有化、征地拆迁困难大的特点，介绍了在牵引变电所设计过程中提出单回路外电源进线情况下减少负序的解决方案、由于征地困难优化总平面布置方案以及接地网布置方案、设备选型等。

2 土耳其安伊高速铁路与国内高速铁路的区别

2.1 牵引网供电方式不同

土耳其安伊高速铁路牵引供电系统采用25 kV、单相工频50 Hz供电制式，采用带回流线的直接供电方式。

国内高速铁路牵引供电系统采用25 kV、单相工频50 Hz供电制式，正线采用AT供电方式，联络线、动车走行线及动车所采用带回流线的直接供电方式。

2.2 遵循设计标准不同

2.2.1 国内高速铁路遵循设计标准

(1)TB 10621-2014《高速铁路设计规范》；

(2)TB 10009-2005《铁路电力牵引供电设计规范》；

(3)TB 10117-2008《铁路供电调度系统设计规范》。

2.2.2 土耳其安伊高速铁路遵循相关标准

(1)EN 50163:1997《铁路应用牵引系统的供电电压》；

(2)EN 50329:2003《铁路应用固定设备牵引变压器》；

(3)IEC 60310:2004《牵引变压器和电抗器》；

(4)EN 50124-1:2001《铁路应用标准绝缘配合》；

(5)EN 50122-1:2011《铁路设施-固定设备-电气安全和接地的防护设备》；

(6)IEC 60076-5:2000《电力变压器承受短路的能力》；

(7)IEC 62128-1:2003《铁路设施.固定设备.第1部分：电气安全和接地相关的保护性措施》。

铁标和欧标的区别在于铁标对于各种设备的间距、绝缘高度、接地网及防雷设计等均有详细的规定，而欧标需要结合相关标准，根据项目具体情况计算得出。

2.3 国内高速铁路与土耳其安伊高速铁路牵引变电所区别

国内高速铁路与土耳其安伊高速铁路牵引变电所区别如表1所示。

表1 牵引变电所采用技术主要区别表

2.4 154 kV设备

进线电压等级不同，国内为220 kV或330 kV，各种电压等级的设备均做过型式试验和特殊实验，而154 kV电压等级设备仅在土耳其及瑞士等地使用。中国厂家中标之初的想法是按照中国标准，用电压等级更高的220 kV设备代替154 kV设备，经过长达半年的申报设备参数资料及实验报告，最终因无154 kV设备的实验报告而废标，重新从土耳其国内及瑞士采购。

2.5 27.5 kV设备

土耳其和国内的区别在于设备的最高电压。土耳其要求为52 kV，而国内要求为31.5 kV，土耳其要求较高，从分相处设备可以看出，各种接线型式的变压器合理设计27.5 kV相序后正常仍会造成√3倍，或者√2倍的最大电压，即最大47.63 kV的最高电压。IEC规定设备最高电压为52 kV比较合理，国内值得借鉴和参考。

2.6 27.5 kV负荷开关选用新技术

土耳其安伊高速铁路牵引变电所所内的负荷开关均采用无断口的负荷开关，如图1所示。

图1 负荷开关安装现场图

3 牵引变电所单回路电源进线下减少负序的方案

3.1 主接线及运行方式

安伊高速铁路各牵引变电所均采用一回154 kV进线，至变电所后经电动隔离开关(带接地刀)、流互、压互至154 kV跨条，2台变压器从跨条处通过引下线后经隔离开关、断路器、流互、避雷器至154 kV变压器，2台牵引变压器同时投入运行。牵引变压器采用单相接线型式。

27.5 kV侧均经过27.5 kV断路器、隔离开关、流互、压互至上下行接触网，两路馈线之间通过负荷隔离开关实现牵引变压器故障时的相互支援。

3.2 主接线特点

安伊高速铁路牵引变电所接线型式特殊，新建牵引变电所既为新建高速铁路线路供电，又为既有普速铁路供电。国内客运专线牵引变电所采用220 kV及以上电源，且为两路进线；土耳其安伊高速铁路采用一回154 kV进线，至变电所后经跨条为2台变压器供电。

电压等级不同与两国的电网电压有关。在可靠性方面国内牵引变电所进线电源更高。这与两国交通情况有关。我国铁路处于繁忙状态，列车发车密度大；土耳其铁路发车密度低于国内，发车时间间隔长，若进线或变压器故障，利用相邻变电所越区供电亦可满足正常运营要求。

3.3 解决单回路电源进线牵引变电所负序的方案

安伊高速铁路牵引变压器采用单相接线，且区域内铁路较少，为减少对电力系统负序影响，经研究后推荐各所采用154 kV三相进线，在所内进行相序轮换，即所内2台变压器之间进线相序不同。

各牵引变电所进线电源相序轮换方式如图2所示。

图2 牵引变电所相进线序轮换图

解决对电力公司负序影响的同时，仍需考虑变电所出口处分相和区间分相处设备的最高电压。在调整变压器进线相序后27.5 kV侧可能造成最大√3倍的最高电压，即最大47.63 kV的最高电压。由于安伊高速铁路采用IEC标准，设备最高电压为52 kV，能够满足要求。

4 土地私有化和征地困难情况下牵引变电所布置方案

由于土耳其国内土地私有化，征地拆迁困难很大，各牵引变电所场坪面积受到各种条件制约不规整且不相同。以Karakoy变电所为例，该所既为本次新建高速铁路线路供电，又要为相邻既有线供电，征地面积宽度最大40 m，最小处仅37 m，尤其是高速铁路线路和既有线路在牵引变电所的两侧，在有限的面积下若采用国内常规布置，征地面积无法满足要求，这给设计带来了困难。

安伊高速铁路分相处均采用开关站布置，布置较为复杂，且开关站控制房屋的位置有时距离开关站门架位置较远，造成电缆电压损失较大(需增大电缆截面，增加投资)、敷设电力及控制电缆径路困难等。

为解决以上困难，主要在以下4个方面考虑解决方案：

(1)在两相邻变压器之间设置防火墙，在防火墙上设置高度为9 m的钢支架，并将27.5 kV避雷器装在该钢支架上。在27.5 kV侧设置12 m的钢支架，以高度差来解决母线的转折。

(2)27.5 kV侧设备集中采用钢横梁分层布置，将所用变压器、熔断器等装在钢横梁的两侧钢支架上，27.5 kV侧母线均采用-50×8 mm的铜管。

(3)变压器两侧154 kV电流互感器和27.5 kV互感器均采用变压器套管式，节省了用地面积。

(4)牵引变电所出口相应分相处开关站上的设备均设置在所内，并充分利用所内设备采用钢横梁的特点，合理布置，并未额外增加场坪面积，控制采用变电所内控制，节省了开关站的房屋及征地费用。

27.5 kV馈线设备现场安装如图3所示。

图3 牵引变电所27.5 kV设备现场安装图

5 牵引变电所接地方案

5.1 安伊高速铁路牵引变电所接地方案

(1)水平接地体埋深0.8 m，采用120 mm2铜绞线作水平接地体，用φ22 mm长2.5 m铜包钢接地棒(镀铜厚度为3 mm)作为垂直接地极。

(2)室内引至室外接地线、钢支架的接地线采用120 mm2铜绞线。室外架构、室外地上设备、照明支架等采用120 mm2铜绞线作接地引下线，连至主接地网，但不得连至电缆支架的接地线上。

(3)154 kV电压互感器、电流互感器和避雷器需要2处通过采用120 mm2铜绞线与接地网连接。水平接地体在交叉处焊接。

(4)牵引变压器从钢轨的两端用120 mm2铜绞线引至接地网。

(5)牵引变电所围栏每隔5 m用120 mm2铜绞线引至接地网。电缆支架接地线采用-50×5 mm镀锌扁钢，并与接地网相连。

(6)水平接地体之间的间距不小于4.5 m，且每个网格成正方形。

(7)在整个所内选择4个不同地点设置接地网测试井。

5.2 安伊高速铁路与国内接地方案不同

(1)每个网格做成正方形，将不可避免造成水平接地体贯穿设备基础，需在基础浇筑前预埋PVC管。

(2)在整个所内选择4个不同地点设置接地网测试井，便于今后运营过程中对接地电阻进行测试。

(3)154 kV电压互感器、电流互感器和避雷器需要2处通过采用120 mm2铜绞线与接地网连接。

(4)接地图纸上报时需要提供详细的接地计算文件，含接地电阻、跨步电压、接触电压的详细计算过程。

6 结束语

本文介绍了土耳其安伊高速铁路和国内高速铁路的区别。针对安伊高速铁路牵引变电所外部电源为单电源、土地为私有化、征地拆迁困难大的难点，介绍了在牵引变电所的研究过程中提出的单回路外电源进线情况下，减少负序的解决方案、征地困难优化总平面布置方案以及接地网布置方案等。

[1] EN 50163:1997 铁路应用牵引系统的供电电压[S]. EN 50163:1997 Supply Voltage of Railway Application Traction System[S].

[2] EN 50329:2003 铁路应用固定设备牵引变压器[S]. EN 50329:2003 Railway Application-Fixed Equipment Traction Transformer[S].

[3] IEC 60310:2004 牵引变压器和电抗器[S]. IEC 60310:2004 Traction Transformers and Reactors[S].

[4] EN 50124-1:2001 铁路应用标准绝缘配合[S]. EN 50124-1:2001 Railway Application Standards- Insulation coordination[S].

[5] EN 50122-1:2011 铁路设施-固定设备-电气安全和接地的防护设备[S]. EN 50122-1:2011 Railway Facilities-Fixed Equipment - Protective Equipment of Electrical Safety and Grounding[S].

[6] IEC 60076-5:2000 电力变压器承受短路的能力[S]. IEC 60076-5:2000 Ability of Power Transformer to Withstand Short Circuit[S].

[7] IEC 62128-1:2003 铁路设施.固定设备.第1部分：电气安全和接地相关的保护性措施[S]. IEC 62128-1:2003 Railway Facilities-Fixed Equipment. Part 1: Protective Measures Relating to Electrical Safety and Earthing[S].

[8] TB 10621-2014 高速铁路设计规范[S]. TB 10621-2014 High-speed Railway Design Specifications [S].