管形母线在铁路牵引变电所的应用

郭小笃

管形母线在铁路牵引变电所的应用

郭小笃

介绍了某电气化铁路在牵引变电所扩能改造中，将27.5 kV户外软导线型辅助母线改造为管形母线的设计与应用，分析得出管形母线具有电流特性良好、机械强度高、架构简单明了和布置清晰等优点，为牵引变电所户外母线的选型方案提供了借鉴。

牵引变电所；配电装置；管形母线

0 引言

鉴于电气化铁路具有速度快、运量大、节约能源、经济效益好、环境污染小等优点，国内目前新建的高速铁路、客运专线、重载铁路、普速铁路基本均采用电力牵引，电气化铁路已经成为我国国家交通线的重要核心组成部分，且既有铁路的电气化率在逐年提高，电气化改造铁路也逐步全面推进。因此对牵引变电所配电装置的载流能力提出了更高的要求，27.5 kV户外配电装置作为铁路的馈出端，由于需要为更重的负荷提供电流，管形导体作为一种全新的载流导体，将以它巨大的特有优势，在牵引变电所中取代传统的导线，引领电力材料新潮流，展现巨大的发展空间。

本文介绍的某牵引变电所在扩能改造时，由于另外一条新建复线电气化铁路的引入，主变压器增容，27.5 kV馈线增加，同时本线提速改造后采用大功率机车，导致原室外27.5 kV主导流回路辅助母线的载流能力预留不足，通过对母线选型方案的比选，维持原多支软导线的方案将带来导线受力、机械震动和弧垂引起的安全带电距离等方面的问题，为此打破牵引变电所传统布置方式，研究将27.5 kV室外软导线型母线改为管形母线方案。

1 牵引变电所的改造方案

1.1 总体改造方案

西南某山区铁路干线，属北亚热带湿润季风气候区，年最高气温40℃，最低气温-10℃，地形条件比较恶劣，并有群山河峡谷阻挡，交通十分不便，牵引变电所选址条件恶劣，2013年开始对牵引供电系统进行扩能改造，牵引变电所改造工程属于既有设备“以旧换新”类型。

（1）既有情况。既有牵引变电所采用YN/V型阻抗匹配平衡牵引变压器，安装容量为2× 20 MV·A，固定备用，27.5 kV馈线4回。

（2）改造内容。

a.将牵引变压器改为三相Vv接线、增容至2 ×(31.5+31.5) MV·A，更换27.5 kV所用变。

b.新增5回27.5 kV馈线，更换110 kV侧电流互感器及导线，更换27.5 kV侧主导流回路。

c.更换牵引变电所回流回路，并对部分地网进行增强改造。

1.2 27.5 kV侧主导流回路改造方案

（1）导流回路改造需求。牵引变电所地属山区，选址条件恶劣，铁路位于牵引变电所西侧，110 kV输电线路进所条件较差，从牵引变电所北侧引入，牵引变压器位于变电所内南部，27.5 kV侧需从变电所中部进入到位于西侧的高压室，由于既有铁路运量较小，机车电流小，既有27.5 kV侧进线采用双支钢芯铝绞线LGJ-240导线，导线由27.5 kV引线终端杆、转角杆和高压室外墙拉钢芯铝绞线布置，详见图1总平面布置现状图。

铁路扩能改造后，牵引变压器增容，27.5 kV馈线增加5回，本线提速改造后采用大功率机车，27.5 kV母线20 min电流的载流量增加到2 386 A，原来27.5 kV侧辅助母线采用的双支LGJ-240导线已经远远不能满足需求，从载流量方面考虑需要采用4支JL/G1A-400/50导线才能满足要求。

（2）导流回路选型分析。电气化铁路牵引变电所由于其110/220 kV高压进线限制，27.5 kV牵引馈线出线需求、总平面布置要求、机械受力和运营维护管理等方面的差异，使得导线选型对于各个牵引变电所不尽相同。钢芯铝绞线由于其具有结构简单、安装方便、造价低等特点常用于牵引变电所室外装置导流回路（室外110/220 kV进线导线及连接线，27.5 kV进线、馈线导线及连接线）；矩形导体由于其具有集肤效应系数小，跨距较小，土建安装要求高等特点常用于牵引变电所室内高压装置（室内27.5 kV母线）；槽形导体由于其工程中施工安装的难度相对较大一般不用于牵引变电所；管形导体由于其是空心导体，集肤效应系数很低，功率损耗低，散热效果好，温升低，所需的绝缘子和土建支架基础用量较小，具有占地面积小，架构简单明了，布置清晰，安装方便等优点，现已开始应用于改造牵引变电所室外配电装置中（室外27.5 kV辅助母线）。通过对载流量、机械受力、风偏角度、带电距离、跨距、安装、基础构架布置、检修等方面进行综合比选，27.5 kV侧从变电所中部进入到位于西侧的高压室的横向辅助母线段采用管形导体方式最为合适，下面就既有牵引变电所27.5 kV侧主导流回路改造中采用非绝缘方式管形导体和全绝缘方式管形导体的方案进行具体分析。

2 27.5 kV侧管形辅助母线方案

2.1 非绝缘方式改造方案

维持原总平面的总体布局，将原横向布置的双支LGJ-240软导线更换为铝镁合金管母线6063G-Φ130/116，维持原导体的相间带电距离，牵引变压器连接母线段和高压室连接母线段采用4支JL/G1A-400/50导线，27.5 kV侧管形辅助母线改造方案平面示意和间隔断面示意如图2所示。

图2 27.5 kV侧管形辅助母线非绝缘方式改造方案示意图

2.2 全绝缘方式改造方案

优化原总平面的总体布局，将原横向布置的双支LGJ-240软导线全部更换为采用全绝缘管形母线TGM-27.5/2500，由于采用全绝缘方式，可以大大减小相间带电距离，优化空间布局，27.5 kV侧管形辅助母线改造方案平面示意和间隔断面示意如图3所示。

图3 27.5 kV侧管形辅助母线全绝缘方式改造方案示意图

改造方案中采用非绝缘方式和全绝缘方式的管形母线用于变压器低压侧套管与高压室的连接，集肤效应低，载流量大，机械强度高，承受短路电流大，安装跨距大，可靠性高，可直接安装在构架上，省去穿墙套管和支柱绝缘子，具有较强抗震能力，安装方便，免于维护，而全绝缘方式使得空间布置更为紧凑，简洁，更为安全。

3 结语

管形绝缘母线具有大电流、机械强度高、绝缘良好、架构简单明了、适用范围广等特性，被越来越多的行业认可和接受，管形绝缘母线已在牵引变电所的扩能改造中得以实施，且运行情况良好，值得在今后的工程建设中予以推广应用，对牵引变电所的安全运行、提高供电可靠性、减少维护、方便检修、降低损耗有一定的借鉴和参考作用。

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An introduction is made that the design of 27.5 kV outdoor flexible auxiliary bus bars has been applied on a reconstruction of traction substations for an electrified railway to replace the tabular bus bars, the conclusions are obtained that the tabular bus bars have advantages of good current characteristics, higher mechanical strength, simple structure, clear in arrangement, providing a reference on the scheme for selection of traction substation outdoor bus bars.

Traction substation; power distribution device; tabular bus bar

U224.2+7

：B

：1007-936X(2016)03-0011-03

2015-10-23

郭小笃. 中铁武汉电气化局集团有限公司成都分公司，工程师，电话：13880958880。