俄罗斯铁路外部电源及牵引变电所主接线设计
2018-04-12尹磊
尹 磊
俄罗斯铁路外部电源及牵引变电所主接线设计
尹 磊
俄罗斯牵引变电所的设计与外部电源密切相关,本文结合莫斯科至喀山高速铁路设计,对外部电源设计流程、牵引变电所分类及主接线、外部电源对牵引变电所的要求进行了详细讨论,以期对未来在该地区的牵引供电设计具有一定的指导作用。
俄罗斯铁路;外部电源;牵引变电所;主接线
0 引言
在中国电气化铁路的设计中,牵引变电所的2路电源一般来自电力系统不同的变电站,当确有困难时,来自同一变电站不同回路的2条母线,以保证电力牵引机车作为一级负荷供电的可靠性。这2路电源为电气化铁路的专用电源,一般不能再给其它负荷供电。因此,中国的牵引变电所基本为终端牵引变电所,以前的普速铁路少数牵引变电所存在功率穿越情况,现在的高速铁路则基本没有该情况。鉴于以上原因,中国的牵引变电所根据不同铁路的设计速度目标值,基本形成了标准的主接线方案。电力系统的要求不会影响牵引变电所的主接线,仅在电力系统线路保护、信息直采直送、计量、谐波监测等方面与其相关。
俄罗斯铁路的牵引供电系统有其独特的供电方式,牵引变电所主接线与外部电源密切相关,取决于电力系统的技术要求。本文针对莫喀高铁设计中外部电源和变电所主接线情况进行分析总结,以期为其他类似设计提供一定的指导和借鉴参考。
1 牵引变电所的种类
根据俄罗斯联邦铁路牵引供电系统建筑规范(ЦЭ-462)[1],牵引变电所包括以下几类:
(1)支持变电所(Опорная подстанция)。从外部电源供电网络获得电源并分配电源给其他牵引变电所,一般通过3条或者更多的架空线经开关连接至牵引变电所的母线上。
(2)中间变电所(Промежуточные подстанции)。在变电所之间从外部电源供电网络获得电源的变电所,包括分接变电所(отпайках从供电线T接供电)和中转变电所(транзитная包括截断的一条供电线)。
(3)终端变电所(Тупиковая подстанция)。从来自于其他变电所(牵引变电所或地方变电所)母线的供电线末端获得电源的变电所。
图1 牵引变电所分类
规范要求电气化铁路的外部供电方案应保证电力系统以一级用电负荷的条件向牵引变电所(除轻负载区域)供电,即一个电力系统变电站(母线分段)或一条供电线路退出运行时不应导致牵引变电所中断供电。为此,牵引变电所原则上都应具备2路电源,这2路电源来自不同变电所或一个变电所(该变电所至少具备2个电源)的不同母线。
2 设计流程
(1)设计单位按照外部电网公司的企业标准СТО 56947007-29.240.30.010-2008(35~75 kV变电站配电设备电力原理图标准设计)设计各牵引变电所主接线方案,各所主接线均需编制多个方案。
(2)电力公司在收到铁路方外部电源请求和主接线方案后,根据每个牵引变电所所处区域,提出初步技术要求,包括牵引变电所接入电网的说明示意图等,并对各牵引变电所的主接线设计方案进行选择和批复。
(3)铁路建设方与电力公司签订外部电源接入合同,电力公司进行正式的技术要求批复。
(4)铁路设计单位根据批复的技术要求和主接线方案进行设计,设计完成后,将设计文件和电力公司正式批复的技术要求一并递交给电力公司,由电力公司对设计文件进行批复。
(5)电力公司对设计文件进行批复后,连同设计文件和电力公司批复的技术要求一并递交给国家鉴定委员会审查,审查通过后方可实施。
3 外部电源和主接线设计简介
牵引变电所的外部电源方案的选择取决于发电厂、变电站、架空线、牵引变电所的位置,周围区域用户的特点和容量以及其他因素。设计时需要采用确保不间断电源供应的可靠方案。俄罗斯牵引变电所外部电源实际采用的典型方案有环形供电(图2 a)、双电源供电(图2 b、c),单电源供电(图2 d)、辐射状供电(图2 e)几种方案。
1-牵引变电所;2-电力变电站或发电厂;3-电力传输线;4-铁路。
在直流区段,支持变电所间距约100~150 km,连接到其间架空线的中间变电所数量不超过5个。在交流区段,支持变电所间距可达200~300 km,对于110 kV的外部电源系统,中间变电所数量不超过3个,220 kV的外部电源系统,中间变电所数量不超过5个。
支持变电所(图3)有3~4个输入,通过断路器B和母联开关接入单母线或双母线分段系统。中间变电所II和III未设置断路器以及母线,开关设备采用隔离器01和02以及隔离开关P1、P2、P1¢和P2¢。在回路中没有电流时这些设备为断开状态,例如,在架空线首端的断路器B断开到自动重合闸之前使用该类开关。
I-支持变电所;II-中转型中间变电所;III-分接型中间变电所;1-检修跨条;2-带断路器的工作桥;短路器K1和K2用于中间变电所。
中间变电所保护动作时引起短路器接通,产生人为的架空线单相接地短路故障,导致支持变电所的断路器B跳闸。相比于隔离开关P1¢和P2¢,P1和P2具备远程操作的功能。
莫喀高铁共设置弗拉基米尔等11座交流牵引变电所(包括了中转变电所和终端变电所2种类型),每座牵引变电所引入2路独立的220 kV电源。下面分别对弗拉基米尔(中转型)和捷尔任斯克(终端型)牵引变电所进行描述。
弗拉基米尔牵引变电所外部电源:从750 kV弗拉基米尔斯卡亚(Владимирская)变电所至 220 kV扎里压(Заря)变电站之间架设220 kV架空线,该架空线上中转了Районная变电站,弗拉基米尔牵引变电所的电源也从这条架空线上中转,如图4。
图4 弗拉基米尔外部电源接入示意图
从以上描述可以看出:
(1)弗拉基米尔牵引变电所为中转变电所,应采用电力公司批复的中转变电所主接线方案,如图5。
(2)弗拉基米尔牵引变电所的外部电源线路为非专用线路,其中串接了电力系统的变电站。
(3)牵引变电所采用双母线系统,2组母线同时工作,通过母线联络断路器并联运行。
图5 弗拉基米尔中转牵引变电所主接线图
捷尔任斯克牵引变电所外部电源:卢奇变电站至捷尔任斯克牵引变电所220 kV配电装置之间架设2条220 kV输电线,如图6。
图6 捷尔任斯克外部电源接入示意图
捷尔任斯克牵引变电所为终端变电所,应采用电力公司批复的终端变电所主接线方案,如图7。
牵引变电所采用隔离开关分段的单母线系统,通过隔离开关分段。正常运行时,由1号进线电源向1段母线供电,并通过隔离开关向2、3段母线供电;1号进线断路器检修或故障时,可通过1号进线电源经跨条通过2号进线断路器向2号母线供电,并通过分段隔离开关向1、3号母线供电;采用2号进线电源时与1号类似。
4 外部电源设计界面及投资划分
外部电源设计和施工费用包括在铁路方的设计费中,设计界面位于地方变电站内母线处,母线前面设备的改造(包括更换母线、增加馈线间隔等)由电力公司投资并实施,从馈线间隔往后的断路器、架空线等设备的改造由铁路方投资。一般情况下,建设方会将电力变电站的改造项目委托电力公司的设计和施工单位统一实施,从电力变电站馈出的架空线开始,由铁路方的设计和施工单位实施。
例如图4和图6中,虚线部分包括在铁路方的投资预算中。
5 外部电源收费标准及要求
俄罗斯铁路与中国铁路在牵引变电所收费制式方面区别很大。中国一般采用最大需量法或两部制电价,而俄罗斯仅收取电度电价,即按用电部门实际耗电度数计算电价,无国内的基本电价。因此,在牵引变电所的设计中,全线牵引变压器的容量往往选用一致。在铁路部门与电力部门签订的供电协议中,确定一个基准的月用电量值,当铁路部门用电量高于该值时,电力部门将提高用电的单价。
根据电网公司技术要求规定:当连接点存在电流曲线失真变形和电压不对称的电荷时,应在申请人电网处安装滤波装置和电能质量监测装置。因此,在2种牵引变电所每回进线电源处均安装了提高电能质量的滤波装置。
图7 捷尔任斯克终端牵引变电所主接线图
6 结语
本文分析总结了俄罗斯外部电源设计特点及其对铁路牵引变电所设计的影响。从分析可以看出,外部电网与牵引供电系统关系紧密,牵引变电所的主接线设计必须结合当地的外部电源情况,且必须得到电力公司的认可后方可进行下一步工作。因此在俄罗斯铁路的牵引供电系统设计中,首要任务之一就是与电力公司尽快达成一致,以便于下一步工作的开展。
[1] ЦЭ-462 俄罗斯联邦铁路牵引供电系统建筑规范[S]. 俄罗斯联邦交通部,1997.
[2] Чернов Ю. А. Электроснабжение железных дорог[M]. Москва: ООО "Красногорский полиграфический комбинат",2016:15-16.
The design of railway traction substation has close relations with the external power source in Russian. With connection to the design of high speed railway from Moscow to Kazan, the paper discusses in details the design flow for external power supply, categories and main wiring of traction substations, the requirements on setting of external power supply for traction substation so as to provide certain guidance for design of traction power supply systems of the region in the future.
Russian railway; external power source; traction substation; main wiring
U224.1
B
10.19587/j.cnki.1007-936x.2018.01.022
1007-936X(2018)01-0088-04
2017-03-14
尹 磊.中铁二院工程集团有限责任公司,高级工程师。