既有高速铁路枢纽牵引变电所供电可靠性分析及备用方案探讨.pdf
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1、供变电 电气化铁道 2023年第3期 16 DOI:10.19587/ki.1007-936x.2023.03.004 既有高速铁路枢纽牵引变电所供电可靠性分析及备用方案探讨 王潘潘 摘 要:以京广高铁郑州东枢纽牵引变电所为例,分析了存在的风险以及提高枢纽牵引变电所可靠性的对策,重点研究了枢纽牵引变电所的独立备用供电单元、备用母线、备用馈线开关柜、供电线缆、新增生产房屋等实施方案,在此基础上提出了既有枢纽牵引变电所备用方案,对提高牵引供电系统的可靠性具有一定参考意义。关键词:牵引供电系统;枢纽牵引变电所;独立供电单元;汇集装置 Abstract:Taking the traction subs
2、tation for Zhengzhou East Hub as an example,the paper analyzes the existing risks and the counter measures for improving the reliability of the hub traction substation,focuses on the studies on the implementation schemes for the independent backup power supply units,backup bus bars,backup feeder swi
3、tch cabinets,feeder cables and added production buildings,and on the basis of these,puts forward the backup schemes for the existing hub traction substation.It has certain values of reference for improving of traction power supply system relaibility.Key words:traction power supply system;hub tractio
4、n substation;individual power supply unit;pooling unit 中图分类号:U224.8 文献标识码:A 文章编号:1007-936X(2023)03-0016-04 0 引言 截至 2021 年底,我国高速铁路营业里程超 4万公里,是世界上高速铁路运营里程最多的国家。高铁覆盖了全国除拉萨等少数偏远城市以外的大多数大中型城市,已经成为了广大人民群众出行的主要交通工具之一1。确保高铁安全正点运行是服务人民群众生活、维护铁路运输秩序和推动国家经济建设的重要保障。牵引供电系统作为高速铁路的动力源泉,发挥着为高速铁路提供牵引动力的作用,其安全可靠运行直接关
5、系到整个铁路运输的安全稳定,而牵引变电所在牵引供电系统中起着“心脏”作用,其稳定运行关系着整个牵引供电系统的可靠性2-4。由于铁路沿线架设的接触网由牵引变电所提供电力,任何一座牵引变电所出现故障解列时,都会在牵引供电系统网络上形成缺口,严重影响高速铁路的通行能力,造成限车或限速,甚至中断高铁运行5。而枢纽牵引变电所同时向多条高铁及沿线车站、动车所供电,其一旦发生故障,将对高铁的安全运行造成更大的影响6-8。因此,对高速铁路牵引供电系统的薄弱环节,尤其是枢纽牵引变电所进行分析,并采取可靠的措施,确保高铁的安全稳定运行,具有非常重要的意义9-11。本文以京广高铁既有郑州 作者简介:王潘潘.中铁工程
6、设计咨询集团有限公司,高级工程师。东枢纽牵引变电所为例,对枢纽牵引变电所的现状和供电可靠性进行分析,重点对既有枢纽牵引变电所的备用方案进行探讨12-14。1 郑州东枢纽概况 郑州东枢纽位于河南省郑州市,既有京广高铁、郑西高铁、郑徐高铁、郑济高铁、郑开城际、郑机城际均引入郑州东枢纽。郑州东枢纽高速铁路已经形成“米”字形格局,成为我国高速铁路网中最重要、最繁忙的枢纽之一。郑州东站设京广高速场、徐兰高速场及城际场等,各个场间均实现互联互通。郑州东枢纽以郑州东牵引变电所为核心,郑州东牵引变电所不仅为枢纽内各线供电,还为郑州东站开闭所及郑州东动车运用所供电,共引出 10 回AT 馈线、8 回直供馈线,其
7、供电示意图见图 1。郑州东牵引变电所接引两路独立的 220 kV 电源,采用线路变压器组接线型式,除牵引变压器外的 220 kV 及 27.5 kV 设备均采用户内 GIS 布置方式。227.5 kV 母线采用单母线带隔离开关分段形式,其中 A 相(非枢纽相)一段母线,引出 2 回AT 馈线;B 相(枢纽相)两段母线,引出 8 回 AT馈线、8 回直供馈线。由图 1 可知,郑州东牵引变电所一旦出现故障将会对郑州东枢纽造成非常大的影响,将直接影响京广、郑徐、郑西等南北高铁干线大通道的运行,导致整个铁路运输秩序混乱。分析既有郑州东牵引既有高速铁路枢纽牵引变电所供电可靠性分析及备用方案探讨 王潘潘
8、供变电 17 变电所供电可靠性风险、提高既有郑州东牵引变电所的可靠性具有非常重要的意义。郑州东郑州郑太高铁京广高铁郑济高铁郑徐高铁郑开城际郑州南郑州南郑合高铁郑万高铁郑机城际京广高铁郑西高铁荥阳南八郎寨新集K682+103平原新区杨庄大孟鸿宝官渡中医学院大关庄机场北新郑东K682+103 图 1 郑州东牵引变电所供电示意图 2 既有郑州东牵引变电所存在风险分析 结合既有郑州东牵引变电所主接线图可知,既有郑州东牵引变电所220 kV侧设备及220 kV牵引变压器均为 100%固定备用,当一路故障或检修时,可以投入另一路运行,可靠性相对较高。每回馈线的上下行间在接触网上设置了互为备用的隔离开关,上
9、下行接触网供电线可通过联络开关实现上下行互为备用的功能,可靠性也较高。郑州东牵引变电所 227.5kV 母线采用单母线结构,所内 18 条馈线均接至母线上,母线没有备用。郑州东牵引变电所供电的 18 条馈线,除为正线供电外还为郑州东动车运用所提供不间断电源,以及为天窗点不同步停电的其他高铁(城际)线路供电,因此无法像正线牵引变电所一样在夜间垂直天窗进行检修作业。当 GIS 开关柜母线发生接地等严重故障或GIS中毒性较大的SF6气体发生泄漏时,GIS 开关柜必须全部停电才能开展维修,对铁路的正常运行秩序造成非常大的影响。由此可以看出,227.5 kV 母线及馈线 GIS 开关柜是影响铁路枢纽中心
10、变电所供电可靠性的最大因素。本文将重点探讨提高 227.5 kV 母线及馈线供电可靠性的备用方案。3 提高牵引变电所可靠性对策 既有郑州东牵引变电所非枢纽相母线引出 2回 AT 馈线为京广高铁北京方向供电,当郑州东牵引变电所故障退出时,可由京广高铁相邻牵引变电所越区供电至郑州东牵引变电所分相处。由此可见,非枢纽相供电范围可通过相邻变电所的越区供电实现备用。枢纽相共引出 16 回 AT 或直供馈线为不同线路、站场、开闭所供电,一旦郑州东牵引变电所发生故障退出运行,由于相序、供电能力等因素,很难在短时间内通过相邻变电所的越区恢复供电,将对郑州东站的整个通过能力造成非常大的影响,甚至会中断京广高铁等
11、线路的运行。因此,在确保切实提高郑州东牵引变电所供电可靠性并兼顾经济性的原则下,重点研究对既有郑州东牵引变电所枢纽相母线及相应设备进行全备用的方案。增设第 3 组牵引变压器的独立供电单元的备用方案可分为增设第 3 路独立电源和利用所内既有 2 路电源两种情况。考虑到郑州东站附近 220 kV外电源比较紧张,电力部门为郑州东牵引变电所提供第 3 路电源的困难较大,郑州东牵引变电所已接引了 2 路可靠的 220 kV 外电源,进线电源可以实现互相备用,可靠性较高,因此本次改造方案排除了设置第 3 路电源。利用牵引变电所的1路电源作为增设1台牵引变压器的进线电源,该牵引变压器引出1路227.5 kV
12、 电源作为新增独立供电单元的进线电源。该独立供电单元不投入运行,不改变目前牵引变电所的运行模式,在牵引变电所需要维修或发生重大故障退出运行时,备用第 3 组牵引变压器的独立供电单元投入运行。郑州东牵引变电所 220 kV 侧配电装置采用GIS 组合电器,虽然可靠性较高,但是改造也比较困难。将其中一回 220 kV 进线改造成可同时为第3 组牵引变压器供电的难度较大,风险和隐患也很大。另外,既有郑州东牵引变电所既有场坪也没有为第 3 组牵引变压器预留足够的空间。因此增设第3 组牵引变压器不仅改造困难,也会对既有设备造成一定的安全隐患,该方案也不予考虑。综上所述,为提高枢纽牵引变电所运行可靠性,需
13、研究枢纽相母线及相关设备备用方案15-18。3.1 枢纽相母线及相关设备备用方案原则(1)房屋设置原则。利用所内既有场坪,新建备用高压室、控制室和电缆夹层,按照新建生产房屋尽量靠近既有房屋以减少高压电缆数量的原则,结合现场情况,新建生产房屋位置设置在紧邻既有房屋、靠近大门侧,呈 L 形布置。(2)新增备用母线配置原则。结合郑州东牵供变电 电气化铁道 2023年第3期 18 引变电所的具体情况,确保新增备用母线可以实现完全独立的供电格局;新增 227.5 kV 侧枢纽相母线,分别由两组牵引变压器低压侧各引一路进线作为新增备用母线的进线电源,备用母线采用不分段形式。(3)新增馈线备用原则。综合考虑
14、确保可以实现可靠备用,又能兼顾经济性的原则,充分利用郑州东牵引变电所内及供电线的相互备用情况,以最少、最可靠的馈线备用方式实现备用。经分析郑州东牵引变电所各条馈线的供电情况,各馈线的备用方案如下:a.考虑到京广高铁的重要性,建议对京广高铁武汉方向上、下行 2 回馈线均进行备用。b.考虑到郑徐高铁徐州方向、郑西高铁西安方向、郑济高铁济南方向以及郑开城际馈线均在接触网上设置了上、下行联络开关,任何一行馈线出现故障时,可通过上、下行联络开关实现上、下行备用,因此可只对各线上下行中的一行进行备用。c.郑州东动车运用所 1#和 2#开闭所进线、郑州东开闭所、动车走行线开闭所进线均采用两路进线电源,平时两
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