■ 汪自成

汪自成：中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，工程師，湖北 武漢，430063

攝影 胡山 董海偉

目前我國(guó)高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的牽引變電所有兩種主接線型式：一種是由2臺(tái)純單相變壓器組成三相V/X接線型式，另一種為純單相（I/I）接線型式。兩種接線型式各有優(yōu)缺點(diǎn)：三相V/X接線型式優(yōu)點(diǎn)是可減小電氣化鐵路對(duì)電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的影響、降低變電所內(nèi)各種設(shè)備容量、便于施工和維護(hù)，缺點(diǎn)是增加牽引供電系統(tǒng)正常運(yùn)行的電分相數(shù)量、擴(kuò)大牽引變壓器安裝容量；純單相接線型式優(yōu)點(diǎn)是牽引變電所結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、一次側(cè)設(shè)備數(shù)量少、容量利用率高，在正常條件下可減少接觸網(wǎng)電分相數(shù)量，缺點(diǎn)是加大了電氣化鐵路對(duì)電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的影響，增加了牽引變電所設(shè)計(jì)的設(shè)備選型難度。

1 高速鐵路純單相接線存在的問(wèn)題

我國(guó)高速鐵路的特點(diǎn)為列車(chē)功率大（速度350 km/h動(dòng)車(chē)組功率高達(dá)17 600 kW或更高）、行車(chē)密度越來(lái)越高（最小行車(chē)間隔已達(dá)3 min）、列車(chē)運(yùn)行帶電概率高。為滿足高速鐵路牽引供電要求，每座牽引變電所必需提供高達(dá)120～180 MVA負(fù)荷[1]。

牽引變電所主接線采用純單相接線型式：牽引變壓器安裝容量高達(dá)2×75～2×120 MVA，牽引變電所2×27.5 kV側(cè)斷路器、開(kāi)關(guān)設(shè)備容量需達(dá)到2.4～3.6 kA。若取消牽引變壓器二次側(cè)出口處AT變，牽引變電所2×27.5 kV側(cè)斷路器、開(kāi)關(guān)設(shè)備容量則高達(dá)2.8～4.0 kA[2]。

目前用于電氣化鐵路成型的2×27.5 kV GIS開(kāi)關(guān)柜設(shè)備額定容量均在31.5 kA以下，2×27.5 kV GIS開(kāi)關(guān)柜只能插接不多于4根截面積最大不超過(guò)400 mm2電纜插拔頭，這些都不滿足純單相接線牽引變壓器電流要求。

2 純單相接線GIS設(shè)備容量不夠問(wèn)題解決方案

解決高速鐵路牽引變電所純單相接線2×27.5 kV母線進(jìn)線GIS開(kāi)關(guān)柜容量不夠問(wèn)題，主要有2種途徑。（1）研發(fā)大容量2×27.5 kV GIS開(kāi)關(guān)柜，以適應(yīng)高速鐵路牽引變電所純單相接線時(shí)牽引變壓器2×27.5 kV側(cè)大電流需要；（2）通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)改變牽引變電所低壓側(cè)接線方式或設(shè)備運(yùn)行方式，以滿足高速鐵路牽引供電系統(tǒng)2×27.5 kV母線進(jìn)線側(cè)大電流需要。

在現(xiàn)有成型設(shè)備產(chǎn)品前提下，從牽引供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)角度尋求解決方案，針對(duì)高速鐵路牽引供電系統(tǒng)2×27.5 kV母線進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜容量不夠問(wèn)題提出3種解決方案。

（1）第一種解決方案：2×27.5 kV母線不分段，進(jìn)線GIS開(kāi)關(guān)柜并聯(lián)方案（見(jiàn)圖1）。在原純單相接線牽引變電所接線方式的基礎(chǔ)上，增加一臺(tái)GIS開(kāi)關(guān)柜，與2×27.5 kV母線進(jìn)線GIS開(kāi)關(guān)柜并聯(lián)，以解決單臺(tái)GIS容量不夠和進(jìn)線電纜數(shù)量問(wèn)題。

（2）第二種解決方案：2×27.5 kV母線不分段，取消母線進(jìn)線斷路器方案（見(jiàn)圖2）。在原純單相接線牽引變電所接線方式的基礎(chǔ)上，取消2×27.5 kV母線進(jìn)線GIS開(kāi)關(guān)柜的斷路器，同時(shí)取消母線進(jìn)線相應(yīng)保護(hù)。

（3）第三種解決方案：2×27.5 kV母線分段，進(jìn)線GIS開(kāi)關(guān)柜分共方案（見(jiàn)圖3）。在第一種方案基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，使純單相牽引變電所2×27.5 kV部分與三相V/X接線一致，左右臂母線進(jìn)行GIS開(kāi)關(guān)柜共同接引牽引變壓器同一出線端子。

上述3種解決方案均能滿足牽引供電系統(tǒng)要求，但各有優(yōu)缺點(diǎn)。

圖1 2×27.5 kV母線不分段，進(jìn)線GIS開(kāi)關(guān)柜并聯(lián)方案

圖2 2×27.5 kV母線不分段，取消母線進(jìn)線斷路器方案

圖3 2×27.5 kV母線分段，進(jìn)線GIS開(kāi)關(guān)柜分共方案

第一種解決方案：優(yōu)點(diǎn)是主接線直觀、簡(jiǎn)單，不需要調(diào)整進(jìn)線GIS開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部結(jié)構(gòu)及設(shè)備參數(shù)；缺點(diǎn)是當(dāng)牽引變電所進(jìn)行牽引變壓器差動(dòng)保護(hù)、過(guò)流保護(hù)及饋線后備保護(hù)動(dòng)作，都需同時(shí)啟動(dòng)2臺(tái)2×27.5 kV母線進(jìn)線斷路器，2臺(tái)斷路器必須同步動(dòng)作，不然容易燒毀后動(dòng)作的斷路器[3]，特別是在饋線后備保護(hù)啟動(dòng)條件下，變電所近端短路電流非常大，2臺(tái)2×27.5 kV母線進(jìn)線斷路器，動(dòng)作不同步極易燒毀后啟動(dòng)的斷路器。

第二種解決方案：優(yōu)點(diǎn)是主接線直觀、簡(jiǎn)單，取消2×27.5 kV母線進(jìn)線斷路器后節(jié)省投資；缺點(diǎn)是需要調(diào)整進(jìn)線GIS開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部結(jié)構(gòu)及參數(shù)（取消斷路器、增大開(kāi)關(guān)容量），過(guò)流保護(hù)及饋線后備保護(hù)動(dòng)作只能使?fàn)恳儔浩?20 kV側(cè)斷路器跳閘。比較而言，對(duì)饋線后備保護(hù)少一級(jí)，增加了牽引變壓器倒閘次數(shù)和對(duì)電力系統(tǒng)的影響。

第三種解決方案：具有第一種解決方案的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)彌補(bǔ)了饋線后備保護(hù)2臺(tái)斷路器啟動(dòng)不同步易燒毀后啟動(dòng)斷路器的缺陷；缺點(diǎn)是當(dāng)牽引變電所進(jìn)行牽引變壓器差動(dòng)保護(hù)和過(guò)流保護(hù)動(dòng)作，都需同時(shí)啟動(dòng)2臺(tái)2×27.5 kV母線進(jìn)線斷路器，2臺(tái)斷路器必須同步動(dòng)作，不然容易燒毀后動(dòng)作的斷路器。不過(guò)牽引變壓器差動(dòng)保護(hù)和過(guò)流保護(hù)動(dòng)作時(shí)，對(duì)于2×27.5 kV進(jìn)線斷路器中流過(guò)的電流相比短路電流較小，即使兩斷路器同步性較差，時(shí)間有差異，也不會(huì)影響設(shè)備運(yùn)行。

3 結(jié)論

經(jīng)過(guò)對(duì)2×27.5 kV母線進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜斷路器容量不滿足高速鐵路純單相接線方式2×27.5 kV母線進(jìn)線電流要求的解決方案分析，結(jié)論如下：（1）在兼顧現(xiàn)有成型開(kāi)關(guān)柜設(shè)備、各種保護(hù)配置及工程實(shí)施性前提下，高速鐵路采用純單相接線方式宜采用第三種方案解決2×27.5 kV母線進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜斷路器容量不夠問(wèn)題。這與牽引變電所為外部電源預(yù)留三相V/X接線條件一致，將來(lái)采用三相V/X接線時(shí)，2×27.5 kV側(cè)均不需改動(dòng)。（2）在得到電力系統(tǒng)允許牽引變壓器220 kV側(cè)斷路器作為牽引變壓器過(guò)流保護(hù)、饋線后備保護(hù)前提下，第二種解決方案也是可行的，且節(jié)省投資。（3）第一種解決方案由于要求并聯(lián)運(yùn)行的2臺(tái)斷路器動(dòng)作同步性較高，不宜采用。若牽引變電所饋線近端短路電流較小，也可采用第一種方案。

[1]汪自成. 高速鐵路牽引變壓器接線分析[J]. 電鐵信息網(wǎng)訊，2004（3）

[2]中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司. 新建鐵路武漢至廣州客運(yùn)專(zhuān)線烏龍泉至韶關(guān)段修改初步設(shè)計(jì)電氣化文件[R]，2007

[3]賀威俊，簡(jiǎn)克良. 電氣化鐵道供變電工程[M]. 北京：中國(guó)鐵道出版社，1996