郭 生

(內(nèi)蒙古伊泰準(zhǔn)東鐵路有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 010300)

1 準(zhǔn)東鐵路路網(wǎng)概述

伊泰集團(tuán)鐵路以準(zhǔn)東一期鐵路為主干通道向周圍延伸，與準(zhǔn)東一期鐵路周家灣站、虎石站接軌的鐵路較多，有呼準(zhǔn)鐵路、呼準(zhǔn)二線、酸周線、準(zhǔn)東二期、準(zhǔn)東一期重車線等，暫且將上述鐵路組成的鐵路網(wǎng)稱為“準(zhǔn)東鐵路路網(wǎng)”(如圖1所示)。

2 原牽引供電系統(tǒng)及運(yùn)行情況

準(zhǔn)東一期鐵路(全長(zhǎng)72 km):牽引網(wǎng)采用AT供電方式，設(shè)有福興城牽引變電所和薛家灣、海子塔、沙圪堵、西營(yíng)子四座AT所。外部電源供電方案:由薛家灣220 kV地區(qū)變電站和沙圪堵220 kV地區(qū)變電站各出一回110 kV電源。本線于2005年進(jìn)行電氣化改造，至今已運(yùn)行接近四年。

準(zhǔn)東二期鐵路(全長(zhǎng)60 km):牽引網(wǎng)采用AT供電方式，設(shè)有暖水牽引變電所和虎石、獅子嶺、公溝、準(zhǔn)格爾召四座AT所。根據(jù)電力部門提供的資料，外部電源供電方案為:由楊四海220 kV地區(qū)變電站和神山110 kV地區(qū)變電站各出一回110 kV電源。本線當(dāng)時(shí)正處于施工階段，牽引變電所場(chǎng)坪已經(jīng)完成，外部電源的供電方案即將實(shí)施。

酸周線(全長(zhǎng)26 km):牽引網(wǎng)采用帶回流線直接供電方式，設(shè)有大飯鋪牽引變電所。外部電源供電方案:由薛家灣220 kV變電站和酸刺溝煤礦變電站各出一回110 kV電源，本線于2008年底開通運(yùn)行。

呼準(zhǔn)線(全長(zhǎng)124 km):牽引網(wǎng)采用帶回流線直接供電方式，設(shè)有官牛犋、托克托、王氣三座牽引變電所。

準(zhǔn)東一期重車線(全長(zhǎng)60 km):已完成定測(cè)，根據(jù)初步設(shè)計(jì)，牽引網(wǎng)供電方式采用AT供電方式;新建沙屹堵北一座牽引變電所，新建周家灣、巴潤(rùn)哈岱、D1K26+200、DK48+000、虎石5座 AT 所。

呼準(zhǔn)二線(全長(zhǎng)120 km):已完成初測(cè)。

準(zhǔn)東鐵路路網(wǎng)供電設(shè)施分布既有(設(shè)計(jì))如圖2所示。

近幾年伊泰集團(tuán)鐵路發(fā)展較快，路網(wǎng)中的每段鐵路不是同一時(shí)期修建，牽引供電設(shè)施相對(duì)分散，從整體來(lái)說(shuō)不太合理，主要表現(xiàn)在:

①準(zhǔn)東一期鐵路現(xiàn)在的實(shí)際運(yùn)量超出設(shè)計(jì)運(yùn)量，供電能力不足。

②周家灣、虎石站為路網(wǎng)的“樞紐”站，但供電能力沒(méi)有相互支援，供電的可靠性較差;各牽引變電所的供電臂長(zhǎng)度不均衡，牽引變電所越區(qū)供電較為困難。

③牽引供電系統(tǒng)沒(méi)有為即將實(shí)施的呼準(zhǔn)二線、塔拉壕礦區(qū)專用線及規(guī)劃中的準(zhǔn)東二期復(fù)線預(yù)留供電條件，將造成電氣化工程重復(fù)建設(shè)。

綜上述對(duì)準(zhǔn)東鐵路路網(wǎng)牽引供電系統(tǒng)的分析，本次研究的供電方案是對(duì)路網(wǎng)進(jìn)行總體規(guī)劃，統(tǒng)籌考慮，根據(jù)路網(wǎng)總體規(guī)劃和近期需要設(shè)置牽引變電所，并優(yōu)先在兩個(gè)“樞紐站”(周家灣、虎石)設(shè)牽引變電所，以提高樞紐站的供電可靠性和相鄰牽引變電所供電能力的相互支援。

圖1 伊泰集團(tuán)準(zhǔn)東、呼準(zhǔn)鐵路示意

圖2 準(zhǔn)東鐵路網(wǎng)既有供電設(shè)施分布

3 牽引供電方案研究

3.1 牽引網(wǎng)供電方式

從構(gòu)成路網(wǎng)的鐵路牽引負(fù)荷和外部電源具體情況分析，構(gòu)成路網(wǎng)的鐵路均地處電源稀少地區(qū)，又是開行重載列車的線路，同時(shí)準(zhǔn)東一期鐵路、準(zhǔn)東二期鐵路采用AT供電方式。因此，牽引網(wǎng)供電方式優(yōu)先采用供電能力強(qiáng)、外部電源投資少的AT供電方式，與路網(wǎng)銜接的專用線和其他支線可根據(jù)其牽引負(fù)荷和運(yùn)營(yíng)要求，采用帶回流線的直接供電方式。

3.2 牽引變電所及AT所的分布方案

牽引網(wǎng)供電方式優(yōu)先采用AT供電方式，牽引變電所分布按路網(wǎng)總體規(guī)劃和近期需要設(shè)置，優(yōu)先在兩樞紐站(周家灣、虎石)設(shè)牽引變電所，同時(shí)考慮牽引變電所供電能力相互支援的原則，提出如下供電方案:

新建周家灣、虎石兩座牽引變電所，新建巴潤(rùn)哈岱、沙圪堵北、DK29、DK50、郭家梁4座AT所，利用既有準(zhǔn)東一期鐵路沙屹堵、海子塔2座AT所，將福興城牽引變電所改造為AT所。

將準(zhǔn)東二期設(shè)計(jì)的暖水牽引變電所移至公溝，牽引變電所場(chǎng)坪可利用原設(shè)計(jì)公溝AT所場(chǎng)坪進(jìn)行擴(kuò)充，原設(shè)計(jì)中的公溝AT所移至暖水，虎石至獅子嶺段改由新建虎石牽引變電所供電。

3.3 供電計(jì)算條件

(1)列車對(duì)數(shù)

根據(jù)行車專業(yè)提供的資料，準(zhǔn)東一期鐵路增建重車線后閉塞方式改為自動(dòng)閉塞，周家灣至虎石區(qū)段的列車對(duì)數(shù)如表1。

表1 周家灣至虎石區(qū)段列車對(duì)數(shù)

(2)牽引變壓器安裝容量

新建周家灣、虎石牽引變電所按三相V/X接線牽引變壓器設(shè)計(jì)，牽引變壓器安裝容量依據(jù)TB/T165—1996規(guī)定計(jì)算，按近期追蹤間隔12 min進(jìn)行校核，變壓器過(guò)負(fù)荷能力按100%計(jì)算。經(jīng)計(jì)算:虎石、周家灣牽引變電所安裝容量均為2×(20+25)MVA，供電臂末端最低電壓按遠(yuǎn)期10 min追蹤間隔進(jìn)行校核，能夠滿足牽引供電的要求。

公溝牽引變電所按三相V/X接線牽引變壓器設(shè)計(jì)，牽引變壓器安裝容量依據(jù)TB/T 165－1996規(guī)定，按近期運(yùn)量需要，變壓器過(guò)負(fù)荷能力100%計(jì)算，確定安裝容量為2×(16+16)MVA;供電臂末端最低電壓按遠(yuǎn)期需要進(jìn)行校核，滿足牽引供電的要求。

3.4 正常運(yùn)行及故障運(yùn)行下的供電能力分析

(1)牽引變電所的饋線設(shè)置

周家灣牽引變電所:共設(shè)置5條饋線，1號(hào)饋線為準(zhǔn)東一期福興城至周家灣段供電，2號(hào)饋線為重車線DK29至周家灣段供電，3號(hào)饋線為周家灣車站及周家灣至薛家灣段供電，4號(hào)饋線為周家灣車站機(jī)務(wù)段供電，5號(hào)饋線預(yù)留為即將實(shí)施的呼準(zhǔn)二線供電。

虎石牽引變電所:共設(shè)置5條饋線，1號(hào)饋線為準(zhǔn)東一期福興城至虎石段供電，2號(hào)饋線為重車線DK29至虎石段供電，3號(hào)饋線為虎石車站及虎石至西營(yíng)子段供電，4號(hào)饋線為準(zhǔn)東二期虎石至獅子嶺段供電，5號(hào)饋線預(yù)留為規(guī)劃的準(zhǔn)東二期復(fù)線供電。

公溝牽引變電所:共設(shè)置5條饋線，1號(hào)、2號(hào)饋線分別為準(zhǔn)東二期公溝至準(zhǔn)格爾召段及公溝至獅子嶺段供電，3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)饋線預(yù)留為規(guī)劃的準(zhǔn)東二期復(fù)線及公溝接軌的塔拉壕礦區(qū)專用線供電。

(2)牽引網(wǎng)正常運(yùn)行狀態(tài)

牽引網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí):準(zhǔn)東一期福興城至周家灣段及重車線沙圪堵北+9 km至周家灣段由周家灣牽引變電所供電，周家灣車站及周家灣至薛家灣段由周家灣牽引變電所單獨(dú)出饋線供電。

準(zhǔn)東一期福興城至虎石段及重車線沙圪堵北+9 km至虎石段由虎石牽引變電所供電，虎石車站、虎石至西營(yíng)子段及準(zhǔn)東二期虎石至獅子嶺段由虎石牽引變電所分別單獨(dú)出饋線供電。

準(zhǔn)東二期獅子嶺至準(zhǔn)格爾召段由公溝牽引變電所供電。

(3)故障運(yùn)行下的供電能力分析

根據(jù)相鄰牽引變電所的供電范圍，為提高整個(gè)路網(wǎng)牽引供電系統(tǒng)的供電可靠性和靈活性，提出如下可行的站場(chǎng)供電相互支援方案和牽引變電所越區(qū)供電方案。

①虎石站供電支援方案

閉合隔離開關(guān)1、2，由公溝牽引變電所為虎石站供電。

閉合隔離開關(guān)3、5，由周家灣牽引變電所為虎石站供電。

閉合隔離開關(guān)4、6，由周家灣牽引變電所為虎石站供電。

②周家灣站供電支援方案

閉合隔離開關(guān)6、7，由虎石牽引變電所為周家灣站場(chǎng)供電。

閉合隔離開關(guān)5、8，由虎石牽引變電所為周家灣站場(chǎng)供電。

閉合隔離開關(guān)9，由大飯鋪牽引變電所為周家灣站場(chǎng)供電。

如有條件，可由呼準(zhǔn)鐵路或大準(zhǔn)鐵路越區(qū)供電。

③牽引變電所的越區(qū)供電

越區(qū)供電的條件:一列車運(yùn)行至供電臂末端時(shí)，最低電壓不低于19 kV，對(duì)公溝、虎石、周家灣牽引變電所分別解列時(shí)，提出如下越區(qū)供電方案。

公溝牽引變電所解列:閉合隔離開關(guān)1，由虎石牽引變電所越區(qū)供電。

虎石牽引變電所解列:

閉合隔離開關(guān)1，由公溝牽引變電所越區(qū)為獅子嶺至虎石段供電。

閉合隔離開關(guān)5，由周家灣牽引變電所越區(qū)為沙屹堵北+9至虎石段供電。

閉合隔離開關(guān)6，由周家灣牽引變電所越區(qū)為福興城至虎石段供電。

周家灣牽引變電所解列:

閉合隔離開關(guān)9，由虎石牽引變電所越區(qū)為沙屹堵北+9至周家灣段供電。

閉合隔離開關(guān)6，由虎石牽引變電所越區(qū)為福興城至周家灣段供電。

閉合隔離開關(guān)9、10，由大飯鋪牽引變電所越區(qū)為周家灣站場(chǎng)及周家灣至薛家灣段供電。

閉合隔離開關(guān)11，由呼準(zhǔn)線官牛犋牽引變電所越區(qū)為周家灣站場(chǎng)及周家灣至薛家灣段供電。

周家灣至薛家灣段:

周家灣至薛家灣段可閉合隔離開關(guān)7、9或8、9，由虎石牽引變電所越區(qū)供電，也可閉合隔離開關(guān)9、10，由大飯鋪牽引變電所越區(qū)供電。如有條件也可由呼準(zhǔn)鐵路或大準(zhǔn)鐵路越區(qū)供電。

3.5 電能質(zhì)量分析及補(bǔ)償措施

(1)在牽引變電所設(shè)置兼具濾波功能的無(wú)功補(bǔ)償裝置。為提高牽引變電所功率因數(shù)，并吸收部分三、五、七次諧波，新建周家灣、虎石、公溝牽引變電所兩供電臂均設(shè)置動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置，補(bǔ)償后的牽引變電所高壓側(cè)月平均功率因數(shù)達(dá)到0.9以上。

(2)牽引變電所外部電源進(jìn)線采用相序輪換的方式接入電力系統(tǒng)。

(3)牽引變電所主變壓器采用三相V/X接線。新建二線后，行車量較大，兩供電臂負(fù)荷均勻，采用三相V/X接線變壓器，其不平衡系數(shù)為0.5。

3.6 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

研究方案主要技術(shù)技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2、表3。

表2 推薦方案主要技術(shù)技術(shù)指標(biāo)(近期12 min)

表3 推薦方案主要技術(shù)技術(shù)指標(biāo)(遠(yuǎn)期10 min)

4 主要工程數(shù)量比較

根據(jù)上述供電方案，對(duì)原設(shè)計(jì)(既有)供電設(shè)施和本次設(shè)計(jì)牽引供電設(shè)施的主要工程數(shù)量進(jìn)行比較。

(1)牽引變電所:原設(shè)計(jì)(既有)需要新建牽引變電所兩座，增容改造一座，本次設(shè)計(jì)或規(guī)劃新建牽引變電所兩座，改移一座。

(2)AT所:原設(shè)計(jì)(既有)需要新建AT所9座，本次設(shè)計(jì)或規(guī)劃新建AT所8座，利用既有兩座。

(3)根據(jù)電力系統(tǒng)的資料，新建虎石、周家灣牽引變電所周圍可供電的電源點(diǎn)較多，110 kV線路投資較原設(shè)計(jì)重車線沙屹堵北牽引變電所增加不多，將暖水牽引變電所改移至公溝，外電引入工程也變化不大，唯一就是周家灣、虎石牽引變電所投入運(yùn)行后，造成福興城牽引變電所的廢棄。

(4)原福興城牽引變電所兩條110 kV電源，其中一條路經(jīng)本次規(guī)劃研究的周家灣變電所，可以在福興城牽引變電所處短連，周家灣牽引變電所處破口接入周家灣牽引變電所。

(5)擬建的虎石35 kV變電所可利用牽引變電所的110 kV線路改建為110 kV(110/10)變電所，可減少兩條35 kV線路建設(shè)投資。

5 結(jié)論

本次研究方案新建周家灣、虎石兩座牽引變電所，遷移原準(zhǔn)東二期設(shè)計(jì)的暖水牽引變電所至公溝，封存福興城牽引變電所。牽引供電系統(tǒng)能夠滿足路網(wǎng)內(nèi)各條鐵路的牽引供電需求，解決既有準(zhǔn)東一期鐵路供電能力不足和樞紐站(周家灣、虎石)供電可靠性差的問(wèn)題，并預(yù)留路網(wǎng)遠(yuǎn)期規(guī)劃和專用線接入的供電條件，牽引供電系統(tǒng)具有較強(qiáng)的供電獨(dú)立性和靈活性，又具有較強(qiáng)的統(tǒng)一性，正常運(yùn)行時(shí)各自獨(dú)立，故障運(yùn)行時(shí)相互支援，可為準(zhǔn)東鐵路路網(wǎng)提供可靠的供電能力保證。

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