铁路牵引变电所与地方电力变电站合建方案研究

郭 亮，刘 星，郭 鑫

铁路牵引变电所与地方电力变电站合建方案研究

郭 亮，刘 星，郭 鑫

研究一种铁路牵引变电所与地方电力变电站合建方案，介绍了合建变电所主接线设计、总平面布置、继电保护设计及铁路与电力系统设计分工。该方案既降低了建设成本又能满足铁路运输需要，为今后厂矿企业电气化铁路牵引变电所设计提供了新思路。

牵引变电所；地方变电站；合建

0 引言

常规铁路设计中，牵引变电所单独设置，其外部电源接引自地方电网。目前，厂矿企业大多拥有自己独立产权的变电站，这些企业在建设电气化铁路过程中，由于运输能力的制约，经常需要设置牵引变电所，而新建牵引变电所外电源接引地方电网将产生较高的建设成本。随着我国电力市场改革的不断推进，相关输配电政策已逐步放开，这使得企业变电站向其他负荷供电成为可能。大多数企业可利用企业内部的变电站为新建牵引变电所供电，这也使铁路牵引变电所与地方变电站合建成为可能。本文以某厂矿企业合建变电所为例，对相关设计方案进行分析研究。

1 合建变电所设计方案

1.1 主接线设计

合建变电所引入2路110 kV电源，进线侧采用单母线分段接线，牵引变压器与电力变压器进线均采用线路变压器组接线。牵引变压器变比为110/27.5 kV，采用三相V/v接线形式，电力变压器变比为110/38.5/10.5 kV。2台牵引变压器为固定备用方式，2台电力变压器并列运行。与牵引变电所传统接线方式相比，本方案牵引变电所进线侧与地方变电站共用1套110 kV设备。电压互感器设置于2段母线上，牵引、电力共用，且牵引、电力负荷可分别计量电费。考虑铁路负荷具有波动性，为减小电气化铁路产生的谐波及负序电流对电力负荷的影响，合建变电所一般需要设置无功补偿和谐波治理装置。牵引所27.5 kV侧部分线路和设备仍可按电气化铁路常规方案设计。

合建变电所高压侧主接线如图1所示。

1.2 总平面布置

合建变电所高压侧设备采用110 kV GIS组合电器，牵引变压器和电力变压器采用户外低式布置，低压侧设备采用户内布置方式。房屋设110 kV GIS高压室、27.5 kV高压室、35 kV及10 kV高压室、控制室、检修室及生活房屋，采用一层平房布置。本文以该布置方式为例，实际应用中亦可采用其他布置方式。

合建变电所总平面布置图见图2。

1.3 继电保护设计

合建变电所采用综合自动化系统，实现牵引供电及电力系统的控制、保护及变电设备运行状态的监视和报警功能。综合自动化系统基于网络化构成，采用分层、分布式结构，继电保护及自动装置设置如下：

（1）110 kV线路配置三相一次重合闸装置；

（2）110 kV母线配置母线差动保护装置；

（3）110 kV侧配置故障录波器；

（4）牵引变压器设备配置自投装置；

（5）牵引、电力变压器设重瓦斯、纵差动、低电压过流保护，当超温、压力释放跳闸和轻瓦斯、油温过高、油面低时发出告警信号。其中电力变压器保护装置根据电力部门要求可设置双套；

（6）合建变电所馈线侧继电保护可依据牵引供电系统及电力系统的要求分别设置。

图1 合建变电所高压侧主接线

1.4 调度自动化

合建变电所的电力变电设备纳入相应地、区级电力调度管理系统。110 kV牵引变压器间隔电流、有功功率、无功功率、进线侧断路器和隔离开关位置信号、间隔保护动作信号等信息需上传至电力调度系统。合建变电所牵引变电设备及电力系统管辖外的电力变配电设备可由厂矿企业自行调度管理。

1.5 其他系统设计

合建变电所其他系统，如防雷接地、自用电及交直流系统、视频安全监控系统等均可全所统一考虑设计。

2 合建变电所设计接口划分

合建变电所可由电力与铁路设计单位分别设计，可按以下方式进行接口划分。

2.1 电力设计院设计范围

（1）合建变电所接入地区电网的外电工程设计。

（2）110 kV侧进线、母线、牵引变压器进线及其他电力变电一次系统及设备，二次控制保护及设备，计量回路及设备；设备相关的基础、支架、电缆沟、预埋件等土建设计。

（3）电力设备的远动控制及通信设计。

2.2 铁路设计院设计范围

（1）110 kV牵引变压器。包括一次系统及设备、二次控制保护及设备（牵引变压器的差动保护、本体保护、后备保护、备自投装置等）；设备相关的基础（含地基处理）、支架、电缆沟、预埋件等土建设计。

（2）牵引变压器27.5 kV侧线路及相关设备。包括27.5 kV牵引供电系统一、二次设备及开关室、户外构架等；设备相关的基础、支架、电缆沟、预埋件等土建设计。

（3）牵引变电设备的远动控制及通信设计。

2.3 合建变电所公共部分设计

合建变电所防雷及接地系统、自用电系统、交直流系统、视频安全监控系统及合建所内牵引、电力共用房屋、电缆沟、场坪、道路、围墙、大门等可由一家设计单位牵头设计，另一家设计单位提资配合。

图2 合建变电所总平面布置

3 合建变电所优缺点分析

对于厂矿企业建设电气化铁路，牵引变电所与电力变电站合建可以减少牵引变电所外部电源建设成本，所内牵引与电力共用部分一、二次设备，减少了牵引变电所本体的投资；牵引变电所与电力变电站产权同属一家单位，两所合建便于运营维护与调度管理；合建方案具有节省管理/值班人员，减少土地使用成本等优点。但是，合建方案保护配置复杂，对设备可靠性要求较高。另外，由于电气化铁路负荷具有波动性，合建方案会对电力供电的电能质量造成影响，因此合建所需设置功率因数补偿及谐波治理装置。如果电力变电站与铁路产权不统一，合建所还存在产权及调度管理难以清晰分界的问题。

4 结语

针对厂矿企业建设电气化铁路，牵引变电所与电力变电站合建可以大大节省建设成本，同时便于统一管理维护。本文简要介绍了牵引变电所与电力变电站合建的设计方案，为厂矿企业电气化铁路牵引变电所建设提供了一种新思路。同时，在我国电网薄弱地区，亦可采用该方案通过铁路牵引变电所为地方负荷供电。在设计过程中，既要理顺牵引变电系统设计内容，还应注意与电力系统的接口划分，密切做好设计配合，使合建变电所在铁路与电力系统中发挥最大作用。

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In this paper,a joint building design of railway traction substation and local power substation is proposed,and the main wiring,general layout,protective relay and the cooperation mechanism of railway traction and power system are introduced.It is a novel proposal for the design of electrified railway traction substation,which can fully satisfy theneed of railway transportation,meanwhilecut theconstruction cost drastically.

Traction substation;local power substation;combine

U224

A

1007-936X(2017)06-0077-03

10.19587/j.cnki.1007-936x.2017.06.020

郭 亮.中铁工程设计咨询集团有限公司，工程师；

刘 星.中铁工程设计咨询集团有限公司，高级工程师；郭 鑫.中铁工程设计咨询集团有限公司，工程师。

2017-04-25