牵引变电工程的优秀解决方案

4.3.1.1　变压器接线形式

从减少接触网电分相数量、有利于高速列车运行、牵引变压器容量利用率高、牵引变电所结构简单及投资少等角度来看，高速铁路的牵引供电系统优先采用单相牵引变压器。具体需要结合工程需求和所在电网的外部电源条件合理采用变压器接线形式。

根据地方供电电源情况，武广高铁在湖北省、湖南省境内的牵引变电所牵引变压器采用两台单相变压器组成V/X接线形式，在广东省范围内采用单台单相牵引变压器接线形式。这两种接线的牵引变压器采用次边带中性点的变压器，从而取代牵引变电所每回馈线需设置一台自耦变压器。这不仅满足铁路供电的要求，而且节省占地面积、减少设备投资一个亿。具体变压器接线形式如下。

1）单相牵引变压器27.5kV侧主接线形式

广东省范围内牵引变电所单相牵引变压器27.5kV侧主接线形式采用两台单相变压器组成V/X接线形式的27.5kV侧主接线形式，使通过开关设备的电流减少，解决了国际上没有开关设备不能满足在高速大牵引负荷下供电的要求的先例，实现创新采用单台单相牵引变压器接线形式和引进能满足高速铁路供电高可靠性要求的六氟化硫气体绝缘（GIS）开关设备。不仅给将来运营发展预留扩容条件，而且避免了二次工程，同时使武广高铁的牵引变电所27.5kV接线形式统一化、标准化。

2）自耦变压器备用方式及安装方式

分区所、AT所自耦变压器均固定备用，一台故障另一台自动投入，避免影响线路运行。自耦变压器绝缘安装并设置差动和碰壳保护，避免自耦变压器故障引起变电所馈线跳闸，扩大停电范围。

4.3.1.2　新型的高铁AT牵引网供电臂接线方式

供电臂接线方式是牵引变电所馈线供电区段内的AT所和分区所的主接线包括本牵引变电所馈线接线方式的组合。

武广高铁的牵引变电供电臂接线方式见图4.55。牵引变电所2×27.5kV上下行供电线之间设置联络电动隔离开关，不但实现上下行断路器、开关及供电线间的互为备用，而且在该牵引变电所因故退出运行时，上下行供电线之间设置联络电动隔离开关闭合可使越区供电的末端电压得到改善。分区所同一供电臂的上下行馈线分别通过断路器、隔离开关接入并联母线；两台互为备用的自耦变压器各通过断路器、隔离开关接入并联母线；不同供电臂的并联母线之间通过电动隔离开关可实现越区供电。AT所的上下行馈线分别通过断路器、隔离开关接入并联母线；两台互为备用的自耦变压器各通过断路器、隔离开关接入并联母线。

正常供电（非越区供电）运行时保护配置，牵引变电所馈线设置一段距离保护、低电压过电流、电流增量（高阻）保护；分区所和AT所进设失压保护。非正常供电（越区供电）运行时保护配置，牵引变电所馈线设置二段距离保护、低电压过电流、电流增量（高阻）保护；AT所进设失压保护、分区所非越区区段设置失压保护，越区区段设置一段距离保护、低电压过电流、电流增量（高阻）保护。自耦变压器设置瓦斯报警、瓦斯跳闸、油温过热报警、油温过热跳闸、过负荷保护、差动保护及碰壳保护。该接线方式在满足供电并联运行方式要求前提下，其接线简捷，设备配置少，各所保护设置简单，易配合。

图4.55　牵引网供电臂接线图

4.3.1.3　新型设备选型的集成化、小型化工程解决方案

全线牵引变电所、开闭所、分区所、AT所2×27.5kV和1×27.5kV的电气开关设备采用了能满足高速铁路供电高可靠性要求的六氟化硫气体绝缘（GIS）开关柜设备，该设备相对其他户外布置和户内网栅间隔布置设备比较，具有不受操作环境影响、维护工作量小、占地面积小的特点，使变电设备集成化、小型化，节约了建设用地。(www.xing528.com)

考虑牵引变电所选址、用地困难，广南（新广州）牵引变电所220kV的电气设备也采用可靠性高、维护工作量小、占地面积小的六氟化硫气体绝缘（GIS）组合电器设备。

4.3.1.4　先进的控制保护装置

牵引变电所、开闭所、分区所、AT所控制保护装置采用适合高速铁路列车负荷特性的全微机综合自动化系统和安全监控系统，为变电所、分区所和AT所无人值班创造了条件。

4.3.1.5　牵引变电设备接地装置与综合接地

为确保人身和设备安全，使接地系统安全可靠性更高，牵引变电所、分区所、AT所接地装置通过钢轨回流接地线与钢轨扼流线圈所相连的线路贯通综合接地相连，牵引变电所、分区所、自耦变压器所接地装置纳入综合接地系统可有效降低牵引变电所、分区所、自耦变压器所接地电阻，对一些高土壤电阻率地区，接入综合接地系统，可减少工程投资，同时接地装置材料采用耐腐蚀的铜质材料，使接地系统安全更可靠。

4.3.1.6　优化设计牵引网故障测距方法

2×25kV牵引网故障测距方法设计首次创新采用了“AT中性点吸上电流比”法和电抗法进行测距，两种故障测距方式组合判断，从而达到快速查找故障目的，提高维护管理水平。

4.3.1.7　加强牵引供电电缆的安全使用和监测手段

武广高铁工程第一次大量采用牵引供电馈线电缆，该电缆及其电缆终端接头的结构新颖且属于电气化专用型号。供电馈线地处接触网架空导线附近，且平行架设较多，感应电压、涡流的影响较大，而且轨道回流接地作为工作回路使用在电气化铁路环境中，导致电缆外壳成为电流通道的可能性很大。

（1）应采用单点接地的要求并按照感应电压限值控制电缆分段的长度。对27.5kV专用单芯结构的电缆，配套的电缆固定方式、接头工艺、安装也相对非常重要。

（2）首次采用电缆温度在线监测装置，确保施工调试期间和运营后的使用安全。

牵引供电的电缆设备在长期的高压运行环境中可能会因老化而发热引起火灾或故障。特别是中间连接头的制作工艺如果质量不高，电缆受到外部机械创伤或者长期过负荷运行也同样会造成电缆故障率的升高。温度升高是电缆故障前兆的重要特征，在武广高铁工程的牵引供电电缆的馈线端，均增设了电缆温度在线监测装置。

（3）加强供电远动系统监控模式。供电远动系统采用牵引供电和电力综合监控系统（SCADA），以适应高速铁路运营管理模式，满足高速铁路供电系统调度指挥需求，为其供电系统运行管理提供了安全、可靠、高效的指挥保证。