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電氣化鐵道牽引變電所牽引變壓器容量的分析

(發布日期：2014-5-7 14:00:13) 來源：

一、電氣化鐵道牽引變電所牽引變壓器容量存在的問題
電氣化鐵道牽引變電所牽引變壓器是牽引變電所的心臟，牽引變電所一旦建成，牽引變壓器的容量就會固定不變。但是，由于國民經濟的飛速發展，鐵路通過的列車對數不斷增加，列車運行速度不斷提高，列車載重量不斷增加，牽引變壓器的容量在一定程度上影響了鐵路運輸，要求改善牽引變壓器的容量狀況。下面以隴海線鄭州至潼關段電氣化鐵道牽引變電所牽引變壓器容量狀況為例進行分析探討。
近幾年來，由于國民經濟的飛速發展，鐵路通過的列車對數不斷增加，列車運行速度不斷提高，列車載重量不斷增加，隴海線鄭州至潼關段電氣化鐵道牽引變電所牽引變壓器容量問題更加突出，過負荷跳閘件數不斷增加。由于牽引變電所牽引變壓器容量的限制，牽引變電所斷路器過負荷跳閘，牽引變壓器過負荷跳閘，影響了正常的列車運行，影響越區供電，影響牽引變電所全所停電設備檢修，影響鐵路安全運輸生產。
二、影響電氣化鐵道牽引變電所牽引變壓器容量的原因分析
（１）牽引變壓器容量與列車啟動速度的關系
由于牽引變電所牽引變壓器容量的限制，列車啟動速度過快，造成牽引變壓器過負荷跳閘。列車牽引力（Ｆ）等于列車的加速度（ａ）與列車的質量（ｍ）的乘積，列車的加速度（ａ）越大，列車牽引力（Ｆ）越大，而牽引力（Ｆ）與列車電流（Ｉ）成正比，牽引力（Ｆ）越大，列車電流（Ｉ）取流越大，造成牽引變壓器過負荷跳閘。
（２）牽引變壓器容量與列車載重量的關系
由于牽引變電所牽引變壓器容量的限制，列車的載重量增大，造成牽引變壓器過負荷跳閘。隴海線鄭州至潼關段牽引貨物的噸數由起初的２０００多噸，增加到現在的４０００噸左右，牽引力（Ｆ）與列車的質量（ｍ）成正比，載重量（ｍ）越大，牽引力（Ｆ）越大，而牽引力（Ｆ）與列車取流（Ｉ）成正比，牽引力（Ｆ）越大，列車取流（Ｉ）越大，造成牽引變壓器過負荷跳閘。
（３）牽引變壓器容量與列車運行速度的關系
由于牽引變電所牽引變壓器容量的限制，列車運行速度提高，造成牽引變壓器過負荷跳閘。隴海線鄭州至潼關段列車運行速度由起初的每小時５０多公里增加到現在的每小時１００多公里，列車的牽引力（Ｆ）與列車的運行速度（Ｖ）成正比，列車的運行速度（Ｖ）越大，列車的牽引力（Ｆ）越大，而列車牽引力（Ｆ）與列車取流（Ｉ）成正比，牽引力（Ｆ）越大，列車取流（Ｉ）越大，造成牽引變壓器過負荷跳閘。
（４）牽引變壓器容量與列車通過對數的關系
由于牽引變電所牽引變壓器容量的限制，列車通過對數增加，造成牽引變壓器過負荷跳閘。隴海線鄭州至潼關段每天通過的列車對數由原來的５０多對，增加到現在的１００多對，單位時間內通過的列車對數（ｎ）越大，牽引力（Ｆ）越大，牽引變電所輸出的電流（Ｉ）越大，造成牽引變壓器過負荷跳閘。
（５）牽引變壓器容量與線路坡度的關系
由于牽引變電所牽引變壓器容量的限制，線路坡度大，造成牽引變壓器過負荷跳閘。隴海線鄭州至潼關段觀音堂、三門峽牽引變電所供電區段內線路坡度為千分之十八左右。線路的夾角越大，線路越長，列車牽引力的垂直分力（ｆ１）越大、水平分力（ｆ２）越大。垂直分力（ｆ１）與水平分力（ｆ２）的合力（Ｆ）越大。合力（Ｆ）越大，列車取流（Ｉ）越大，造成牽引變壓器過負荷跳閘。
三、解決電氣化鐵道牽引變電所牽引變壓器容量問題的方法
（１）增大牽引變壓器的容量。
近年來，列車牽引重量增加將近１倍，通過對數增加１倍，運行速度增加將近２至３倍。考慮到列車將來提速到每小時２００公里左右，列車通過對數不斷增加，遠期鐵路高速客運專線的建設，青藏鐵路的開通，未來青藏鐵路的復線建設，亞歐大陸橋鐵路線的建設，作為東西主干線的隴海鐵路，通過列車對數將會大幅度的增加。結合牽引變電所的大修，建議將隴海線鄭州至潼關段鞏縣、洛陽東、觀音堂、三門峽牽引變電所原來兩臺４萬千伏安牽引變壓器更換為兩臺８萬千伏安牽引變壓器。將滎陽、新安縣、義馬、陽店、閿鄉、太要牽引變電所原來兩臺３．１５萬千伏安的牽引變壓器更換為兩臺６萬千伏安的牽引變壓器。
（２）改變供電方式，提高供電臂的電壓水平。增加投資，通過設備大修將隴海線鄭州至潼關段電氣化鐵路的供電方式由原來的直接供電方式和帶吸回裝置的ＢＴ供電方式改建為帶自耦變壓器的ＡＴ供電方式，提高供電臂的電壓水平，改善牽引變壓器容量狀況。但是，由于ＡＴ供電方式的供電臂距離長，不可能全線停電檢修，影響設備檢修，反而影響了列車安全運行，就目前來說，我國還不適宜ＡＴ供電方式的大面積推廣運行。
（３）改變現有牽引變電所的布局，改變牽引變壓器容量狀況，提高大坡度地段牽引供電能力。觀音堂、三門峽牽引變電所供電范圍內線路坡度大，牽引變壓器過負荷跳閘次數多，觀音堂牽引變電所位置不變，將三門峽牽引變電所搬遷至上交口車站，將陽店牽引變電所搬遷至三門峽西站，縮小大坡度線路區段供電臂的距離，減少牽引變電所過負荷跳閘次數，保證越區供電時列車正常運行，保證牽引供電設備的正常檢修。
（４）在線路大坡度地段的分區亭，加裝升壓變壓器，提高供電臂線路末端的電壓水平，改善牽引變壓器容量狀況。
（５）采用兩臺單相變壓器，改變變壓器的接線方式，改變牽引變壓器容量狀況。隴海線一些區段，一個供電臂的電壓超過２９ｋＶ，而另一個供電臂的電壓卻低于２２ｋＶ。采用單相變壓器對供電臂的電壓低、線路坡度大的供電臂，加大變壓器容量，提高變壓器的檔位；對供電臂的電壓高、線路坡度小的供電臂，減小變壓器容量，降低變壓器的檔位。對兩臺變壓器的接線方式，變壓器的一次側的首端一臺接Ａ相，一臺接Ｂ相，變壓器的一次側的末端兩臺接Ｃ相；變壓器的二次側的首端一臺輸出Ａ相，一臺輸出Ｂ相，變壓器的二次側的末端兩臺輸出Ｃ相接地。這相當于牽引變壓器一二次側采用Ｖ型接線，可以減少負序電流對地方供電局系統網絡的沖擊。另外，采用兩臺單相變壓器作為備用變壓器。
（６）對大的車站，大的編組場實行單獨供電，提高所在供電臂末端的電壓水平，解決所在車站上下行分段絕緣器由于電壓差大，引起的上下行分段絕緣器頻繁燒斷的現象，從而改善牽引變壓器容量狀況。
（７）調整斷路器過負荷的整定值，提高斷路器輸出電流的能力，減少斷路器過負荷跳閘次數。
（８）加強設備檢修，提高設備檢修水平。保證一臺牽引變壓器過負荷跳閘，另一臺牽引變壓器及時投入，縮短全所停電時間。
（９）結合線路改造，減小線路的坡度，減少牽引變電所過負荷次數。
（１０）減少列車集中啟動，集中加速，均衡運輸，控制同一供電臂上的列車對數。

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