客运专线枢纽牵引变电所27.5 kV侧主接线型式设计

■ 李丽雅

李丽雅：中铁第四勘察设计院集团有限公司，高级工程师，湖北 武汉，430063

广州南站牵引变电所位于新广州枢纽内，是一座大型枢纽牵引变电所，不仅承担武广高速铁路的供电任务，还为与之相连的广州—深圳南延至香港、广州—珠海、贵阳—广州等客运专线、广州动车段开闭所和广州南站内的站线及各车场等设施供电，共计14回馈线。同时，还要考虑未来发展的预留条件。近期，按牵引变电所采用单台单相接线的牵引变压器设计，预留远期改为2台单相牵引变压器组成V/X接线条件。此外，考虑到牵引变电所选址、用地困难，新广州枢纽牵引变电所220 kV和27.5 kV的电气设备采用高可靠性、少维修、免维护的户内安装气体绝缘（GIS）组合电器设备和开关柜，生产房屋按2层楼房设计，并设有半地下电缆夹层。近期所有27.5 kV侧馈线按同一相电供电，远期却不能按同一相电供电。因此，27.5 kV侧主接线型式设计面临开关设备如何配置与布置、房屋大小及楼板孔洞如何预留、如何避免或减少二次工程、二次工程施工时如何完成过渡等问题。根据枢纽总体规划要求，在设计中提出4种方案。

1 方案一： 2×27.5 kV母线不分段运行

设置2台母线分段隔离开关可满足近期由1台1#（或2#）牵引变压器通过开关向全所14回馈线供电。远期当单相接线的牵引变压器改为由2台单相牵引变压器组成V/X接线时，馈线不能按同一相电供电，将此开关分闸，以满足母线分段运行条件（见图1）。该方案接线简单，初期建设投资少，也能满足近远期供电要求。但由于该所馈线多，牵引变压器容量大，动车在紧密运行状态下，27.5 kV侧母线电流超过2 500 A。经调研，国内外目前没有能满足如此大容量的成熟开关设备。

牵引变电所中的牵引变压器采用单相接线是国外高速电气化铁路牵引供电技术的共识和发展趋势，采用单相牵引变压器供电，其接触网的电分相数量是其他接线型式牵引变压器的一半；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考虑，高速铁路的牵引供电系统优先采用单相牵引变压器，在困难条件下，可考虑采用其他接线型式。

2 方案二：2×27.5 kV母线分段运行，牵引变压器27.5 kV侧设置断路器

27.5 kV侧母线开关设备如何配置实际上是27.5 kV侧主接线型式如何确定，这关系到能否采用单台单相牵引变压器接线型式和少维修、免维护的2×27.5 kV气体绝缘（GIS）开关设备，以满足高速铁路高可靠性的供电要求。为此，从供电的运行方式、设备保护设置的安全可靠性等方面对单相牵引变压器27.5 kV侧主接线型式进行专题研究，提出2个解决问题方案，即方案二和方案三。

方案二取消母线分段隔离开关，母线分段运行，牵引变压器27.5 kV侧设置断路器（见图2）。但1#牵引变压器27.5 kV侧的2台断路器开关柜（或2#牵引变压器2台断路器开关柜）在牵引变压器故障跳闸时动作不能同期，存在毫秒级的时间差，但不会影响设备运行。

图1 27.5 kV侧主接线型式设计方案一

图2 27.5 kV侧主接线型式设计方案二

3 方案三：2×27.5 kV母线分段运行，牵引变压器27.5 kV侧不设置断路器

方案三同方案二，也取消了母线分段隔离开关，母线分段运行，但牵引变压器27.5 kV侧不设断路器，因此不存在牵引变压器保护跳闸动作不同期的问题（见图3）。与方案二相比较，方案三对馈线后备保护少了一级，由牵引变压器高压侧220 kV做馈线后备保护，牵引变压器220 kV侧倒闸次数增加，对全所供电有影响，降低了供电的可靠性。

4 方案四： 2×27.5 kV母线设置隔离开关分段运行

考虑到远期馈线不是同相电供电，方案二虽然供电可靠性较高，但两段母线所带馈线负荷差别较大，因此考虑将母线通过4台隔离开关分为3段，即方案四（见图4）。

根据牵引网近远期供电规划，将各馈线位置在不影响进出线敷设的前提下进行了调整。近期，分别将母线I段和II段之间的隔离开关合闸，母线II段和III段之间的隔离开关分闸，1#牵引变压器27.5 kV侧1台断路器开关（或2#牵引变压器27.5 kV侧1台断路器开关）向I段和II段母线供电，III段母线由1#牵引变压器27.5 kV侧另1台断路器开关（或2#牵引变压器27.5 kV侧另一台断路器开关）供电，使其各段母线的负荷均匀。远期，当单相接线的牵引变压器改为由2台单相牵引变压器组成V/X接线时，分别将母线I段和II段之间的隔离开关分闸，母线II段和III段之间的隔离开关合闸，1#牵引变压器27.5 kV侧断路器开关（或2#牵引变压器27.5 kV侧断路器开关）向I段母线供电，II段和III段母线由新增的3#牵引变压器27.5 kV侧断路器开关（或4#牵引变压器27.5 kV侧断路器开关）供电。

虽然初期建设一次性投资较高，但方案四不仅能满足近远期枢纽牵引网供电规划，而且解决了开关设备容量不匹配的问题，使单相接线的牵引变压器能顺利得到应用。在远期改造工程中，室外仅需在预留的牵引变压器位置上安装新增牵引变压器，分别将既有1#和2#牵引变压器27.5 kV侧的电缆头各拆除一组，与新增变压器连接即可完成，而室内27.5 kV侧设备没有二次工程。由于牵引变压器是按一主一备运行，因此整个改造工程没有过渡工程，对枢纽内各客运专线和各站线的正常供电没有影响，提高了供电的可靠性。

5 结束语

图3 27.5 kV侧主接线型式设计方案三

图4 27.5 kV侧主接线型式设计方案四

枢纽牵引变电所27.5 kV侧主接线不同于干线牵引变电所27.5 kV侧主接线，其设计应根据所在枢纽的电气化牵引网近远期规划，结合现场和电气设备等具体情况，综合考虑各方面因素。第一，设计应纳入枢纽电气化总体规划；第二，馈线分布应合理使所外供电线尽量避免交叉；第三，尽量避免或减少二次工程；第四，主接线不但能在正常情况下保证供电，而且在某些设备（如馈线开关或母线等）故障检修时，均能保证为枢纽牵引网供电。

[1]曹建猷. 电气化铁道供电系统[M]. 北京：中国铁道出版社，1983

[2]电气化铁道设计手册 牵引供电系统[M]. 北京：中国铁道出版社，1988

[3]钱立新. 世界高速铁路技术[M].北京：中国铁道出版社，2003

[4]贺威俊，高仕斌，张淑琴，等.电力牵引供变电技术[M]. 成都：西南交通大学出版社，1998