哈大铁路客运专线牵引电力合建变电所优化设计

辛 宇

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251)

哈大铁路客运专线是东北地区重要的干线铁路，连接了大连、沈阳、哈尔滨三座省会城市，其中原设计在大连地区南关岭车站附近的新大连牵引变电所一座由于10 kV外电源引入困难，加之丹东至大连铁路引入大连枢纽造成的电力供电负荷增加较大等因素，改为牵引电力合建变电所，结合本工程情况，探讨在满足铁路牵引供电和电力供电技术要求的前提下通过优化设计，减少土地资源利用，提高合建变电所技术经济效益的关键问题。

1 电力变接线方式的选择

电力变压器可采用2种接线方式。

(1)直接接于220 kV高压侧。电力变压器直接接于220 kV母线，和牵引变压器并列共用220 kV电源。其优点主要是电源可靠性很高，但《GB—T/6451油浸式电力变压器技术参数和要求》中220 kV电力变压器最小容量为10 MVA，因此若电力变需求容量过小需采用非标设备。另外220 kV侧设置电力变压器受安全净距限制，占地大，需要设置架构多，设备投资也较大。见图1。

图1 电力变压器接于220 kV侧

(2)接于27.5 kV母线。电力变压器接于牵引变压器二次侧，使用27.5/10 kV电压等级的电力变压器分别接于27.5 kV母线上。单相供电方式下无法实现两台电力变压器同时投入。另外由于电力变压器和牵引馈线接于同一母线，机车运行导致的电压波动和产生的谐波会对电力变压器电能质量造成不良影响。其次27.5/10 kV变压器属于非标设备，而配套的断路器隔离开关互感器等设备在设备投资中所占比重相较于变压器并不大，因此设备造价较高。同时采用非标设备可能导致可靠性也有所降低。见图2。

图2 电力变压器接于27.5 kV侧(牵引变压器为V接)

2种接线方式的比较见表1，选择主要受制于2个条件限制。

表1 2种接线方式的比较

(1)运行方式:电力变压器为2台电力变压器采用热备用方式，即2台同时投入，故障情况下单台电力变压器运行变压器，保证一级负荷的用电需求。而牵引变只供给机车牵引负荷，采用一主一备运行方式，不能同时投入。

(2)电力变压器容量:220 kV变压器若小于10 MVA，需要制造厂按照非标设备生产。

哈大铁路客运专线工程新大连变电所其电力变压器容量需求为31.5 MVA，供给整个大连枢纽的通信、信号、消防水泵、站房照明及其他重要负荷，如接入27.5 kV侧电能质量不能满足要求，因此采用直接在220 kV侧装设电力变压器的接线形式。由此带来的满足2台电力变压器同时投运的运行方式要求，对牵引变压器相关部分进行下列修改:

原设计中220 kV电源备投由远动操作1011和1021电动隔开。牵引变压器备投由隔离开关1011和1021及跨条隔离开关1001实现，跨条隔离开关1001处于常分状态，除交叉供电外，跨条两侧并不联通。

合建所设计220 kV电源备投仍然由远动操作1011和1021电动隔开。牵引变压器备投则改由1013、1023隔离开关实现。跨条隔离开关1001处于常合状态，跨条两侧联通并分别接两台电力变压器，如此在不影响牵引变压器一主一备运行方式的前提下，实现了电力变压器并列运行。

2 220 kV室外设备布置

仔细分析不难发现，制约合建变电所的占地的主要控制因素在于变压器布置。变压器布置首先应满足防火距离要求，根据《铁路电力牵引供电设计规范》(TB 10009—2005)规定，220 kV变压器之间防火距离应在10 m以上。即便使用防火隔墙，由于每组V接牵引变压器是由2台单相变组合而成，2组牵引变压器的占地的横向体量达到了50 m，2台电力变压器又各需要增加15 m，再加上变压器架构、变压器到围墙的距离使整个变电所横向体量达到了85 m至90 m且无法进一步缩小，因此减小合建变电所占用土地资源主要应从节省220 kV开关设备纵向占地入手。

除本设计中采用的户外中型布置外，220 kV侧高压设备还可以采用GIS和HGIS设备布置。

(1)GIS设备，即全封闭气体绝缘组合电器，220 kV侧全部开关、互感器、避雷器设备均集成于承压容器内，并充以六氟化硫气体。通常布置在户内，哈大铁路客运专线辽阳牵引变电所即采用户内布置的GIS设备。采用GIS设备占地极小，但设备造价很高。

(2)HGIS设备，即混合式封闭气体绝缘组合电器，在承压容器内集成了采用六氟化硫气体绝缘的断路器、隔离/接地开关等设备，电源进线隔离开关、互感器、避雷器则可采用常规单体设备。占地比GIS设备略大，造价比户外中型布置高，但大大低于GIS设备。

比较3种布置形式(表2)，户外中型布置占地最多;但投资最省，GIS占地最少，投资最高;HGIS则介于两者之间。可靠性方面GIS高于HGIS高于单体设备，但是从运营维护角度考虑，GIS和HGIS设备均为高度集成的气体绝缘开关，一旦出现故障，很难由现场人员直接修复，一般需返回制造厂才能维修。

表2 220 kV侧3种布置形式比较

新大连牵引变电所所处的南关岭地区恰有荒地，且增设电力变压器晚于设备采购，因此采用的是常规的室外中型布置，见图3。

图3 新大连牵引电力合建所总平面布置(单位:mm)

3 结论

土地是不可再生资源，我国耕地资源又极为紧张，牵引电力合建所由于变压器布置的限制横向占地体量已经很大，因此宜结合当地土地资源条件，适当考虑占地和造价比较平衡HGIS设备，在经济发达人口稠密地区也可以采用GIS设备，尽量减少采用单体设备户外布置方式。

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