内蒙古伊泰准东铁路牵引供电系统方案研究

郭 生

(内蒙古伊泰准东铁路有限责任公司，内蒙古鄂尔多斯 010300)

1 准东铁路路网概述

伊泰集团铁路以准东一期铁路为主干通道向周围延伸，与准东一期铁路周家湾站、虎石站接轨的铁路较多，有呼准铁路、呼准二线、酸周线、准东二期、准东一期重车线等，暂且将上述铁路组成的铁路网称为“准东铁路路网”(如图1所示)。

2 原牵引供电系统及运行情况

准东一期铁路(全长72 km):牵引网采用AT供电方式，设有福兴城牵引变电所和薛家湾、海子塔、沙圪堵、西营子四座AT所。外部电源供电方案:由薛家湾220 kV地区变电站和沙圪堵220 kV地区变电站各出一回110 kV电源。本线于2005年进行电气化改造，至今已运行接近四年。

准东二期铁路(全长60 km):牵引网采用AT供电方式，设有暖水牵引变电所和虎石、狮子岭、公沟、准格尔召四座AT所。根据电力部门提供的资料，外部电源供电方案为:由杨四海220 kV地区变电站和神山110 kV地区变电站各出一回110 kV电源。本线当时正处于施工阶段，牵引变电所场坪已经完成，外部电源的供电方案即将实施。

酸周线(全长26 km):牵引网采用带回流线直接供电方式，设有大饭铺牵引变电所。外部电源供电方案:由薛家湾220 kV变电站和酸刺沟煤矿变电站各出一回110 kV电源，本线于2008年底开通运行。

呼准线(全长124 km):牵引网采用带回流线直接供电方式，设有官牛犋、托克托、王气三座牵引变电所。

准东一期重车线(全长60 km):已完成定测，根据初步设计，牵引网供电方式采用AT供电方式;新建沙屹堵北一座牵引变电所，新建周家湾、巴润哈岱、D1K26+200、DK48+000、虎石5座 AT 所。

呼准二线(全长120 km):已完成初测。

准东铁路路网供电设施分布既有(设计)如图2所示。

近几年伊泰集团铁路发展较快，路网中的每段铁路不是同一时期修建，牵引供电设施相对分散，从整体来说不太合理，主要表现在:

①准东一期铁路现在的实际运量超出设计运量，供电能力不足。

②周家湾、虎石站为路网的“枢纽”站，但供电能力没有相互支援，供电的可靠性较差;各牵引变电所的供电臂长度不均衡，牵引变电所越区供电较为困难。

③牵引供电系统没有为即将实施的呼准二线、塔拉壕矿区专用线及规划中的准东二期复线预留供电条件，将造成电气化工程重复建设。

综上述对准东铁路路网牵引供电系统的分析，本次研究的供电方案是对路网进行总体规划，统筹考虑，根据路网总体规划和近期需要设置牵引变电所，并优先在两个“枢纽站”(周家湾、虎石)设牵引变电所，以提高枢纽站的供电可靠性和相邻牵引变电所供电能力的相互支援。

图1 伊泰集团准东、呼准铁路示意

图2 准东铁路网既有供电设施分布

3 牵引供电方案研究

3.1 牵引网供电方式

从构成路网的铁路牵引负荷和外部电源具体情况分析，构成路网的铁路均地处电源稀少地区，又是开行重载列车的线路，同时准东一期铁路、准东二期铁路采用AT供电方式。因此，牵引网供电方式优先采用供电能力强、外部电源投资少的AT供电方式，与路网衔接的专用线和其他支线可根据其牵引负荷和运营要求，采用带回流线的直接供电方式。

3.2 牵引变电所及AT所的分布方案

牵引网供电方式优先采用AT供电方式，牵引变电所分布按路网总体规划和近期需要设置，优先在两枢纽站(周家湾、虎石)设牵引变电所，同时考虑牵引变电所供电能力相互支援的原则，提出如下供电方案:

新建周家湾、虎石两座牵引变电所，新建巴润哈岱、沙圪堵北、DK29、DK50、郭家梁4座AT所，利用既有准东一期铁路沙屹堵、海子塔2座AT所，将福兴城牵引变电所改造为AT所。

将准东二期设计的暖水牵引变电所移至公沟，牵引变电所场坪可利用原设计公沟AT所场坪进行扩充，原设计中的公沟AT所移至暖水，虎石至狮子岭段改由新建虎石牵引变电所供电。

3.3 供电计算条件

(1)列车对数

根据行车专业提供的资料，准东一期铁路增建重车线后闭塞方式改为自动闭塞，周家湾至虎石区段的列车对数如表1。

表1 周家湾至虎石区段列车对数

(2)牵引变压器安装容量

新建周家湾、虎石牵引变电所按三相V/X接线牵引变压器设计，牵引变压器安装容量依据TB/T165—1996规定计算，按近期追踪间隔12 min进行校核，变压器过负荷能力按100%计算。经计算:虎石、周家湾牵引变电所安装容量均为2×(20+25)MVA，供电臂末端最低电压按远期10 min追踪间隔进行校核，能够满足牵引供电的要求。

公沟牵引变电所按三相V/X接线牵引变压器设计，牵引变压器安装容量依据TB/T 165－1996规定，按近期运量需要，变压器过负荷能力100%计算，确定安装容量为2×(16+16)MVA;供电臂末端最低电压按远期需要进行校核，满足牵引供电的要求。

3.4 正常运行及故障运行下的供电能力分析

(1)牵引变电所的馈线设置

周家湾牵引变电所:共设置5条馈线，1号馈线为准东一期福兴城至周家湾段供电，2号馈线为重车线DK29至周家湾段供电，3号馈线为周家湾车站及周家湾至薛家湾段供电，4号馈线为周家湾车站机务段供电，5号馈线预留为即将实施的呼准二线供电。

虎石牵引变电所:共设置5条馈线，1号馈线为准东一期福兴城至虎石段供电，2号馈线为重车线DK29至虎石段供电，3号馈线为虎石车站及虎石至西营子段供电，4号馈线为准东二期虎石至狮子岭段供电，5号馈线预留为规划的准东二期复线供电。

公沟牵引变电所:共设置5条馈线，1号、2号馈线分别为准东二期公沟至准格尔召段及公沟至狮子岭段供电，3号、4号、5号馈线预留为规划的准东二期复线及公沟接轨的塔拉壕矿区专用线供电。

(2)牵引网正常运行状态

牵引网正常运行时:准东一期福兴城至周家湾段及重车线沙圪堵北+9 km至周家湾段由周家湾牵引变电所供电，周家湾车站及周家湾至薛家湾段由周家湾牵引变电所单独出馈线供电。

准东一期福兴城至虎石段及重车线沙圪堵北+9 km至虎石段由虎石牵引变电所供电，虎石车站、虎石至西营子段及准东二期虎石至狮子岭段由虎石牵引变电所分别单独出馈线供电。

准东二期狮子岭至准格尔召段由公沟牵引变电所供电。

(3)故障运行下的供电能力分析

根据相邻牵引变电所的供电范围，为提高整个路网牵引供电系统的供电可靠性和灵活性，提出如下可行的站场供电相互支援方案和牵引变电所越区供电方案。

①虎石站供电支援方案

闭合隔离开关1、2，由公沟牵引变电所为虎石站供电。

闭合隔离开关3、5，由周家湾牵引变电所为虎石站供电。

闭合隔离开关4、6，由周家湾牵引变电所为虎石站供电。

②周家湾站供电支援方案

闭合隔离开关6、7，由虎石牵引变电所为周家湾站场供电。

闭合隔离开关5、8，由虎石牵引变电所为周家湾站场供电。

闭合隔离开关9，由大饭铺牵引变电所为周家湾站场供电。

如有条件，可由呼准铁路或大准铁路越区供电。

③牵引变电所的越区供电

越区供电的条件:一列车运行至供电臂末端时，最低电压不低于19 kV，对公沟、虎石、周家湾牵引变电所分别解列时，提出如下越区供电方案。

公沟牵引变电所解列:闭合隔离开关1，由虎石牵引变电所越区供电。

虎石牵引变电所解列:

闭合隔离开关1，由公沟牵引变电所越区为狮子岭至虎石段供电。

闭合隔离开关5，由周家湾牵引变电所越区为沙屹堵北+9至虎石段供电。

闭合隔离开关6，由周家湾牵引变电所越区为福兴城至虎石段供电。

周家湾牵引变电所解列:

闭合隔离开关9，由虎石牵引变电所越区为沙屹堵北+9至周家湾段供电。

闭合隔离开关6，由虎石牵引变电所越区为福兴城至周家湾段供电。

闭合隔离开关9、10，由大饭铺牵引变电所越区为周家湾站场及周家湾至薛家湾段供电。

闭合隔离开关11，由呼准线官牛犋牵引变电所越区为周家湾站场及周家湾至薛家湾段供电。

周家湾至薛家湾段:

周家湾至薛家湾段可闭合隔离开关7、9或8、9，由虎石牵引变电所越区供电，也可闭合隔离开关9、10，由大饭铺牵引变电所越区供电。如有条件也可由呼准铁路或大准铁路越区供电。

3.5 电能质量分析及补偿措施

(1)在牵引变电所设置兼具滤波功能的无功补偿装置。为提高牵引变电所功率因数，并吸收部分三、五、七次谐波，新建周家湾、虎石、公沟牵引变电所两供电臂均设置动态无功补偿装置，补偿后的牵引变电所高压侧月平均功率因数达到0.9以上。

(2)牵引变电所外部电源进线采用相序轮换的方式接入电力系统。

(3)牵引变电所主变压器采用三相V/X接线。新建二线后，行车量较大，两供电臂负荷均匀，采用三相V/X接线变压器，其不平衡系数为0.5。

3.6 主要技术标准

研究方案主要技术技术指标见表2、表3。

表2 推荐方案主要技术技术指标(近期12 min)

表3 推荐方案主要技术技术指标(远期10 min)

4 主要工程数量比较

根据上述供电方案，对原设计(既有)供电设施和本次设计牵引供电设施的主要工程数量进行比较。

(1)牵引变电所:原设计(既有)需要新建牵引变电所两座，增容改造一座，本次设计或规划新建牵引变电所两座，改移一座。

(2)AT所:原设计(既有)需要新建AT所9座，本次设计或规划新建AT所8座，利用既有两座。

(3)根据电力系统的资料，新建虎石、周家湾牵引变电所周围可供电的电源点较多，110 kV线路投资较原设计重车线沙屹堵北牵引变电所增加不多，将暖水牵引变电所改移至公沟，外电引入工程也变化不大，唯一就是周家湾、虎石牵引变电所投入运行后，造成福兴城牵引变电所的废弃。

(4)原福兴城牵引变电所两条110 kV电源，其中一条路经本次规划研究的周家湾变电所，可以在福兴城牵引变电所处短连，周家湾牵引变电所处破口接入周家湾牵引变电所。

(5)拟建的虎石35 kV变电所可利用牵引变电所的110 kV线路改建为110 kV(110/10)变电所，可减少两条35 kV线路建设投资。

5 结论

本次研究方案新建周家湾、虎石两座牵引变电所，迁移原准东二期设计的暖水牵引变电所至公沟，封存福兴城牵引变电所。牵引供电系统能够满足路网内各条铁路的牵引供电需求，解决既有准东一期铁路供电能力不足和枢纽站(周家湾、虎石)供电可靠性差的问题，并预留路网远期规划和专用线接入的供电条件，牵引供电系统具有较强的供电独立性和灵活性，又具有较强的统一性，正常运行时各自独立，故障运行时相互支援，可为准东铁路路网提供可靠的供电能力保证。

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