维持大秦线接触网电压水平的方案探讨

周吉

(太原铁路局供电处，山西 太原 030013)

维持大秦线接触网电压水平的方案探讨

周吉

(太原铁路局供电处，山西 太原 030013)

针对大秦线3万吨重载组合列车运行试验，对大秦线牵引供电能力现状进行调查，分析大秦线接触网电压水平影响重载列车电力机车运行的因素，制定了调节牵引主变压器分接开关、适时投退电容补偿装置的解决方案，以满足3万吨重载组合列车试验期间大秦线接触网电压偏高或偏低的问题。

大秦线；网压；3万吨

1 前言

随着我国经济的快速发展，对能源需要量巨大，根据我国实际情况，煤碳资源地主要在西部地区，西煤东运的任务将会越来越繁重。大秦线承担着西煤东运的主要任务，为保障煤碳运输通路的畅通，确保东部地区的煤碳供给，大秦铁路运输能力快速提升迫在眉睫。为提高大秦线运输能力，太原铁路局于2014年初在大秦线组织进行3万吨重载组合列车运行试验。由于大秦线的接触网电压受地方供电系统供电质量的制约，个别区段接触网电压偏低、波动较大，有的区段受再生能源的影响，网压抬高。接触网电压不论偏高，还是偏低，都影响到电力机车的正常运行，特别是重载列车通过时，受网压波动影响更加明显。因此，如何维持接触网电压水平，是保证3万吨重载组合列车试验成功必须解决的课题。

2 现状调查

2.1 大秦线接触网电压现状

2014年2月份，我们对大秦线各牵引变电所系统电压、电流；母线电压、电流；供电臂末端电压、穿越电流进行了连续监测。发现存在以下问题：

2.1.1 东城乡变电所电压波动情况

东城乡变电所110kV进线电压IAB最高116.4kV，最低104.2kV；IBC最高118.2kV，最低99kV；ICA最高115.1kV，最低103.7kV。55kV母线T座电压最高54kV，最低46kV；M座电压最高55kV，最低48.8kV。东城乡-三分沟供电臂末端的三分沟分区所电压最高29kV，最低21.2kV。东城乡变电所110kV进线电压和55kV母线电压波动均超过10%。

东城乡变电所的上级电源系统容量较小，受牵引负荷影响电压波动较大。一旦负荷较大时，三分沟分区所末端电压波动出现过低的情况，通过监测发现最低时可下降至21.5kV，电力机车发出转矩受限信号。

2.1.2 下庄变电所电压波动情况

下庄变电所110kV进线电压较高，IAB最高122kV，最低110kV；IBC最高123kV，最低106kV；ICA最高116kV，最低103kV。55kV母线T座电压最高56.5kV，最低50kV；M座电压最高58.6kV，最低50.8kV。下庄-铁炉村供电臂末端分区所电压最高30kV，最低28kV。下庄变电所110kV进线电压IAB、IBC和55kV母线电压波动均超过10%，铁炉村分区所末端最高电压达到30kV。

下庄-铁炉村分区所之间为长大下坡道，列车运行在该区段时要进行制动，而和谐号电力机车制动时产生再生功率，回馈至接触网，导致末端电压抬高存在电压过高的情况。如果开行3万吨重载列车，电压波动将更加剧烈。

如何解决上述两个牵引变电所电压波动幅度大，以及供电臂末端电压过低和过高的问题，是保证3万吨重载列车试验顺利进行需要解决的课题。

2.2 3万吨试验牵引电力机车

3万吨组合列车重载试验列车编组为HXD10066B + SY997745 + C80 × 105辆 + HXD10001A + C80 × 105辆 + HXD10069A + C80 × 105辆 + SS4G0862A，总编组辆数320辆(其中机车4台，试验车1辆)牵引重量：31500吨。牵引机车以HX1车型为主。查阅HX1机车维护手册得知：该机车在网压30kV时功率开始下降，达到31kV牵引封锁，高于31kV超过1s跳闸；22.5kV时开始转矩受限，19kV时只能输出80%功率，17.5kV时牵引封锁，低于15kV超过1s跳闸。

从监测数据看，三分沟分区所末端电压最低已经达到21.2kV，铁炉村分区所末端电压最高已经达到30kV，两所末端电压已经处于影响HX1机车正常工作的临界值。

2.3 主变压器现状

东城乡变电所主变压器为斯科特接线主变压器，额定容量75MVA，主变压器分接开关运行档位处于1档，对应变比为2.1。

下庄变电所主变压器斯科特接线主变压器，额定容量63MVA，主变压器分接开关运行档位处于3档，对应变比为2.0。

斯科特接线主变压器分接开关位置和对应变比为：1档-变比2.1、2档-变比2.05、3档-变比2、4档-变比 1.95、5档-变比1.9。

3 方案制定

为了限制东城乡、下庄变电所的电压波动幅度，有效的提高东城乡-三分沟供电臂的末端电压，降低下庄-铁炉村供电臂的末端电压，使供电臂电压处于保证HX1电力机车可靠运行的范围之内，对可能影响接触网电压水平的各个环节进行了分析，制定了调节牵引主变压器分接开关配合投退电容补偿装置的措施，以维持重载列车通过时的接触网电压水平，从而为3万吨重载试验提供可靠的供电保障。

3.1 调节牵引变压器分接开关对电压的影响

东城乡变电所主变压器分接开关运行档位处于1档，55kV母线(T座)最高电压54kV，最低电压46kV。末端三分沟分区所电压最高29kV，最低21.2kV。若分接开关调至2档，则55kV母线最高电压变为：54×2.1÷2.05=55.3kV；最低电压变为：46×2.1÷2.05=47.1 kV。供电臂末端三汾沟分区所最高电压为29.65 kV，最低电压为23.05kV。若分接开关调至3档，则55kV母线最高电压变为：54×2.1÷2=56.7kV；最低电压变为：46×2.1÷2=48.3kV。供电臂末端三分沟分区所最高电压为30.35kV，最低电压为23.65kV。

下庄变电所主变压器分接开关运行档位处于3档，55kV母线(T座)最高电压56.5kV，最低电压50kV。末端铁炉村分区所电压最高30kV，最低28kV。若分接开关调至2档，则55kV母线最高电压变为：56.5×2÷2.05=55.1kV；最低电压变为：50×2÷2.05=48.8kV。供电臂末端铁炉村分区所最高电压为29.3kV，最低电压为27.4kV。若分接开关调至1档，则55kV母线最高电压变为：56.5×2÷2.1=53.8kV；最低电压变为：50×2÷2.1=47.6kV。供电臂末端铁炉村分区所最高电压为28.65kV，最低电压为26.8kV。

3.2 投退电容补偿装置对电压的影响

上述数据监测和分析都是在变电所电容补偿装置投入运行情况下进行的，通过在变电所进行现场试验，发现电容补偿装置退出运行时，变电所母线电压能够降低1kV左右；电容补偿装置投入运行后，变电所母线电压则升高1kV左右。投入或退出电容补偿装置，对网压造成影响是升高或降低0.5kV左右。

3.3 确定方案

3.3.1 东城乡变电所电压调节方案

将主变压器分接开关由“1”档调至“3”档，母线电压升高2kV左右，供电臂末端电压可抬高1kV左右。监控末端三汾沟分区所的电压，当牵引负荷较低，末端电压升高超过29kV时，退出电容补偿装置使电压下降；当牵引负荷上升，母线电压下降，末端电压低于23kV时，投入电容补偿装置。将末端网压波动幅度控制在23～29kV范围之内。

3.3.2 下庄变电所电压调节方案

将主变压器分接开关由“3”档调至“1”档，退出电容补偿装置，供电臂末端电压可下降1.5kV左右。监控末端铁炉村分区所的电压，当牵引负荷上升，母线电压下降，末端电压低于25kV时，投入电容补偿装置；当末端电压升高至接近29kV时，退出电容补偿装置使电压下降。将末端网压波动幅度控制在25～29kV范围之内。

4 方案实施

根据上述实施方案，2014年2月利用天窗停电时间对东城乡、下庄变电所主变压器分接开关进行了相应的调节。3月7日，太原铁路局在大秦线进行了3万吨组合列车在长大下坡道一个供电臂内网压抬升模拟试验，3月21日在大秦线进行了2.3万吨列车运行试验，3月27日进行了2.9万吨重载组合列车运行试验，4月2日进行了3万吨重载组合列车试验等一系列重载试验，均取得了圆满成功。

3月7日大秦线3万吨组合列车在长大下坡道一个供电臂内网压抬升模拟试验数据监测情况：

车次：77107

机车：HXD10073+HXD10175

运行区段：湖东-茶坞间

开车点：2014年3月7日5:10

到达点：2014年3月7日10:26

开车前网压情况：27.8kV(停车，无牵引力)

开车时网压情况：27.8kV(运行，牵引工况)

进入三汾沟-东城乡间(94km处)网压情况：25kV

进入下庄-茶坞供电臂网压情况：28.5kV(稳定)(运行、再生工况)

图1 试验列车发车时网压监测图像

图2 试验列车通过下庄-茶坞供电臂时网压监测图像

每次试验时，在试验列车途径的各个变电所、分区所都安排专人进行负荷监测，及时收集运行数据。试验列车通过时，对变电所主变一、二次电流、电压，以及馈线电流、电压，分区所末端电压、穿越电流等数据进行了全过程监测记录(试验数据如表1～表3所示)。

表1 3月21日大秦线的2.3万吨试验数据

表2 3月27日大秦线2.9万吨组合列车试验数据

表3 4月2日大秦线3万吨组合列车试验数据

试验过程中，在下庄变电所、铁炉村分区所、东城乡变电所、三汾沟分区所安排了网压调控小组，对东城乡-三汾沟、下庄-铁炉村间的接触网电压进行监测调控。实时观测变电所母线电压、馈线电流和分区所的末端电压。根据电压变化情况及时投入或退出电容补偿装置。网压调控小组随时与添乘试验列车的人员联系，掌握试验列车运行中监测到的异常情况。试验列车在通过三分沟-东城乡供电臂时，在网压下降到23kV时及时投入了电容补偿装置；通过铁炉村-下庄供电臂时，在电压升高到29kV时及时退出了电容补偿装置。有效的维持了接触网电压水平。

通过采取上述措施，从4次试验结果数据分析，在2.3万吨、2.9万吨、3万吨重载列车试验过程中，大秦线电压波动幅度较大的三分沟-东城乡、铁炉村-下庄供电臂未出现电压过高或电压过低的现象，电压波动全部控制到HX1机车运行允许的范围之内，为3万吨重载列车试验提供了可靠的供电保障。

5 结论

通过调节牵引变压器分接开关和适时投切电容补偿装置，在重载试验列车通过的过程中，东城乡-三分沟供电臂末端最低电压提高了1.5kV、下庄-茶坞供电臂最高电压下降了2kV，确保了3万吨重载组合试验列车的成功开行。

Discussion on Maintaining Daqin Line Contaction Voltage Level Plan

ZHOUJi

(Power Supply Department of Taiyuan Railway Bureau,Taiyuan 030013,China)

For the heavy load combination train running test of thirty thousand tons of Daqing train line,make an investigation on the traction power supply ability status of Daqin line,analyze the contact network voltage level to affect the heavy load train electric locomotive running factors,make the branch switches of the requlating tractive main trunsformer,carrying out batching solution of the capacity compensating system to meet the proplems of astable voltage of Daqin line during thirty thousand ton heavy load combination train test.

Daqin railway line；network voltage;30 thousaud tons

TM72

B

2014-02-15

周吉(1963-)，山西大同人，太原铁路局供电处，高级工程师。