襄渝铁路(胡家营～达州段)扩能改造电气化工程实施

雷小波，　周丽洁

(中铁西安勘察设计研究院有限责任公司，陕西 西安 710000)



襄渝铁路(胡家营～达州段)扩能改造电气化工程实施

雷小波，周丽洁

(中铁西安勘察设计研究院有限责任公司，陕西 西安 710000)

摘要：襄渝铁路(襄阳至胡家营段)由于和谐号机车的开行牵引定数增加，电力牵引负荷大幅度增长，已经超过原牵引供电系统的设计能力，为确保运输能力需要对牵引供电系统进行适应性改造。采用牵引供电系统仿真计算软件，对牵引变电设备和接触网设备进行了适应性分析和计算，通过制定有效的施工组织计划，圆满完成了改造工程，可以为同类电气化改造工程的实施提供有益的参考。

关键词：牵引供电；电气化；扩能改造；和谐机车

1 概述

襄渝既有铁路东起湖北襄阳，西至重庆，全长895.3 km。1979年建成通车，2011年完成达速改造项目，目前设计时速120 km/h。2009年9月20日，襄(樊)渝(重庆)铁路二线全线建成通车。二线全长507 km，设计时速160 m/h。襄渝线地处我国中、西部地区的结合部，地理位置优越，是我国重要的干线铁路，是川渝地区北上、东出的重要通道。

襄渝线胡家营至达州段既有货物列车采用双SS4型电力机车牵引，牵引定数4 000 t。相邻西康线、阳安线货物列车牵引定数均达到了5 000 t。为使川渝地区进出北、东方向运输能力达到匹配，襄渝线西安铁路局管内胡家营至达州段需开行双HXD1C型电力机车牵引4 500 t(普超5 000 t)货物列车，作为电气化铁路的动力源泉，牵引供电系统也应随之进行适应性改造。

2 铁路运输能力分析

由于襄渝线西安局管内的既有供电设施能力有限，为保证执行铁道部下达的开行4 500 t(普超5 000 t)货物列车的要求，西安铁路局总工室针对变电所供电能力和接触网载流能力专门下发了《关于襄渝线开行双HXD1C机车牵引定数4500吨货物列车运行临时组织措施的通知》(西总电〔2011〕72号)，对增吨列车运行进行了限制(要求每个供电臂只能有1列增吨货物列车运行)[1]。

2013年铁道部做出“两局一线”的运输要求，要求西安铁路局2013年货物发送量年计划达到1亿2 100万t，日均计划装车5 230车；其中，襄渝线分界口日均交接列数：胡家营口下行45列；广元和达州口上半年合计85对(其中第一班广元口12对，达州口24对)、下半年合计88对。而目前胡家营口上下行货物列车对数仅为49对，达州口为50对，整体运量与铁道部运输要求相差甚远。

且西康二线于2013年10月开通。西康线新开行的5 000 t货物列车将通过吕河车站、旬阳车站进入襄渝线，严重超出襄渝线的货物运输能力。

3 牵引供电能力分析

3.1 既有牵引供电设施概况

(1)牵引供电系统采用单相工频50 Hz，25 kV交流制，既有线为直供供电方式，新建的二线为直供加回流供电方式。

(2)襄渝线西安局管内胡家营～达州段共设14座牵引变电所，分别是冷水、蜀河、旬阳、安康东、月河、大竹园、向阳镇、毛坝关、松树坡、官渡、青花、花楼坝、宣汉和蒲家。

(3)仅安康东牵引变电所主变压器为YN，d11接线形式，其它变电所均为三相V/V接线形式，采用固定备用运行方式。

(4)各牵引变电所27.5 kV侧均设置并联电容补偿装置，以提高功率因数，并兼容部分滤波功能。补偿后牵引变电所功率因数均大于0.9。

(5)该区段供电臂长度超过20 km的有胡家营～麻虎上下行、吕河～安康东上下行、毛坝关～新麻柳上行、花楼坝～新毛坝上下行供电臂。

(6)既有线接触网正线采用JTMH-95+TCG-110型全补偿简单链形悬挂；增建的第二线接触网正线采用JTMH-95+CTAH-120全补偿简单链形悬挂。

3.2 牵引供电设施存在的问题

(1)在现有的供电能力下，为了保证顺利开行增吨货物列车，西安铁路局采取了限车的措施，但各牵引变电所主变压器过负荷次数还是明显增多，容量严重不足。其中，旬阳牵引变电所最为严重，仅2012年上半年过负荷跳闸45次，严重影响襄渝线正常的铁路运输。

(2)既有冷水、蜀河、旬阳、月河、大竹园、松树坡、青花7座牵引变电所的地网目前锈蚀严重，回流不畅，经实测接地电阻均大于0.5 Ω，不符合设计规范对牵引变电所接地电阻值的要求。

襄渝线按要求开行双HXD1C型机车牵引4 500 t(普超5 000 t)货物列车，造成牵引负荷上升，牵引电流增大，进而使得既有变电所的地、轨回流都随之增大，造成地网电位进一步升高，对设备的正常运行及工作人员的人身安全造成较大威胁。

(3)正线和站线接触线的严重磨损和偏磨情况，造成导线载流能力降低，机械性能下降，现已不能满足襄渝线按要求开行增吨货物列车的铁路运输需求。

(4)部分区段无回流线约112 km；还有未更新的既有回流线肩架及隧道埋入杆件锈蚀严重，线索断股、接头处所较多。

(5)襄渝既有线避雷器性能差，且部分区段无避雷器，经常发生雷击跳闸事故，严重威胁铁路正常运输安全。

4 牵引供电系统改造方案

4.1 牵引供电系统计算[2-4]

4.1.1 计算条件

(1)机车类型：HXD1C双机，机车功率2×7 200 kW

(2)牵引定数：5 000 t

(3)追踪时分：7 min(上下行均考虑HXD1C双机追踪)

4.1.2 牵引变压器校核容量计算

(1)负荷取值:按上下行货车HXD1C双机7 min追踪运行时的负荷电流并考虑列车带电运行的概率。

(2)牵引变压器过负荷倍数:均取为2.0倍。

4.1.3 牵引网载流量计算

按上下行货车HXD1C双机7 min追踪运行时的20 min有效电流取值。

4.1.4 压损计算

(1)计算牵引网压损时，按上下行货车7 min追踪运行，上下行分开供电进行计算；此时牵引负荷不考虑列车带电运行的概率。

其中，牵引网阻抗计算结果见表1。

表1 牵引网阻抗计算结果　Ω/km

(2)计算主变及系统压损时其负荷与牵引变压器容量计算时计算相负荷取值一致。其中，系统短路容量按照襄渝二线通车时所提供的系统参数中的最小运行方式的系统短路容量估算；牵引变电所功率因数按0.95计算。

(3)供电臂末端牵引网最低工作电压按不低于20 kV考虑。

(4)计算软件采用牵引供电系统仿真计算软件TractPowerEVV[5]仿真计算牵引变电所和接触网的电流、电压、容量等主要技术指标，为牵引变电设备选型、接触网导线选择提供设计依据。其计算流程及仿真计算示意图见图1、图2。

图1 牵引供电仿真计算流程

图2 牵引供电仿真计算示意图

4.1.5 计算结果

(1)供电臂末端牵引网压均大于20 kV。

(2)供电臂20 min电流最大为蒲家牵引变电所蒲家～局界上行供电臂产生的963 A。

(3)计算的主变校核容量均大于变电所主变既有安装容量。

4.2 牵引供电系统改造

4.2.1 改造内容

(1)主变增容:根据牵引供电能力计算结果分析，需对除毛坝关以外的冷水、蜀河、旬阳、安康东、月河、大竹园、向阳镇、松树坡、官渡、青花、花楼坝、宣汉和蒲家这13个主变容量不足的牵引变电所进行主变增容。

(2)所内相应设备改造:改造由于变电所主变增容而引起的变比不能满足要求的电流互感器，额定电流不能满足要求的开关设备，导线载流不能满足要求的主导电回路、母线、穿墙套管及其它相关供电能力与之不能匹配的设施。

改造由于变电所主变增容而引起的蜀河、松树坡、青花这3个牵引变电所供电能力与之不能匹配的110 kV组合电器设备。

(3)接地网地网改造:对冷水、蜀河、旬阳、月河、大竹园、松树坡、青花7座牵引变电所进行整所地网改造。

(4)接触网导线改造:全段既有线正线TCG-110型接触线更换为CTAH-120型，更新由于更换接触线、承力索而引起容量不足的钢筋混凝土支柱、桥钢柱。

(5)更新安康～达州段既有线部分架空地线及接地装置。

(6)贯通胡家营～达州段既有线全段缺失的回流线。

(7)对载流能力不足的供电线进行加强改造：将LBGLJ-185型单支供电线改为2×LBGLJ-185型双支供电线。

4.2.2 施工组织

(1)充分考虑运输需求。由于本线为连接川渝、陕北、华东地区的骨干通道，运输量大、工程质量要求高、工期短，要求既要严格按照工期进行电气化改造，又要保障运输流量。本工程在施工组织中充分利用综合维修天窗、垂直天窗时间，科学合理安排工序，尽量避免交叉施工，采取永临结合的方式，力争在最短时间内一次改造到位，同时调度与施工紧密联系，全面及时掌握施工情况和现场清理工作，确保施工和本线正常行车安全。

(2)过程控制。牵引变电所内部改造，要确保不停电为接触网供电，充分利用两路进线一主一备的运行方式，110 kV侧先改造备用回路，再改造主回路，同时利用移动高压室作为临时过渡措施，将原高压设备退出运行进行停电改造，并与电力部门积极配合，及时验收送电，提高改造效率，确保铁路不间断供电安全。

接触网改造涉及到线内和线外的工作，对运输的影响最为关键，必须提前计划，制订详细的施工要点与顺序，对天窗时间进行有效的排列组合，按照合理批次精确实施，确保工期进度目标实现的同时，保证既有铁路运输安全。

5 结束语

本工程采用了科学的设计手段，对供电能力的适应性进行了充分论证，对改造的内容进行了合理确认，并有效的安排了施工改造和运输组织的实施计划。整个电气化扩能改造工程于2015年12月全部施工完成，施工期间未造成任何行车事故，竣工后该线达到国内同期领先技术水平，目前运营状况良好，供电质量较好，运输能力大大增强。

参考文献

[1]中铁二院西安勘察设计研究院有限责任公司.襄渝线(胡家营～达州)开行4500吨货物列车牵引供电设备改造工程可行性研究[R].西安：中铁二院西安勘察设计研究院有限责任公司，2013

[2]铁道部电气化工程局电气化勘测设计院.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]曹建猷.电气化铁道供电系统[M].北京:中国铁道出版社,1987

[4]李群湛，贺建闽.牵引供电系统分析[M].成都：西南交通大学出版社,2007

[5]李良威，游 霞，邓云川.牵引供电系统计算机仿真技术的研究应用[J].高速铁路技术,2014(3)：72-75

On the Implementation of the Capability-Expanding and Electrical Transformation Project of the Hujiaying-Dazhou Section of the Xiangfan-Chongqing Railway

Lei Xiaobo，Zhou Lijie

( Xi'an Survey and Design Institution Co. Ltd. of China Railway,Xi'an 710000,China)

Abstract:Since the tonnage of the HVD locomotive increases for the Xiang-Yu Railway (Xiangyang to Hujiaying Section),a substantial increase in the electric traction load, the original designed capacity of the power supply system for traction can hardly meet the needs.To ensure the transportation capacity, the power supply system for traction has to be transformed accordingly, in which case the adaptability analyses and calculations are made of the traction substation equipment and the catenary equipment in the paper with the help of the simulation software for traction power supply system.Upon the basis of working out the effective organization schemes for construction,the renovation project is successfully completed.The project may serve as a useful reference for the implementation of other projects of similar types.

Key words:power supply for traction;electrification;capability-expanding transformation;HXD locomotive

收稿日期：2016-02-23

作者简介：雷小波(1982—)，男，工程师，主要从事铁道电气化设计工作651898306@qq.com

DOI：10.13219/j.gjgyat.2016.03.018

中图分类号：U227.8

文献标识码：A

文章编号：1672-3953(2016)03-0066-04