既有红柠铁路牵引供电系统能力提升改造设计注意事项和应用

龚雪梅

(中铁第五勘察设计院集团有限公司,北京 102600)

1 引言

牵引供电系统是铁路安全运行的保证，但随着运量的提升或者运行的电力机车编组方式变化，部分老旧铁路的牵引供电系统已不能满足机车的正常运行，存在过负荷或者跳闸现象，急需对牵引供电系统进行改造，以适应目前铁路的运量和保证机车的正常运行。本文通过对既有红柠电气化铁路牵引供电系统能力提升改造的分析，提出一些改造设计注意事项供大家参考。

2 既有红柠电气化铁路概况

红柠铁路为单线电气化地方运煤铁路，全长43.23km。在柠条塔站设置牵引变电所一座，采用两回110kV电源进线，一主一备，所内设两台110/27.5kV三相V/V结线变压器，容量为2×(16+10)MVA，16MVA对应柠条塔至神木西供电臂，10MVA对应红柳林至柠条塔供电臂。

红柠铁路的接触网采用简单链型悬挂方式，正线采用JTM-95+CTS120导线组合，站线采用JTMH-70+CTS85导线组合，回流线采用LBGLJ-185，供电线采用2×LBGLJ-185，柠条塔至侯家母区段设有LBGLJ-185的加强导线，架空地线采用LBGLJ-70导线。

红柠铁路原设计主要技术标准如表1所示。

表1

3 红柠电气化铁路存在问题分析

柠条塔牵引变电所的红柳林至柠条塔供电臂存在过负荷跳闸现象(变压器容量为10MVA)。经调查发现，红柠铁路目前的运量还未达到设计的运量，但电力机车类型及运行方式发生了变化。目前，红柠铁路存在两种类型的列车编组，一种是牵引质量4500t，牵引机车采用HXD1B；一种是牵引质量5000～5400t，牵引机车采用HXD3B双机。当红柳林至柠条塔供电臂存在两列重载列车(双机HXD3B型电力机车牵引)同时运行时，其最大功率需求为28.8兆伏安，远大于目前变压器的两倍过负荷(20兆伏安)，所以牵引供电系统无法满足红柠铁路两列重载列车的运输需求。双机牵引是导致目前红柠铁路牵引供电系统不能满足运输需求的主要原因。

4 改造措施

4.1 牵引变电所的主接线

维持柠条塔牵引变电所既有主接线不变。牵引变电所引入两回110kV电源，中间设带隔离开关分段的跨条，在进线隔离开关内侧母联跨条处设置一组保护、测量、计费用电压互感器。设置两台牵引变压器，采用一主一备运行方式，并设置备用电源自投装置。计费采用高压侧计费方式。27.5kV侧母线采用单母线分段接线方式，馈线断路器采用固定备用方式。

4.2 牵引变电所的总平面

维持既有柠条塔牵引变电所总平面布置及生产房屋布置形式不变，本次工程仅对不满足供电需求的变电设备进行更新。

4.3 更换的主要设备

为满足红柠铁路上电力机车的正常运行，需对以下设备进行更换。

表2

4.4 防雷、接地及回流

(1)维持柠条塔牵引变电所内的既有防雷措施不做改变。

(2)接地

所亭接地设计除应满足工作接地的需要外，还应满足人身安全要求，由于以前水平接地体采用扁钢—40×5，垂直接地极采用LDB-φ20×2500mm，运行一段时间后，考虑接地网的腐蚀等，可能存在接地电阻值已不满足要求，故对接地网进行重新敷设。

①接地体

牵引变电所设置以水平接地体为主的网格式接地装置。接地网由埋深为0.8m(冻土区段埋深在冻土层以下)的硬铜绞线水平接地体为主，相隔适当距离加垂直接地体(长2.5m，纯铜接地棒)为辅的复合接地网组成，均压带平均间距为5m～10m。在变电所的进、出口处，埋设帽檐形辅助均压带，所内道路维持既有标准不变。

牵引变电所接地网的接地电阻按系统短路电流进行计算确定，并应满足接触电位差和跨步电位差的要求。当各所的接地电阻实测值达不到要求时，可采用复合接地极以降低接地电阻。

②避雷针接地

避雷针单独设置一套接地装置，接地电阻应小于10Ω。当避雷针接地装置接地电阻大于10Ω时，避雷针的接地装置可与主地网连接，与主接地网的地下连接点至设备与主地网的地下连接点沿接地体的长度不小于15m。

③二次系统接地

维持柠条塔牵引所内既有二次系统接地形式不变。

(3)回流

对牵引变电所回流系统进行补强，回流系统采用10根ZC-YJV73 1kV 1×150mm2电缆(钢轨6根，回流线4根)，新增集中接地箱一处，集中接地箱至各变压器中性点的电缆采用4根ZC-YJV73 1kV 1×400mm2电缆。

4.5 接触网改造

对接触网进行改造，主要为架设加强线。因两列重载列车同时运行时接触悬挂有效电流最大值为1063A。因此柠条塔至红柳林供电臂的柠条塔牵引所至张家峁区间增设LBGLJ-185加强导线。

4.6 施工时注意事项

(1)在进行施工时，需注意牵引变电设施的过渡原则：

牵引变压器及110kV电流互感器的改造，按照1#系统运行改造2#系统，2#系统运行改造1#系统的原则进行。

27.5kV侧高压室内的改造采用移动高压室，改造过程中高压室退出运行。

(2)改造时需注意，采购的新设备要满足安装要求。

5 结论

随着铁路运量的增长或者电力机车编组运行方式的变化，既有牵引变电所的设备容量、参数、导线载流可能不能保证电力机车的正常运行，那么需要对牵引变电所的设备进行升级改造。本文主要通过对红柠电气化铁路牵引供电系统能力提升改造的分析，为今后类似的改造项目提供参考。