埃塞亚吉铁路牵引变电所外部电源侧运行方式探讨

严 希

0 引言

1 牵引变电所外部电源侧运行方式

埃塞俄比亚亚的斯亚贝巴—吉布提铁路Sebeta—Mieso 段（以下简称埃塞亚吉铁路S—M段）是其国内第一条电气化铁路。但埃塞亚吉铁路S—M 段沿线外部电网系统较为薄弱，无法满足为每座牵引变电所提供两路独立外部电源进线[1]的条件，不满足中国铁路电力牵引供电设计规范[2]的要求，不可直接参照国内设计方案。在埃塞亚吉铁路牵引变电所建设过程中，笔者根据埃塞亚吉铁路S—M 段的工程特点以及铁路沿线外部电网的实际情况，提出采用进线电源环进环出的外部电源进线方案，并对牵引变电所高压进线侧运行方式进行分析与优化。进线电源环进环出的外部电源方案满足供电可靠性的要求，并于2020 年底通过埃塞电力公司（EEP）与埃塞铁路公司（ERC）后评估，牵引变电所于2021 年初成功验收。方案对未来电网薄弱的相似地区牵引供电设计具有一定的借鉴作用。

在目前已投入运行的国内常规电气化铁路中，牵引变电所外部电源侧运行方式主要有2 种：线路变压器组接线方式下外部电源侧运行方式和带跨条的分支接线方式下外部电源侧运行方式。线路变压器组接线[3]方式多用于220 kV/330 kV 外部电源进线的牵引变电所，牵引变电所采用2 路独立外部进线电源与所内牵引变压器直接相连。在正常运行方式下，2 回外电进线各带1 台牵引变压器，互为备用。当一路进线故障的情况下，可切换至另一路进线及牵引变压器进行供电。

带跨条分支接线[3]方式多用于110 kV 进线电源等级的牵引变电所，采用2 路独立外部进线电源，进线在所内通过跨条与牵引变压器相连。在正常运行方式下，每一路进线可向其对应的牵引变压器供电，也可通过所内跨条对另一台牵引变压器进线交叉供电。当一路进线故障的情况下，亦可切换至另一路进线及牵引变压器进行供电。

2 埃塞亚吉铁路S—M 段铁路牵引变电所外部电源侧运行方式

环进环出外部电源进线方式的牵引变电所采用大并联供电方式较为稳定可靠，其中一路外部进线电源由外部电网提供，另一路外部进线电源由相邻牵引变电所提供。

图1 正常情况下大并联运行方式牵引变电所外部电源侧开关位置示意图

除大并联运行方式外，牵引变电所环进环出方 式下外部电源运行方式还可采用分开供电并设置外电源和主变设置备自投的方式[4]，如图2 所示。分开供电的运行方案可以保证在线路或主变出现故障的情况下断开故障部分，并通过装置自投程序迅速恢复供电。相较于大并联运行方式，其对2 路不同电源进线无同期性要求，但当发生故障时，开关的投切顺序比大并联运行方式复杂。

图2 正常情况下分开供电运行方式牵引变电所外部电源侧开关位置示意图

3 运行方式分析

3.1 外部电源侧大并联运行方式

3.1.1 2 个牵引变电所情况

正常运行情况时，牵引变电所A 和B 的1#、2#外电线路电源处于并联运行的状态，牵引变电所A 和B 高压进线侧的开关均处于合位，详见表1。

表1 大并联运行方式两牵引变电所高压侧开关状态位置

当出现外电线路故障失压时，牵引变电所A和B 的1#、2#外电线路电源维持并联运行的状态，仅将故障线路通过保护断开。此时根据失压线路的位置，采取不同的措施：

（1）牵引变电所A 1#外电线路失压。牵引所A 的1QF、1QS 分闸，其余开关保持不变；牵引所B 开关保持不变。

（2）牵引变电所B 2#外电线路失压。牵引所B 的2QF、2QS 分闸，其余开关保持不变；牵引所A 开关保持不变。

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（3）牵引变电所A、B 之间环进环出联络线失压。牵引变电所A 的2QF、2QS 分闸，其余开关保持不变；牵引所B 的1QF、1QS 分闸，其余开关保持不变。

当出现牵引变电所主变故障时，牵引变电所A和B 的1#、2#外电线路电源维持并联运行的状态，仅将故障主变通过保护断开，将对应101QF 或102QF 分闸，其余开关保持不变。

3.1.2 3 个牵引变电所情况

正常运行情况下，牵引变电所A、B、C 的1#、2#外电线路电源处于并联运行的状态，即牵引变电所A、B、C 高压进线侧的开关均处于合位，具体见表2。

表2 大并联运行方式3 个牵引变电所高压侧开关状态位置

当出现外电线路故障失压时，牵引变电所A、B、C 的1#、2#外电线路电源维持并联运行的状态，仅将故障线路通过保护断开。此时，牵引变电所A、B 开关状态如下：

（1）牵引变电所A 的1#外电线路失压。牵引所A 的1QF、1QS 分闸，其余开关保持不变；牵引所B、牵引所C 开关保持不变。

（2）牵引变电所C 的2#外电线路失压。牵引所C 的2QF、2QS 分闸，其余开关保持不变；牵引所A、牵引所B 开关保持不变。

（3）牵引变电所A、B 之间环进环出联络线失压。牵引变电所A 的2QF、2QS 分闸，其余开关保持不变；牵引所B 的1QF、1QS 分闸，其余开关保持不变。

（4）牵引变电所B、C 之间环进环出联络线失压。牵引变电所B 的2QF、2QS 分闸，其余开关保持不变；牵引所C 的1QF、1QS 分闸，其余开关保持不变。

当牵引变电所A、B、C 发生主变故障时，牵引变电所A、B、C 的1#、2#外电线路电源维持并联运行的状态，仅将故障主变通过保护断开即可。开关状态如下：

（1）牵引变电所A、B、C 的主变1T 故障，对应所内101QF 分闸，其余开关保持不变。

（2）牵引变电所A、B、C 的主变2T 故障，对应所内102QF 分闸，其余开关保持不变。

由以上分析可知，大并联运行方式可以满足供电可靠性的要求，出现非正常情况时分闸操作相对简单。

3.2 外部电源侧分开供电的运行方式

3.2.1 2 个牵引变电所情况

在正常运行情况下，牵引变电所A 的1#外电线路电源主供牵引变压器1T；牵引变电所B 的2#外电线路电源主供牵引变压器2T。牵引变电所高压侧开关状态及位置具体详见表3。

表3 分开供电运行方式两牵引变电所高压侧开关状态位置

出现非正常情况，如外电线路失压、主变故障，开关状态如表3 所示，切断对应开关并投换供电电源。

3.2.2 3 个牵引变电所情况

正常情况下，牵引变电所A 的1#进线主带主变1T；牵引变电所C 的2#进线主带主变2T；牵引变电所B 利用牵引变电所C 穿越的电源从2#进线带主变2T。牵引变电所高压侧开关状态及位置具体详见表4。

表4 分开供电运行方式下3 个牵引变电所高压侧开关状态位置

当出现外线失压时，牵引变电所需要切断失压进线，并从相邻牵引变电所汲取电源，例如：牵引变电所A 的1#进线外电线路失压时，通过开关分、合闸操作，通过从牵引变电所B、C 穿越过来的外电电源供电，运行方式从1#进线带主变1T 调整为2#进线带主变2T。牵引变电所B 及牵引变电所C的运行方式维持不变。

而出现主变故障时，保持跨条穿越功率，切除故障变压器，投入备用变压器，例如：牵引变电所B 主变2T 故障时，牵引变电所B 中102QF、2QF、2QS 分闸，1021QS 保持合位，2QS、2QF、101QF合闸，1021 保持合位，1QF、1QS 保持分位；牵引变电所A 维持正常运行时开关状态不变；牵引变电所C 维持正常运行时开关状态不变。这样，牵引变电所B 通过从牵引变电所C 穿越过来的电源从2#进线带主变1T。

分开供电运行方案是基于埃塞亚吉铁路牵引变电所环进环出方式下参照国内牵引变电所外部电源侧运行方式调整得出，可以保证在线路或主变出现故障时，断开故障部分，并通过装置自投程序迅速恢复供电。但因为外电进线方式改变，其自投方式相较国内牵引变电所有很大差异，且自投方式和顺序更多，需要厂家对装置内的自投程序进行修改，这对于装置的可靠性有较高的要求。同时基于埃塞电网的薄弱情况，分开供电运行方式对牵引变电所值班和调度人员的专业水平要求较高[5]，需在自投装置失效的情况下能迅速对进线电源和主变进行投切。

4 结语

本文根据埃塞俄比亚外部电源实际情况，提出牵引变电所环进环出进线方案，并分析了外部电源侧2 种运行方式，发现：外部电源侧大并联运行方式下，2 路外部电源进线和2 台主变压器均互为热备，电力系统提供的2 路不同电源进线要并联需满足同期性要求，综合自动化装置上应设置检同期装置；外部电源侧分开供电的运行方式与国内运行方式相似，无需校验电源的同步性，可通过装置自投程序迅速恢复供电。2 种运行方式均满足可靠供电的要求。

在实际工程中，埃塞电力公司（EEP）与埃塞铁路公司（ERC）对接认为分开供电方案中自投顺序复杂，并考虑埃塞俄比亚当地电力系统变电站的运行方式和习惯，最终采用大并联运行方式。埃塞亚吉铁路牵引变电所外电运行方案于2020 年底通过埃塞电力公司（EEP）与埃塞铁路公司（ERC）后评估，牵引变电所于2021 年初成功验收，证明了牵引变电所高压进线侧大并联运行方式的可靠性和合理性，其相应的设计经验可为相似地区的牵引供电设计提供一定的借鉴和参考。