电气化铁道牵引变电所牵引变压器容量的分析

hansenyao

一、电气化铁道牵引变电所牵引变压器容量存在的问题
电气化铁道牵引变电所牵引变压器是牵引变电所的心脏，牵引变电所一旦建成，牵引变压器的容量就会固定不变。但是，由于国民经济的飞速发展，铁路通过的列车对数不断增加，列车运行速度不断提高，列车载重量不断增加，牵引变压器的容量在一定程度上影响了铁路运输，要求改善牵引变压器的容量状况。下面以陇海线郑州至潼关段电气化铁道牵引变电所牵引变压器容量状况为例进行分析探讨。
近几年来，由于国民经济的飞速发展，铁路通过的列车对数不断增加，列车运行速度不断提高，列车载重量不断增加，陇海线郑州至潼关段电气化铁道牵引变电所牵引变压器容量问题更加突出，过负荷跳闸件数不断增加。由于牵引变电所牵引变压器容量的限制，牵引变电所断路器过负荷跳闸，牵引变压器过负荷跳闸，影响了正常的列车运行，影响越区供电，影响牵引变电所全所停电设备检修，影响铁路安全运输生产。
二、影响电气化铁道牵引变电所牵引变压器容量的原因分析
（１）牵引变压器容量与列车启动速度的关系
由于牵引变电所牵引变压器容量的限制，列车启动速度过快，造成牵引变压器过负荷跳闸。列车牵引力（Ｆ）等于列车的加速度（ａ）与列车的质量（ｍ）的乘积，列车的加速度（ａ）越大，列车牵引力（Ｆ）越大，而牵引力（Ｆ）与列车电流（Ｉ）成正比，牵引力（Ｆ）越大，列车电流（Ｉ）取流越大，造成牵引变压器过负荷跳闸。
（２）牵引变压器容量与列车载重量的关系
由于牵引变电所牵引变压器容量的限制，列车的载重量增大，造成牵引变压器过负荷跳闸。陇海线郑州至潼关段牵引货物的吨数由起初的２０００多吨，增加到现在的４０００吨左右，牵引力（Ｆ）与列车的质量（ｍ）成正比，载重量（ｍ）越大，牵引力（Ｆ）越大，而牵引力（Ｆ）与列车取流（Ｉ）成正比，牵引力（Ｆ）越大，列车取流（Ｉ）越大，造成牵引变压器过负荷跳闸。
（３）牵引变压器容量与列车运行速度的关系
由于牵引变电所牵引变压器容量的限制，列车运行速度提高，造成牵引变压器过负荷跳闸。陇海线郑州至潼关段列车运行速度由起初的每小时５０多公里增加到现在的每小时１００多公里，列车的牵引力（Ｆ）与列车的运行速度（Ｖ）成正比，列车的运行速度（Ｖ）越大，列车的牵引力（Ｆ）越大，而列车牵引力（Ｆ）与列车取流（Ｉ）成正比，牵引力（Ｆ）越大，列车取流（Ｉ）越大，造成牵引变压器过负荷跳闸。
（４）牵引变压器容量与列车通过对数的关系
由于牵引变电所牵引变压器容量的限制，列车通过对数增加，造成牵引变压器过负荷跳闸。陇海线郑州至潼关段每天通过的列车对数由原来的５０多对，增加到现在的１００多对，单位时间内通过的列车对数（ｎ）越大，牵引力（Ｆ）越大，牵引变电所输出的电流（Ｉ）越大，造成牵引变压器过负荷跳闸。
（５）牵引变压器容量与线路坡度的关系
由于牵引变电所牵引变压器容量的限制，线路坡度大，造成牵引变压器过负荷跳闸。陇海线郑州至潼关段观音堂、三门峡牵引变电所供电区段内线路坡度为千分之十八左右。线路的夹角越大，线路越长，列车牵引力的垂直分力（ｆ１）越大、水平分力（ｆ２）越大。垂直分力（ｆ１）与水平分力（ｆ２）的合力（Ｆ）越大。合力（Ｆ）越大，列车取流（Ｉ）越大，造成牵引变压器过负荷跳闸。
三、解决电气化铁道牵引变电所牵引变压器容量问题的方法
（１）增大牵引变压器的容量。
近年来，列车牵引重量增加将近１倍，通过对数增加１倍，运行速度增加将近２至３倍。考虑到列车将来提速到每小时２００公里左右，列车通过对数不断增加，远期铁路高速客运专线的建设，青藏铁路的开通，未来青藏铁路的复线建设，亚欧大陆桥铁路线的建设，作为东西主干线的陇海铁路，通过列车对数将会大幅度的增加。结合牵引变电所的大修，建议将陇海线郑州至潼关段巩县、洛阳东、观音堂、三门峡牵引变电所原来两台４万千伏安牵引变压器更换为两台８万千伏安牵引变压器。将荥阳、新安县、义马、阳店、阌乡、太要牵引变电所原来两台３．１５万千伏安的牵引变压器更换为两台６万千伏安的牵引变压器。
（２）改变供电方式，提高供电臂的电压水平。增加投资，通过设备大修将陇海线郑州至潼关段电气化铁路的供电方式由原来的直接供电方式和带吸回装置的ＢＴ供电方式改建为带自耦变压器的ＡＴ供电方式，提高供电臂的电压水平，改善牵引变压器容量状况。但是，由于ＡＴ供电方式的供电臂距离长，不可能全线停电检修，影响设备检修，反而影响了列车安全运行，就目前来说，我国还不适宜ＡＴ供电方式的大面积推广运行。
（３）改变现有牵引变电所的布局，改变牵引变压器容量状况，提高大坡度地段牵引供电能力。观音堂、三门峡牵引变电所供电范围内线路坡度大，牵引变压器过负荷跳闸次数多，观音堂牵引变电所位置不变，将三门峡牵引变电所搬迁至上交口车站，将阳店牵引变电所搬迁至三门峡西站，缩小大坡度线路区段供电臂的距离，减少牵引变电所过负荷跳闸次数，保证越区供电时列车正常运行，保证牵引供电设备的正常检修。
（４）在线路大坡度地段的分区亭，加装升压变压器，提高供电臂线路末端的电压水平，改善牵引变压器容量状况。
（５）采用两台单相变压器，改变变压器的接线方式，改变牵引变压器容量状况。陇海线一些区段，一个供电臂的电压超过２９ｋＶ，而另一个供电臂的电压却低于２２ｋＶ。采用单相变压器对供电臂的电压低、线路坡度大的供电臂，加大变压器容量，提高变压器的档位；对供电臂的电压高、线路坡度小的供电臂，减小变压器容量，降低变压器的档位。对两台变压器的接线方式，变压器的一次侧的首端一台接Ａ相，一台接Ｂ相，变压器的一次侧的末端两台接Ｃ相；变压器的二次侧的首端一台输出Ａ相，一台输出Ｂ相，变压器的二次侧的末端两台输出Ｃ相接地。这相当于牵引变压器一二次侧采用Ｖ型接线，可以减少负序电流对地方供电局系统网络的冲击。另外，采用两台单相变压器作为备用变压器。
（６）对大的车站，大的编组场实行单独供电，提高所在供电臂末端的电压水平，解决所在车站上下行分段绝缘器由于电压差大，引起的上下行分段绝缘器频繁烧断的现象，从而改善牵引变压器容量状况。
（７）调整断路器过负荷的整定值，提高断路器输出电流的能力，减少断路器过负荷跳闸次数。
（８）加强设备检修，提高设备检修水平。保证一台牵引变压器过负荷跳闸，另一台牵引变压器及时投入，缩短全所停电时间。
（９）结合线路改造，减小线路的坡度，减少牵引变电所过负荷次数。
（１０）减少列车集中启动，集中加速，均衡运输，控制同一供电臂上的列车对数。