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電氣化鐵道牽引變電所牽引變壓器容量的分析

(發(fā)布日期：2014-5-7 14:00:13) 來源：

一、電氣化鐵道牽引變電所牽引變壓器容量存在的問題
電氣化鐵道牽引變電所牽引變壓器是牽引變電所的心臟，牽引變電所一旦建成，牽引變壓器的容量就會固定不變。但是，由于國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，鐵路通過的列車對數(shù)不斷增加，列車運(yùn)行速度不斷提高，列車載重量不斷增加，牽引變壓器的容量在一定程度上影響了鐵路運(yùn)輸，要求改善牽引變壓器的容量狀況。下面以隴海線鄭州至潼關(guān)段電氣化鐵道牽引變電所牽引變壓器容量狀況為例進(jìn)行分析探討。
近幾年來，由于國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，鐵路通過的列車對數(shù)不斷增加，列車運(yùn)行速度不斷提高，列車載重量不斷增加，隴海線鄭州至潼關(guān)段電氣化鐵道牽引變電所牽引變壓器容量問題更加突出，過負(fù)荷跳閘件數(shù)不斷增加。由于牽引變電所牽引變壓器容量的限制，牽引變電所斷路器過負(fù)荷跳閘，牽引變壓器過負(fù)荷跳閘，影響了正常的列車運(yùn)行，影響越區(qū)供電，影響牽引變電所全所停電設(shè)備檢修，影響鐵路安全運(yùn)輸生產(chǎn)。
二、影響電氣化鐵道牽引變電所牽引變壓器容量的原因分析
（１）牽引變壓器容量與列車啟動(dòng)速度的關(guān)系
由于牽引變電所牽引變壓器容量的限制，列車啟動(dòng)速度過快，造成牽引變壓器過負(fù)荷跳閘。列車牽引力（Ｆ）等于列車的加速度（ａ）與列車的質(zhì)量（ｍ）的乘積，列車的加速度（ａ）越大，列車牽引力（Ｆ）越大，而牽引力（Ｆ）與列車電流（Ｉ）成正比，牽引力（Ｆ）越大，列車電流（Ｉ）取流越大，造成牽引變壓器過負(fù)荷跳閘。
（２）牽引變壓器容量與列車載重量的關(guān)系
由于牽引變電所牽引變壓器容量的限制，列車的載重量增大，造成牽引變壓器過負(fù)荷跳閘。隴海線鄭州至潼關(guān)段牽引貨物的噸數(shù)由起初的２０００多噸，增加到現(xiàn)在的４０００噸左右，牽引力（Ｆ）與列車的質(zhì)量（ｍ）成正比，載重量（ｍ）越大，牽引力（Ｆ）越大，而牽引力（Ｆ）與列車取流（Ｉ）成正比，牽引力（Ｆ）越大，列車取流（Ｉ）越大，造成牽引變壓器過負(fù)荷跳閘。
（３）牽引變壓器容量與列車運(yùn)行速度的關(guān)系
由于牽引變電所牽引變壓器容量的限制，列車運(yùn)行速度提高，造成牽引變壓器過負(fù)荷跳閘。隴海線鄭州至潼關(guān)段列車運(yùn)行速度由起初的每小時(shí)５０多公里增加到現(xiàn)在的每小時(shí)１００多公里，列車的牽引力（Ｆ）與列車的運(yùn)行速度（Ｖ）成正比，列車的運(yùn)行速度（Ｖ）越大，列車的牽引力（Ｆ）越大，而列車牽引力（Ｆ）與列車取流（Ｉ）成正比，牽引力（Ｆ）越大，列車取流（Ｉ）越大，造成牽引變壓器過負(fù)荷跳閘。
（４）牽引變壓器容量與列車通過對數(shù)的關(guān)系
由于牽引變電所牽引變壓器容量的限制，列車通過對數(shù)增加，造成牽引變壓器過負(fù)荷跳閘。隴海線鄭州至潼關(guān)段每天通過的列車對數(shù)由原來的５０多對，增加到現(xiàn)在的１００多對，單位時(shí)間內(nèi)通過的列車對數(shù)（ｎ）越大，牽引力（Ｆ）越大，牽引變電所輸出的電流（Ｉ）越大，造成牽引變壓器過負(fù)荷跳閘。
（５）牽引變壓器容量與線路坡度的關(guān)系
由于牽引變電所牽引變壓器容量的限制，線路坡度大，造成牽引變壓器過負(fù)荷跳閘。隴海線鄭州至潼關(guān)段觀音堂、三門峽牽引變電所供電區(qū)段內(nèi)線路坡度為千分之十八左右。線路的夾角越大，線路越長，列車牽引力的垂直分力（ｆ１）越大、水平分力（ｆ２）越大。垂直分力（ｆ１）與水平分力（ｆ２）的合力（Ｆ）越大。合力（Ｆ）越大，列車取流（Ｉ）越大，造成牽引變壓器過負(fù)荷跳閘。
三、解決電氣化鐵道牽引變電所牽引變壓器容量問題的方法
（１）增大牽引變壓器的容量。
近年來，列車牽引重量增加將近１倍，通過對數(shù)增加１倍，運(yùn)行速度增加將近２至３倍。考慮到列車將來提速到每小時(shí)２００公里左右，列車通過對數(shù)不斷增加，遠(yuǎn)期鐵路高速客運(yùn)專線的建設(shè)，青藏鐵路的開通，未來青藏鐵路的復(fù)線建設(shè)，亞歐大陸橋鐵路線的建設(shè)，作為東西主干線的隴海鐵路，通過列車對數(shù)將會大幅度的增加。結(jié)合牽引變電所的大修，建議將隴海線鄭州至潼關(guān)段鞏縣、洛陽東、觀音堂、三門峽牽引變電所原來兩臺４萬千伏安牽引變壓器更換為兩臺８萬千伏安牽引變壓器。將滎陽、新安縣、義馬、陽店、閿鄉(xiāng)、太要牽引變電所原來兩臺３．１５萬千伏安的牽引變壓器更換為兩臺６萬千伏安的牽引變壓器。
（２）改變供電方式，提高供電臂的電壓水平。增加投資，通過設(shè)備大修將隴海線鄭州至潼關(guān)段電氣化鐵路的供電方式由原來的直接供電方式和帶吸回裝置的ＢＴ供電方式改建為帶自耦變壓器的ＡＴ供電方式，提高供電臂的電壓水平，改善牽引變壓器容量狀況。但是，由于ＡＴ供電方式的供電臂距離長，不可能全線停電檢修，影響設(shè)備檢修，反而影響了列車安全運(yùn)行，就目前來說，我國還不適宜ＡＴ供電方式的大面積推廣運(yùn)行。
（３）改變現(xiàn)有牽引變電所的布局，改變牽引變壓器容量狀況，提高大坡度地段牽引供電能力。觀音堂、三門峽牽引變電所供電范圍內(nèi)線路坡度大，牽引變壓器過負(fù)荷跳閘次數(shù)多，觀音堂牽引變電所位置不變，將三門峽牽引變電所搬遷至上交口車站，將陽店?duì)恳冸娝徇w至三門峽西站，縮小大坡度線路區(qū)段供電臂的距離，減少牽引變電所過負(fù)荷跳閘次數(shù)，保證越區(qū)供電時(shí)列車正常運(yùn)行，保證牽引供電設(shè)備的正常檢修。
（４）在線路大坡度地段的分區(qū)亭，加裝升壓變壓器，提高供電臂線路末端的電壓水平，改善牽引變壓器容量狀況。
（５）采用兩臺單相變壓器，改變變壓器的接線方式，改變牽引變壓器容量狀況。隴海線一些區(qū)段，一個(gè)供電臂的電壓超過２９ｋＶ，而另一個(gè)供電臂的電壓卻低于２２ｋＶ。采用單相變壓器對供電臂的電壓低、線路坡度大的供電臂，加大變壓器容量，提高變壓器的檔位；對供電臂的電壓高、線路坡度小的供電臂，減小變壓器容量，降低變壓器的檔位。對兩臺變壓器的接線方式，變壓器的一次側(cè)的首端一臺接Ａ相，一臺接Ｂ相，變壓器的一次側(cè)的末端兩臺接Ｃ相；變壓器的二次側(cè)的首端一臺輸出Ａ相，一臺輸出Ｂ相，變壓器的二次側(cè)的末端兩臺輸出Ｃ相接地。這相當(dāng)于牽引變壓器一二次側(cè)采用Ｖ型接線，可以減少負(fù)序電流對地方供電局系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的沖擊。另外，采用兩臺單相變壓器作為備用變壓器。
（６）對大的車站，大的編組場實(shí)行單獨(dú)供電，提高所在供電臂末端的電壓水平，解決所在車站上下行分段絕緣器由于電壓差大，引起的上下行分段絕緣器頻繁燒斷的現(xiàn)象，從而改善牽引變壓器容量狀況。
（７）調(diào)整斷路器過負(fù)荷的整定值，提高斷路器輸出電流的能力，減少斷路器過負(fù)荷跳閘次數(shù)。
（８）加強(qiáng)設(shè)備檢修，提高設(shè)備檢修水平。保證一臺牽引變壓器過負(fù)荷跳閘，另一臺牽引變壓器及時(shí)投入，縮短全所停電時(shí)間。
（９）結(jié)合線路改造，減小線路的坡度，減少牽引變電所過負(fù)荷次數(shù)。
（１０）減少列車集中啟動(dòng)，集中加速，均衡運(yùn)輸，控制同一供電臂上的列車對數(shù)。

株洲市科達(dá)電機(jī)技術(shù)有限公司
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