高铁牵引变电所三篇

高铁牵引变电所 篇1

1 概述

1.1 AT供电方式

AT供电方式是自耦变压器供电方式的简称[1], 该方式具有接触网电压高, 线路电能损耗和电压损失低, 供电臂距离较长, 适合带高速、大功率的牵引负荷等一系列优点。 曾在1985 年, 应用于我国开通的京秦铁路, 现已成为中国高速电气化铁路首选的供电方式。 较传统不同的是, 我国高速铁路采用的是全并联AT牵引供电系统。 如图1 所示。

1.2 AT所

从图1 中可以看出, 牵引变电所牵引侧电压为2×27.5k V, 其绕组两端分别接至接触导线和正馈线, 其中性点则与钢轨相链接。 为保证接触导线和正馈线之间的电压水平达到55k V, AT供电方式每隔10~15k M, 将一台自耦变压器并联接入接触网和钢轨之间, 其中性点与钢轨相连。 自耦变压器将牵引网的电压提高一倍, 而供给电力机车的额定电压仍未25k V, 成为AT所 (如图2 所示) 。

1.3 AT分区所

复线区段分区所的作用主要是使上、 下行牵引网实现并联供电, 以改善牵引供电条件, 此外, 无论是单线区段还是复线区段, 当相邻牵引变电所因故全所停电时, 可通过分区所的连络开关实现越区供电。

正常情况下, 我国高速铁路采用的是全并联AT供电方式; 接触网上下行在AT所处和末端的分区所处并联, 实现全并联运行。

事故情况下, 牵引变电所故障, 退出运行, 由相邻变电所越区供电[2] (如图3 所示) 。

2 主要设备问题

截至目前, 无人值守所共计发现设备问题36 件。 主要表现为管内电压互感器[3]油位偏高接近上限, 压互熔断器熔断[4], 自耦变[5]碰壳流互[6]保护误动, 以及所用变硅胶变色[7]等问题。

随气温升高, 电压互感器油位偏高接近上限为例 (如图4 所示) , (图片、电压互感器及隔开基本信息) 。 这将容易引起膨胀器, 严重的会导致:爆炸、起火、 波及旁边的其他设备。 必须强调的是如图3 所示, 可以知道YH侧的隔开[8]2511、2512、2514 均为手动操作 (如图5 所示) 。也就是说当出现该故障时, 仅能通过人员出动进行故障处理。 如真出现以上状况, 后果将无法预计。

3 解决方案及几点思考

3.1 解决方案

针对电调端发现电压互感器运行状态异常的解决方案一:通知车间人员赶往出现故障停所;或由陈家湾变电所值守人员紧急出动, 赶往故障现场。

解决方案二: 为避免由于电压互感器油位偏高造成的故障, 可以将电压互感器侧手动隔开改为远动电动隔开的方法避免以上问题的发生。

流程如下: 电调端发现电压互感器运行状态异常, 可以通过远动隔离开关分开, 退出故障电压互感器运行。待车间人员进行现场确认后, 再做出投入或更换的决定。

3.2 结论

方案一存在两个缺陷, 缺陷一:由车间人员出动赶至故障所亭现场, 以兰州西-王家庄分区所为例, 至少需要3h左右。 而在这3h内, 故障极有可能扩大化。 缺陷二:陈家湾变电所值守人员紧急出动, 由陈家湾至王家庄分区所可以减少应急时间, 但随之带来的是陈家湾变电所的安全风险增大。 如恰逢陈家湾变电所出现设备异常, 其结果无异于“拆东墙补西墙”。

两者对比, 毋庸置疑, 当选方案二。

3.3 思考

以上解决方案仅针对若干设备故障可能发生中的一种, 无法从根本上解决无人所运营管理中存在的问题, 并不能起到防患于未燃的作用。能够从根本上预防的方法和途径就是做好巡视工作和在线监测。在线监测可通过复视终端和所内设备配合实现, 其目的是对状态异常进行监测并及时告警。

而巡视工作, 特别是在设备最初接管期间, 能够直接发现各项问题, 并逐步解决。 基于此, 面对新建高铁线路, 高铁车间人员少, 工作繁多的状况。 建议调拨人手成立巡检工区, 建立巡检制度, 使该工区具备巡视和实际处理问题的能力, 为新线的运营管理提供保障。

摘要：2014年12月26日, 兰州铁路局开通兰州至乌鲁木齐首趟动车, 这标志着世界一次性建设里程最长的高速铁路将全线开通运营。这是一条横贯东西的现代“钢铁丝绸之路”, 线路横跨甘肃、青海、新疆3省区, 全长1776km。其中, 该线路牵引供电方式为AT供电, 将AT所即自藕变压器按一定间隔距离跨接在牵引网的接触网、正馈线和钢轨间, 起着支撑ZX25k V馈电系统的作用。这一供电方式的运用, 基于设计理念出发, 就出现了无人值守的AT所, 也为无人值守所的运营管理带来了新的课题。截至目前, 兰州供电段兰西高铁车间接管无人所共计6个。其中, AT所4个, 分别是:AT1-AT4;AT分区所2个, 分别是:王家庄分区所和高家山分区所。

关键词：电气工程,高速铁路,牵引供电,AT所供电方式

参考文献

[1]铁道部劳动和卫生司, 铁道部运输局.高速铁路变配电设备检修岗位[M].北京:中国铁道出版社, 2012.

[2]李群湛, 贺建闽.牵引供电系统分析[M].成都:西南交大, 2007.

[3]黎文安.电气设备手册[M].北京:中国水利水电出版社, 2007.

[4]冯建勤, 冯巧玲.电气工程基础[M].北京:中国电力出版社, 2010.

[5]胡启凡.电力变压器技术丛书[M].北京:中国电力出版社, 2010.

[6]赵修民.电流互感器与电流比例标准[M].北京:中国电力出版社, 2014.

[7]刘增良.电气设备及运行维护[M].北京:中国电力出版社, 2007.

高铁牵引变电所 篇2

关键词：高速铁路；牵引供电；单芯电缆；电缆铠装；接地

中图分类号： U227 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）20-67-2

1 牵引供电电缆故障的主要原因

牵引供电电缆故障主要原因大致分为电缆本体原因、施工质量原因、外部环境影响三大类，根据京广高铁开通运营来的经验，牵引供电电缆故障主要由施工质量引起的，主要体现在牵引供电电缆施工造成牵引供电电缆本体绝缘护套损伤、金属铠装损坏变形、接地不满足要求、电缆终端病态运行等。

外围环境施工可能对牵引供电电缆造成损伤，外部施工引起的牵引供电电缆故障不易短时恢复，对行车和运输组织造成严重的干扰。

2 牵引供电电缆敷设施工工艺的探讨

高速铁路供电电缆一般用于变电所GIS柜至高速铁路上网点间的供电线或者受外部环境影响AT供电方式中的正馈线。牵引供电电缆敷设区段外部环境相对较差，施工及维护较困难，因此，牵引供电电缆运营前的敷设及安装显得尤其重要。高速铁路牵引供电单芯电缆、电力电缆的敷设要符合《电力工程电缆设计规范》的要求，牵引供电电缆应满足运营要求，便于日常检修及维护。

①由于高速铁路牵引供电电缆为交流系统单芯电缆，牵引供电电缆铠装层应采用非磁性的铠装层，目前高铁大多采用的是铝或者铝合金材质。牵引供电电缆上网点固定也应采用非磁性材质的抱箍等固定方式，防止牵引供电电缆内部形成涡流，损伤电缆。②由于牵引供电电缆铠装层大多采用铝或铝合金材质，抗外力破坏能力较差，牵引供电电缆宜采用整体浇筑式电缆沟槽敷设，对于同沟敷设的牵引供电电缆间距应该符合设计规范的要求，牵引供电电缆间一般采用砖块或混凝土隔离板进行隔离，避免一条牵引供电电缆击穿故障时，损伤相邻电缆。③京广高铁供电电缆大多采用直埋方式进行敷设，这就要求对牵引供电电缆施工环境及牵引供电电缆填埋过程进行重点盯控。由于牵引供电电缆直埋后，出现故障不便于查找，建议长大牵引供电电缆安装电缆分支箱，尽量避免运用中间接头直接进行埋设，牵引供电电缆终端作为电缆日常运营管理中的薄弱环节，应加强监控。④牵引供电电缆在敷设过程中严禁用机械拖拽电缆，防止造成牵引供电电缆外护套及铠装层损伤，埋下安全隐患，对于直埋区段的牵引供电电缆应逐根进行隔离，敷设后应及时在牵引供电电缆四周填充沙土后填埋电缆沟，避免直埋牵引供电电缆受到机械性损伤、化学作用、地下电流、振动、热影响、腐蚀物质、虫鼠等危害。⑤牵引供电电缆在穿越铁路、公路等需穿管敷设的，牵引供电电缆宜采用单根单管敷设，牵引供电电缆保护管宜采用阻燃、抗腐蚀、非磁性材质的管道。⑥牵引供电电缆埋设深度用满足设计规范的要求，牵引供电电缆转弯处、中间电缆接头处，穿过建筑墙体处、过轨过道两旁及电缆路径上方等均应埋设电缆标桩或永久性标识，防止大型机械碾压，对电缆造成损伤，构成安全隐患，最终导致电缆故障。⑦高速铁路高速铁路牵引供电单芯电缆线径较大，且牵引供电电缆主绝缘及铠装层在弯曲过程中宜造成损伤，在牵引供电电缆敷设过程中弯曲半径应大于电缆外径的 20 倍。⑧高压电缆终端（中间头）是牵引供电电缆运行中的薄弱环节，大部分牵引供电电缆故障点都在电缆终端。牵引供电电缆终端安装过程中要遵守施工安装规程，严格把控施工工艺，避免因制作原因导致电缆击穿。⑨制作牵引供电电缆终端时，引出的牵引供电电缆铠装裸露接地层导线应分别做防水、绝缘包缠和绝缘绑扎固定处理，牵引供电电缆中间接头应水平放置安装，牵引供电电缆终端安装及固定不应处于受力状态。

3 牵引供电电缆铠装的接地方式

3.1 牵引供电电缆铠装两端直接接地

牵引供电电缆铠装两端不经过任何保护装置直接接地，该方式日常维护量小，在电力三芯电缆中常常采用，但在单芯电缆电缆铠装接地中很少采用，避免牵引供电电缆铠装层形成环流，损伤电缆。（如图1）

3.2 牵引供电电缆铠装一端直接接地，另一端通过护层保护器接地（如图2）

牵引供电电缆长度较短，牵引供电电缆铠装一般采用一端直接接地，另一端通过护层保护器接地。装设护层保护器端正常情况下对地绝缘，当牵引供电电缆铠装层出现过电压时，保护器接地，可以有效的减少和消除环流，确保供电电缆运行安全。

3.3 牵引供电电缆铠装中间接地

牵引供电电缆铠装中间接地。牵引供电电缆两端通过护层保护器接地（如图3）。

这种连接方式在铁路供电中不常用。

3.4 牵引供电电缆铠装交叉互联接地

当牵引供电电缆较长时，一般采用交叉互联的方式接地，通过将电缆三等分，每段间加装绝缘接头，牵引供电电缆铠装在绝缘接头处引出，并经过互联箱交叉互联后，通过护层保护器接地，牵引供电电缆本体两端直接接地。这种连接方式主要运用于国家电网三相电源单芯电缆敷设。（如图4）

高速铁路供电电流较大，单芯电缆电缆铠装会产生较大感应电压，因此，牵引供电电缆铠装需采用接地防护措施，以此来消除感应电压。根据高速铁路牵引供电单芯电缆特点，高速铁路常采用一端接地，一端接护层保护器的接地方式。

4 结束语

最先进高铁牵引技术耗资1亿元 篇3

株洲所首席设计专家李益丰对《中国经济周刊》称，沈阳地铁用的永磁同步电机功率是190kW，而用于时速500公里高速动车组的电机功率高达690kW，且始终是高速运行状态，对牵引系统的稳定性、可靠性等各方面都提出了极大的挑战，“对电机设计的挑战就像是爬完衡山，又去攀登珠峰”。

尽管如此，株洲所却提前完成任务。12月，株洲所成功开发出可用于时速500公里高铁动车的电机，10月在青岛四方股份公司成功装车考核。

“顺利的话，中国高铁很快就能全面用上永磁牵引系统，不仅更节能，也更稳定，更安全。”李益丰称。

“节能神器”：让高铁电机功率提高60%

丁荣军对《中国经济周刊》介绍，20，株洲所的牵引系统在城市轨道列车市场占有率达57%，今后将逐步以永磁牵引系统取代异步电机系统。

株洲所下属的时代电气公司副总经理兼总工程师刘可安说：“高效节能是永磁牵引系统最突出的优势。”

数据显示，株洲所研发的690kW永磁同步电机，比目前主流的异步电机功率提高60%，电机损耗降低70%。

根据沈阳地铁2号线的实际运行数据，刘可安算了一笔账：一条地铁每年可节能折合400万元，“这就是利润，哪家单位会不愿意用?”

刘可安拿出的一份业内分析报告显示：到前后，全国将建设约100条城市轨道交通线路。如果新建线路60%采用永磁牵引系统，预期的产值将达到100亿元，全国每年新线运营能耗将节约2.4亿元。

永磁系统在中央空调领域也展现出极强的替代优势。基于永磁变频传动系统的中央空调可实现节能40%。一台240kW的中央空调，若每年运行4个月，一年至少可节约用电11.52万度。按全国40000台中央空调测算，则一年即可节约用电46亿度，少排放46万吨二氧化碳。

自启动研发以来，株洲所成功研制了世界上第一套中央商用空调永磁高速直驱系统，成为国内外唯一一家中央空调永磁驱动系统的供应商。截至4月底，株洲所永磁系统在中央空调上已应用400多套。在今年4月的中国制冷展上，格力电器就将装载永磁同步变频热泵离心机的中央空调作为其高端产品推向市场。

永磁牵引系统的高效节能，让株洲所在电动汽车、风力发电、100%低地板现代有轨电车等领域也占据了市场竞争的高点。

冯江华称，永磁牵引系统的研发与产业化应用还在起步阶段，“今后，株洲所一方面是纵向上深化和细化技术研发，另一方面是横向上不断扩展永磁牵引技术的应用领域，实现全面布局和持续领先。”

专家点评

中国工程院院士刘友梅：

永磁同步牵引系统是我国高铁技术升级的典范

世界轨道交通车辆的电力牵引系统技术在经历了“直流传动牵引系统”向“交流传动牵引系统”发展后，目前正在由“感应异步传动”朝“永磁同步传动”发展。永磁同步牵引系统因其高效率、高功率密度的显著优势，代表了当前提倡节能减排、绿色环保的技术发展趋势，成为各大发达国家竞相研究的技术热点，是花钱也买不到的核心技术。

中国中车株洲电力机车研究所成功自主开发了高速列车永磁同步牵引系统，使我国成为世界上少数几个掌握高铁永磁牵引系统技术的国家之一。该永磁同步牵引系统的电机额定效率达到了98%以上，将电机损耗降低至原来的三分之一，显著降低了高速列车的牵引能耗。在我国能源日益紧张，社会迫切需求“绿色交通”的大背景下，永磁同步牵引系统成为了我国高速铁路技术升级的一个典范。

为了早日赶上发达国家技术水平，我们在研制时主动提高了目标

株洲电力机车研究所有限公司副总经理冯江华

技术创新是企业赖以生存的支柱和持久发展的动力。，我们即着手开展永磁同步牵引系统的基础研究。当时永磁技术在国外尚处于起步阶段，技术完全保密，对外严格封锁技术转让。我们只能从零起步，摸着石头过河，开展了大量理论分析、仿真研究和三维虚拟设计等，经历不下百万次的地面试验，积累了数百G的硬盘数据，于成功研制了我国首套轨道交通永磁同步牵引系统，并且在沈阳地铁2号线列车上成功实现装车试验，这也是永磁系统在国内轨道交通领域的首次应用。

沈阳试验的同一年，我们接到了国家“863计划项目”开发高速动车组用600kW永磁同步牵引系统的任务。为了早日赶上发达国家的技术水平，在接到任务后，我们内部将研制的目标提高到了690kW。三年的坚守与付出，最终换来成功的喜悦。

牵引系统性能的优劣决定了列车的技术水准。此次我们开发的高速动车组690kW永磁同步牵引系统使我国高速铁路拥有了世界上最先进的牵引技术，有力地提升了我国高速铁路的技术水平，再次向世界表明我国高速铁路完全具备自主创新的技术能力。