【摘  要】伴随着社会发展需求，电气化铁路在国民经济中所占比重越来越大，而枢纽牵引变电所27.5 kV侧主接线不同于干线牵引变电所27.5 kV侧主接线，其设计应根据所在枢纽的电气化牵引网近远期规划，结合现场和电气设备等具体情况，综合考虑各方面因素。本文对牵引变电所27.5kV侧主接线设计及设备选型进行了分析。

【关键词】牵引变电所;27.5kV侧主接线;设计;设备选型

从日常运营方面来说，区间牵引变电设施运输维护道路极为有限，而其电缆运行维护空间狭小，周期巡视困难、故障点查找困难、故障处理技术要求高，检修难度系数大，一旦电缆附件出线故障，其停电检修的时间将大幅增加，将严重影响铁路正常安全运行。

一、智能牵引变电所

智能牵引变电所通过数据信息搜集完成牵引变电所数据分享与操作控制，实现了线上监督控制。变电所数字化一次设备分为间隔层（保护设备、故障录波器、系统测控）、站控层（主机、工作站、远动通信设备）、过程层（互感器、断路器）。智能牵引变电所有着全过程线上控制、故障诊断、数据共享优势。牵引变电所成分布式，属于本地网络化智能牵引变电所。但是，智能牵引变电所怎样用于供电系统中成为重要研究内容。牵引变电所的出现促进了变电站保护与自动化技术水平提升，光电技术传感器检测电压与电流、光纤网络通讯等智能化技术进一步推动了智能化变电站的继电保护与自动化技术，这对供电系统保护控制有着重要作用。现阶段，智能牵引变电所得到了大范围推广应用，不过在一些细则问题上值

得进一步优化。首先，尽管互感器已经被广泛应用在保护自动化设备的电流与电压信号，不过变电站保护大数据处理系统仍然有待提升。相对于发达国家，我国智能牵引变电站技术仍然处于落后水平，部分设备与系统兼容性有待进一步优化。总而言之，智能牵引变电站保护与自动化系统需要引进先进技术提升自动化信息技术与计算机技术稳定性，制定信息共享备份保护单元与信息共享的信号备份措施。

二、27.5kV开关设备比选

1.空气绝缘开关设备。我国既有铁路牵引变电所27.5kV侧开关设备在低海拔地区常采用的户外单体布置、户内双列网栅布置及空气开关柜等布置形式，均以空气作为绝缘介质，全部电气元件及导体均裸露在空气中，其外绝缘性能受空气绝缘强度的限制。根据国家标准，常规的空气绝缘高压开关产品适用的海拔环境为1000m及以下，超过1000m以上海拔高度的电气产品都需使用高原型产品，需针对高海拔环境条件对产品进行调整、改进和设计，使其满足高原的特殊环境条件。

2.SF6气体绝缘开关设备。相比以空气作为绝缘介质的开关设备，SF6气体绝缘开关柜主要的一次设备如断路器、隔离开关、母线、电流互感器等均安装于以SF6气体作为绝缘介质的密封箱体内，不受外界环境因素的影响，依靠气体的高绝缘特性和气箱的良好密封性，可使设备20年不需要维护。在任一海拔处，充气开关柜的内绝缘特性都是相同的，不需要进行海拔修正，能够很好的适应高海拔地区使用环境，因此在高海拔地区应用越来越广泛。

3.比选结论。能够满足海拔3500～5000米使用的27.5kV的空气绝缘开关柜的价钱要高于常规海拔使用的27.5kV的SF6气体绝缘开关柜的价格。而且高海拔地区，特殊的地理环境，地广人稀，很多牵引变电所建在了无人烟的荒野外，无人值班，如果出现故障，很难迅速的组织抢修。所以，电气性能安全可靠的免维护的气体绝缘开关柜更适合在高海拔地区使用。

我国既有电气化铁路27.5kV侧常采用的出线方式有电力电缆和架空线两种，针对高海拔地区特殊的使用环境，对两种不同的出线方式进行综合比选如下：

1.电力电缆方式。电力电缆采用绝缘介质将金属导体与外界隔离，敷设在地面或地下，主要优点敷设较方便，占用土地资源较少，不影响城市市容，因此电缆出线方式在大城市中心地区的铁路牵引变电所内广泛使用。但电力电缆一次性投资大，且附件的安装工艺要求非常严格，对作业环境和现场施工场所的要求高，一旦现场施工时对电缆附件的安装重视不够，就会留下事故隐患。

2.架空出线方式。相比高压电缆，架空线是裸露的金属导体，在空中架设，以绝缘子串固定在杆塔上，以空气为绝缘，投资成本低、机动性强、故障概率低、故障后便于检修更换。另外从价格方面来说，架空线的成本远低于电缆的成本。

3.比选结论。在高海拔地区，地广人稀，土地资源不是工程设计考虑的主要因素。所以电缆占地资源较少，不影响市容等主要优点就形同虚设。

三、牵引变电所27.5kV侧主接线设计案例分析

某牵引变电所是一座大型枢纽牵引变电所，共计14回馈线。同时，还要考虑未来发展的预留条件。近期，按牵引变电所采用单台单相接线的牵引变压器设计，预留远期改为2台单相牵引变压器组成V/X接线条件。此外，考虑到牵引变电所选址、用地困难，新枢纽牵引变电所220 kV和27.5 kV的电气设备采用高可靠性、少维修、免维护的户内安装气体绝缘（GIS）组合电器设备和开关柜，生产房屋按2层楼房设计，并設有半地下电缆夹层。近期所有27.5 kV侧馈线按同

一相电供电，远期却不能按同一相电供电。因此，27.5 kV侧主接线型式设计面临开关设备如何配置与布置、房屋大小及楼板孔洞如何预留、如何避免或减少二次工程、二次工程施工时如何完成过渡等问题。根据枢纽总体规划要求，在设计中提出几种方案。

1.方案一：2×27.5 kV母线不分段运行。设置2台母线分段隔离开关可满足近期由1台1#（或2#）牵引变压器通过开关向全所14回馈线供电。远期当单相接线的牵引变压器改为由2台单相牵引变压器组成V/X接线时，馈线不能按同一相电供电，将此开关分闸，以满足母线分段运行条件。该方案接线简单，初期建设投资少，也能满足近远期供电要求。但由于该所馈线多，牵引变压器容量大，动车在紧密运行状态下，27.5 kV侧母线电流超过2 500 A。经调研，国内外目前没有能满足如此大容量的成熟开关设备。牵引变电所中的牵引变压器采用单相接线是国外高速电气化铁路牵引供电技术的共识和发展趋势，采用单相牵引变压器供电，其接触网的电分相数量是其他接线型式牵引变压器的一半;从减少接触网电分相数量、有利于高速列车运行、牵引变压器容量利用率高、牵引变电所结构简单及投资少等角度考虑，高速铁路的牵引供电系统优先采用单相牵引变压器，在困难条件下，可考虑采用其他接线型式。

2.方案二：2×27.5 kV母线分段运行，牵引变压器27.5 kV侧设置断路器27.5 kV侧母线开关设备如何配置实际上是27.5 kV侧主接线型式如何确定，这关系到能否采用单台单相牵引变压器接线型式和少维修、免维护的2×27.5 kV气体绝缘（GIS）开关设备，以满足高速铁路高可靠性的供电要求。为此，从供电的运行方式、设备保护设置的安全可靠性等方面对单相牵引变压器27.5 kV侧主接线型式进行专题研究，提出2个解决问题方案，即方案二和方案三。方案二取消母线分段隔離开关，母线分段运行，牵引变压器27.5 kV侧设置断路器。但1#牵引变压器27.5 kV侧的2台断路器开关柜（或2#牵引变压器2台断路器开关柜）在牵引变压器故障跳闸时动作不能同期，存在毫秒级的时间差，但不会影响设备运行。

3.方案三：2×27.5 kV母线分段运行，牵引变压器27.5 kV侧不设置断路器。方案三同方案二，也取消了母线分段隔离开关，母线分段运行，但牵引变压器27.5 kV侧不设断路器，因此不存在牵引变压器保护跳闸动作不同期的问题。与方案二相比较，方案三对馈线后备保护少了一级，由牵引变压器高压侧220 kV做馈线后备保护，牵引变压220 kV侧倒闸次数增加，对全所供电有影响，降低了供电的可靠性。

4.方案四：2×27.5 kV母线设置隔离开关分段运行。考虑到远期馈线不是同相电供电，方案二虽然供电可靠性较高，但两段母线所带馈线负荷差别较大，因此考虑将母线通过4台隔离开关分为3段，即方案四。根据牵引网近远期供电规划，将各馈线位置在不影响进出线敷设的前提下进行了调整。近期，分别将母线I段和II段之间的隔离开关合闸，母线II段和III段之间的隔离开关分闸，1#牵引变压器27.5 kV侧1台断路器开关（或2#牵引变压器27.5 kV侧1台断路器开关）向I段和II段母线供电，III段母线由1#牵引变压器27.5 kV侧另1台断路器开关（或2#牵引变压器27.5 kV侧另一台断路器开关）供电，使其各段母线的负荷均匀。远期，当单相接线的牵引变压器改为由2台单相牵引变压器组成V/X接线时，分别将母线I段和II段之间的隔离开关分闸，母线II段和III段之间的隔离开关合闸，1#牵引变压器27.5 kV侧断路器开关（或2#牵引变压器27.5 kV侧断路器开关）向I段母线供电，II段和III段母线由新增的3#牵引变压器27.5 kV侧断路器开关（或4#牵引变压器27.5 kV侧断路器开关）供电。虽然初期建设一次性投资较高，但方案四不仅能满足近远期枢纽牵引网供电规划，而且解决了开关设备容

量不匹配的问题，使单相接线的牵引变压器能顺利得到应用。在远期改造工程中，室外仅需在预留的牵引变压器位置上安装新增牵引变压器，分别将既有1#和2#牵引变压器27.5 kV侧的电缆头各拆除一组，与新增变压器连接即可完成，而室内27.5 kV侧设备没有二次工程。由于牵引变压器是按一主一备运行，因此整个改造工程没有过渡工程，对枢纽内各客运专线和各站线的正常供电没有影响，提高了供电的可靠性。

综上所述，设计应纳入枢纽电气化总体规划;馈线分布应合理使所外供电线尽量避免交叉;尽量避免或减少二次工程;主接线不但能在正常情况下保证供电，而且在某些设备（如馈线开关或母线等）故障检修时，均能保证为枢纽牵引网供电。

参考文献：

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