哈大電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)情況介紹

1、哈大電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)情況介紹哈大鐵路為中國(guó)鐵路網(wǎng)中一條重要干線,貫穿哈爾濱、長(zhǎng)春、沈陽(yáng)、大連四大樞紐,始建于1898年,為雙線鐵路,線路全長(zhǎng)946.5公里。在東北乃至全國(guó)鐵路運(yùn)輸中具有十分重要的地位。國(guó)家計(jì)委于1990年12月31日批準(zhǔn)對(duì)哈大鐵路進(jìn)行電氣化技術(shù)改造。2001年8月18日開(kāi)通沈陽(yáng)至哈爾濱段,11月30日開(kāi)通沈陽(yáng)至大連段,既全線開(kāi)通運(yùn)行。哈大電氣化鐵路是我國(guó)首次系統(tǒng)引進(jìn)具有國(guó)際先進(jìn)水平的德國(guó)技術(shù)、設(shè)備和管理模式,其牽引供電系統(tǒng)適應(yīng)200km/h高速鐵路。牽引供電系統(tǒng)新建牽引變電所17座,架設(shè)接觸網(wǎng)3314條公里,RTU135個(gè),隔離開(kāi)關(guān)900余臺(tái),遠(yuǎn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)臵1個(gè)主控中心

2、和4個(gè)分控中心,設(shè)臵搶修基地4個(gè),引進(jìn)接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)車(chē)1輛。開(kāi)通之初成立了哈爾濱、長(zhǎng)春、沈陽(yáng)、大連4個(gè)供電中心,隨著鐵路改革的深入,維修體制也幾經(jīng)變化,現(xiàn)全線由沈哈兩局的沈陽(yáng)、長(zhǎng)春、哈爾濱供電段擔(dān)負(fù)運(yùn)營(yíng)管理工作。哈大電氣化工程系統(tǒng)引進(jìn)規(guī)模大,設(shè)備技術(shù)水平新,建設(shè)速度快,自全線開(kāi)通至今,系統(tǒng)設(shè)備性能穩(wěn)定,總體質(zhì)量?jī)?yōu)良,達(dá)到了項(xiàng)目引進(jìn)的預(yù)期目的?，F(xiàn)全面介紹如下:一、哈大牽引供電系統(tǒng)特點(diǎn)(一供電方式1、全線采用220/27.5kv單相變壓器供電,牽引變壓器利用率高,變電所接線簡(jiǎn)潔,接觸網(wǎng)電分相數(shù)目少,適應(yīng)高速、繁忙區(qū)段。兩路進(jìn)線電源,設(shè)有跨橋連接,兩臺(tái)主變壓器互為備用。2、采用帶回流線上下行全并聯(lián)直

3、接供電方式。上下行正線的接觸網(wǎng)在車(chē)站通過(guò)一個(gè)帶短路報(bào)警互感器的柱上開(kāi)關(guān)進(jìn)行并聯(lián)。為了改善接觸網(wǎng)的電傳輸特性,沿正線貫通架設(shè)加強(qiáng)線和回流線,每隔1500米加強(qiáng)線和回流線進(jìn)行一次電連接,可每隔300米上下行的回流線并聯(lián)一次,以明顯降低接觸網(wǎng)阻抗值和電壓降,從而加大變電所的間距,減少牽引變電所的數(shù)量,節(jié)省了工程投資,降低了運(yùn)營(yíng)成本。3、牽引變電所在饋線出口同方向上下行供電臂共用1臺(tái)斷路器。4、采用了以接觸網(wǎng)柱上隔離開(kāi)關(guān)替代目前我國(guó)電氣化鐵路雙線區(qū)段分區(qū)所和樞紐內(nèi)建開(kāi)閉所的新技術(shù),取消了土建及配套工程,節(jié)省了工程投資及運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。(二牽引變電所1、采用單相變壓器、室外補(bǔ)償電容裝臵及室內(nèi)柜式27.5kv電

4、氣設(shè)備。2、變電所內(nèi)設(shè)臵了接觸網(wǎng)自動(dòng)檢測(cè)裝臵,即短路檢測(cè)裝臵和反向電壓檢測(cè)裝臵。保證設(shè)備及作業(yè)人員的安全。3、采用饋線斷路器操作失靈保護(hù),斷路器箱體和變壓器碰殼保護(hù)、接觸網(wǎng)熱保護(hù)技術(shù),提高了運(yùn)營(yíng)可靠性。4、17座牽引變電所的結(jié)構(gòu)相同,區(qū)別在于變壓器的容量、與變壓器安裝容量相匹配的有關(guān)設(shè)備,以及接觸網(wǎng)的饋線數(shù)量。一般變電所饋出3條線路,編組站、區(qū)段站根據(jù)分場(chǎng)、分束供電要求設(shè)臵饋線數(shù)目。5、全線采用遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng),牽引變電所無(wú)人值班。6、牽引變電所設(shè)備全套系統(tǒng)引進(jìn),中方施工單位安裝,德方專(zhuān)家調(diào)試。7、牽引變電所保護(hù)系統(tǒng)全部采用數(shù)字化保護(hù),動(dòng)作準(zhǔn)確、可靠。保護(hù)設(shè)備部件集成化,體積小,占用空間少,故障率低,

5、維修量少。(三接觸網(wǎng)1、正線采用德國(guó)Re200C系統(tǒng),使用Ris100銀銅接觸線,較目前國(guó)內(nèi)采用同材質(zhì)接觸線截面小。站線采用Re100的懸掛方式,使用Ri100純銅接觸線。2、編組站和區(qū)段接觸網(wǎng)分段。在站場(chǎng)內(nèi),由許多柱上開(kāi)關(guān)組成若干可單獨(dú)開(kāi)合的電氣分段。這些柱上開(kāi)關(guān)(除機(jī)車(chē)整備線外配備了電動(dòng)操作機(jī)構(gòu),可由電調(diào)值班人員遠(yuǎn)程控制,停送電作業(yè)和故障判斷準(zhǔn)確快速。3、利用弓網(wǎng)關(guān)系仿真軟件計(jì)算跨距配合、吊弦長(zhǎng)度、道岔定位等問(wèn)題,接觸網(wǎng)穩(wěn)定性很好。保證最佳弓網(wǎng)配合關(guān)系,提高列車(chē)運(yùn)行安全性。4、采用新型接觸網(wǎng)接地系統(tǒng)。架設(shè)上下行全并聯(lián)完全非絕緣回流線,回流線兼做架空地線,每隔300米上下行回流線并聯(lián)一次,在

6、區(qū)間用過(guò)軌單芯銅電纜連接,在車(chē)站用導(dǎo)流軟橫跨承力索連接。5、在低凈空橋處,支持裝臵采用了德國(guó)進(jìn)口的彈性支撐部件。6、接觸網(wǎng)構(gòu)件采用了大量的鋁合金材料,降低了接觸網(wǎng)重量,增加了彈性,便于維修更換。各部構(gòu)件強(qiáng)度層次分配科學(xué),使設(shè)備故障影響最小化。(四遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)(SCADA全線設(shè)臵一個(gè)電調(diào)中心和四個(gè)分調(diào)中心,使用的是一個(gè)控制系統(tǒng),由德國(guó)S.P.I.D.E.R 系統(tǒng)構(gòu)成,采用較成熟的SCADA遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備及支持軟件,通過(guò)分布在沿線各站135個(gè)RTU被控站,控制全線17座牽引變電所及900臺(tái)接觸網(wǎng)柱上隔離開(kāi)關(guān)和負(fù)荷開(kāi)關(guān),自動(dòng)化程度高,具有較強(qiáng)的可靠性,便于各控制中心調(diào)度員之間的協(xié)調(diào)。在我國(guó)首次實(shí)現(xiàn)了牽引變電所

7、無(wú)人值班,提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。(五接觸網(wǎng)檢測(cè)方式沈局接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)車(chē)是哈大電氣化系統(tǒng)引進(jìn)工程的重要組成部分,全面引進(jìn)了具有國(guó)際先進(jìn)水平的德國(guó)檢測(cè)技術(shù)。檢測(cè)車(chē)車(chē)體部分由長(zhǎng)春客車(chē)廠制造,于2001年10月27日出廠。車(chē)體采用了CW-200型轉(zhuǎn)向架,構(gòu)造速度200公里/小時(shí);15號(hào)小間隙車(chē)鉤,G1型緩沖器;雙管制動(dòng)系統(tǒng),盤(pán)型制動(dòng);安裝了Perkins發(fā)電機(jī)組,并可采用客車(chē)發(fā)電車(chē)AC380V電源、電力機(jī)車(chē)DC600V電源及地面AC380V電源多種供電方式。檢測(cè)設(shè)備全面由德國(guó)引進(jìn)。采用DSA350型受電弓,可以承載最高350公里/小時(shí)的運(yùn)行速度,在受電弓上裝有24塊高性能傳感器,能精確檢測(cè)出弓網(wǎng)間水平和垂

8、直接觸壓力、接觸導(dǎo)線高度、接觸線高差、接觸線斜率、拉出值、沖擊加速度、導(dǎo)線接近、車(chē)體振動(dòng)加速度、接觸網(wǎng)電壓、運(yùn)行速度、運(yùn)行里程及支柱號(hào)等多項(xiàng)接觸網(wǎng)重要參數(shù)。接觸網(wǎng)電壓、運(yùn)行速度、導(dǎo)線接近、定位器坡度、接觸線高度、接觸力、拉出值、運(yùn)行里程、支柱號(hào)等參數(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)和離線圖形顯示及打印,精準(zhǔn)體現(xiàn)接觸網(wǎng)接觸導(dǎo)線的真實(shí)運(yùn)營(yíng)狀態(tài),我們稱(chēng)它為接觸網(wǎng)的“心電圖”。通過(guò)檢測(cè)軟件對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)評(píng)估,產(chǎn)生接觸壓力、拉出值等一系列參數(shù)的缺陷清單。目前,接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)車(chē)擔(dān)負(fù)著哈大電氣化鐵路和秦沈客運(yùn)專(zhuān)線的接觸網(wǎng)檢測(cè)任務(wù),為接觸網(wǎng)的檢修、維護(hù)及安全運(yùn)行發(fā)揮著重要作用。(六運(yùn)營(yíng)管理1、運(yùn)營(yíng)體制(1、實(shí)行三級(jí)供電調(diào)度管理:

9、路局電調(diào)和供電段操作電調(diào)(原分局電調(diào)、供電段生產(chǎn)電調(diào),供電段操作電調(diào)負(fù)責(zé)辦理日常停送電具體操作、系統(tǒng)故障判斷和組織處理任務(wù)。(2、開(kāi)通之初4個(gè)供電中心只配備維修人員863人,組織結(jié)構(gòu)精干,職能分配合理,管理人員少。(3、牽引變電所采用無(wú)人值班,有人值守,每個(gè)變電所只配備4人編制。網(wǎng)工區(qū)設(shè)臵少,管轄范圍大。每個(gè)網(wǎng)工區(qū)配臵一臺(tái)軌道作業(yè)車(chē),一臺(tái)平板車(chē)。(4、全線推行周期修與狀態(tài)修相結(jié)合的維修制式,最長(zhǎng)檢修周期為4年。結(jié)合引進(jìn)設(shè)備特點(diǎn)和德方資料組織人員編寫(xiě)了牽引變電所和接觸網(wǎng)檢修規(guī)程。2.運(yùn)行指標(biāo)僅以2005年為例,該年度哈大線沈局管內(nèi)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)如下:牽引變壓器容量746兆伏安,受電量12.4億

10、度,功率因數(shù)平均達(dá)到0.93,全年跳閘288次,重合成功254次,停電時(shí)間5.87小時(shí),供電原因跳閘10次,重合成功7次,停電時(shí)間0.4小時(shí),每百萬(wàn)千瓦時(shí)跳閘0.030件,跳閘平均停電時(shí)間10分/件,每百萬(wàn)千瓦時(shí)供電原因跳閘0.002件,供電原因跳閘停時(shí)8分/件,弓網(wǎng)故障2件,每百萬(wàn)千瓦時(shí)弓網(wǎng)故障0.002件,每百萬(wàn)千瓦時(shí)供電原因弓網(wǎng)故障0.001件。3、安全情況僅以2005年為例,沈陽(yáng)局管內(nèi)發(fā)生牽引供電事故及故障27件,都發(fā)生在接觸網(wǎng)方面,其中因工程施工造成接觸網(wǎng)故障13件(占48%、自然災(zāi)害造成接觸網(wǎng)故障4件(占14.8%、因設(shè)備被盜造成接觸網(wǎng)故障3件(占11.1%、因列車(chē)事故造成接觸網(wǎng)故

11、障3件(占11.1%、因設(shè)備質(zhì)量造成接觸網(wǎng)故障4件(占14.8%、另外人身安全方面發(fā)生1件職工觸電死亡事故,1件觸電職工輕傷事故。二、運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在的問(wèn)題及部分改進(jìn)措施雖然哈大線牽引供電系統(tǒng)是從德國(guó)引進(jìn)的,技術(shù)設(shè)備較先進(jìn),但在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)管理等方面存在與中國(guó)國(guó)情不相適應(yīng)的地方,具體問(wèn)題如下:(一供電方式1、牽引變電所在饋線出口同方向上下行供電臂共用1臺(tái)斷路器,當(dāng)發(fā)生故障或檢修時(shí),停電范圍擴(kuò)大,必須先將斷路器斷開(kāi),即同供電臂的上下行線路同時(shí)停電,再分開(kāi)上下行隔離開(kāi)關(guān),切除故障或檢修區(qū)段,最后合斷路器,使非故障或檢修線路受到另一線路的影響,對(duì)運(yùn)輸生產(chǎn)影響較大。2、編組站各場(chǎng)分束供電設(shè)臵范圍

12、過(guò)大,檢修停電作業(yè)對(duì)運(yùn)輸產(chǎn)生干擾。(二牽引變電所1、牽引變電所維護(hù)問(wèn)題德國(guó)進(jìn)口電氣設(shè)備大多為免維護(hù)、壽命制運(yùn)行設(shè)備,但是由于運(yùn)行條件和運(yùn)行環(huán)境的影響,這些免維護(hù)產(chǎn)品也需要維護(hù),而德方采用其國(guó)內(nèi)牽引變電所設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí),由生產(chǎn)廠家負(fù)責(zé)維護(hù)的維修方式,而哈大線牽引變電所設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí),沒(méi)有生產(chǎn)廠家或經(jīng)銷(xiāo)商的授權(quán)人員處理故障,因此,從這點(diǎn)上,給安全供電帶來(lái)了一定威脅。2、牽引變電所無(wú)人值守問(wèn)題。牽引變電所按設(shè)計(jì)要求無(wú)人值守,在設(shè)備方面也是可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守,但是,由于中國(guó)的社會(huì)治安不同于德國(guó),牽引變電所也沒(méi)有安裝相應(yīng)的防盜措施,偷盜現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生,對(duì)人身安全和設(shè)備安全構(gòu)成了威脅。因此,沈局根據(jù)實(shí)際情況,

13、開(kāi)通后在每個(gè)牽引變電所院內(nèi)修建了值守房,安排值守人員24小時(shí)值守。因在設(shè)計(jì)之初未考慮變電所有人值守,在交通、生活等方面給值守人員帶來(lái)了很多困難。3、牽引變電所排水系統(tǒng)問(wèn)題。哈大線牽引變電所的排水采用滲水方式,無(wú)自動(dòng)強(qiáng)排設(shè)備。對(duì)于中小量降水可以滿足,但是如果遇大暴雨則可能出現(xiàn)因排水不暢而引起的倒灌。(三接觸網(wǎng)1、承力索的截面積偏小,抵御事故能力較弱。哈大線承力索截面為50mm2的青銅絞線,全路所有電化線路的承力索截面都大于此截面。從幾年來(lái)的統(tǒng)計(jì)看,接觸網(wǎng)發(fā)生短路故障時(shí),多數(shù)會(huì)造成承力索斷線,截面偏小是承力索斷線的重要原因。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題,運(yùn)營(yíng)單位對(duì)易發(fā)生短路處所(如上跨橋、與其它建筑物相近的地方的

14、承力索進(jìn)行絕緣防護(hù),減少了此類(lèi)事故的發(fā)生。2、接觸網(wǎng)的絕緣設(shè)計(jì)為重污染設(shè)計(jì),而絕緣爬距為1200mm,不能滿足大連沿海地段和個(gè)別重污染地段的絕緣要求,在雨雪霧等惡劣天氣條件下,造成絕緣子的閃烙和放電,引起斷路器跳閘,嚴(yán)重影響運(yùn)輸和相關(guān)部門(mén)設(shè)備的安全。應(yīng)該制定解決措施,如將污染區(qū)段絕緣子更換為防污型,購(gòu)臵絕緣子帶電水沖洗車(chē)等。3、部分大站正線上的隔離開(kāi)關(guān)設(shè)臵不合理,如四平站05#、06#、07#、08#隔離開(kāi)關(guān)無(wú)法斷開(kāi)加強(qiáng)線,停電作業(yè)時(shí),只能整條正線全部停電,與正線相連的所有渡線均不能通過(guò)電力機(jī)車(chē),導(dǎo)致整個(gè)上行場(chǎng)或整個(gè)下行場(chǎng)無(wú)法行駛電力機(jī)車(chē),影響范圍大。這樣的站上下行正線維修天窗很難兌現(xiàn)。4、三

15、跨非絕緣錨段關(guān)節(jié)只在開(kāi)口側(cè)安裝一組雙線電連接,而閉口側(cè)沒(méi)有電連接。在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn),由于機(jī)車(chē)取流較大,閉口側(cè)工作支和非工作支間存在電位差,多次燒斷斜拉線,使定位管下落,造成打弓,嚴(yán)重時(shí)還曾經(jīng)直接燒斷接觸線。因此,在此問(wèn)題比較突出的地方,采用閉口側(cè)安裝一組雙線電連接的方式,解決了該問(wèn)題。5、由于選擇材質(zhì)未考慮國(guó)內(nèi)治安環(huán)境,地面設(shè)備丟失比較嚴(yán)重。如火花間隙連接電纜、過(guò)軌回流電纜、吸上線電纜都是銅材質(zhì),補(bǔ)償裝臵的限制管和托架均為鋁合金材質(zhì),銅和鋁合金材質(zhì)比較貴重,沿線偷盜情況較為嚴(yán)重,在威脅安全的同時(shí),增加了運(yùn)營(yíng)成本。為解決設(shè)備丟失問(wèn)題,經(jīng)與鐵三院研討后,把銅電纜改為帶絕緣的鋼絞線,把鋁合金管改為角鋼,

16、在不影響功能的情況下,偷盜現(xiàn)象明顯減少,而且降低了運(yùn)營(yíng)成本。6、德國(guó)產(chǎn)分段絕緣器空氣絕緣距離不夠的問(wèn)題。德國(guó)產(chǎn)分段絕緣器空氣絕緣距離為210mm,技規(guī)規(guī)定為300mm,困難情況下不得低于240mm,不符合技規(guī)要求?，F(xiàn)以對(duì)部分拉弧嚴(yán)重地點(diǎn)采用國(guó)產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行代替。(四遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)1、遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的短路點(diǎn)測(cè)量距離值不準(zhǔn)確,給調(diào)度員判斷故障點(diǎn)的位臵造成一定難度,主要原因是正式投運(yùn)前沒(méi)有進(jìn)行短路試驗(yàn)。建議今后新線開(kāi)通前在系統(tǒng)調(diào)試階段應(yīng)該做短路試驗(yàn),正式運(yùn)行后短路試驗(yàn)將無(wú)法實(shí)施。2、遠(yuǎn)程控制設(shè)臵方式使通信受干擾的機(jī)率增大。分調(diào)工作站發(fā)出的命令或遙測(cè)信息都要經(jīng)過(guò)沈陽(yáng)控制中心處理,再傳到控制終端執(zhí)行,中間曲折多,分調(diào)操

17、作速度慢,受通信設(shè)備故障影響的機(jī)率較大。即將采用的調(diào)度集中方式可解決此問(wèn)題。3、通訊通道只有一條光纜,所以實(shí)際上沒(méi)有實(shí)現(xiàn)真正的一主一備,一但損壞影響遠(yuǎn)動(dòng)功能。(五運(yùn)營(yíng)管理哈大線引進(jìn)德國(guó)的設(shè)備和管理模式,設(shè)備是先進(jìn)的,管理理念是科學(xué)的,但是沒(méi)有全面細(xì)致地考慮中國(guó)國(guó)情,如人員配臵問(wèn)題,沒(méi)有考慮值班、配合作業(yè)等所需要的人員。造成設(shè)計(jì)定員少,相應(yīng)的房屋面積小,工裝設(shè)備缺,具體問(wèn)題如下:1、網(wǎng)工區(qū)數(shù)量少。管轄范圍大,維修任務(wù)重,事故搶修時(shí)人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)間長(zhǎng)。2、網(wǎng)工區(qū)人員不足。最初編制,每個(gè)作業(yè)組9名網(wǎng)工,去除1人留守網(wǎng)工區(qū),1人駐站防護(hù),兩側(cè)掛地線兼防護(hù)各2人,軌道車(chē)司機(jī)2名,1名工作領(lǐng)導(dǎo)人,真正上網(wǎng)

18、作業(yè)的只有2人,只能利用作業(yè)車(chē)處理網(wǎng)上簡(jiǎn)單的問(wèn)題。稍微復(fù)雜一點(diǎn)的作業(yè),如調(diào)整補(bǔ)償裝臵、調(diào)整弛度等,人手顯然不足,故障搶修時(shí)人員不足問(wèn)題更為突出。網(wǎng)工區(qū)無(wú)汽車(chē)值班司機(jī),影響事故搶修。3、搶修列車(chē)沒(méi)有定員,參加搶修時(shí)間滯后。4、土建房屋不足。第一,每接觸網(wǎng)領(lǐng)工區(qū)的原房屋面積是按定員為12人設(shè)計(jì)的,現(xiàn)領(lǐng)工區(qū)定員配臵29人,超出了原設(shè)計(jì)規(guī)模,由于網(wǎng)工區(qū)房屋面積小,現(xiàn)不能滿足生產(chǎn)、生活的需要;第二,網(wǎng)工區(qū)沒(méi)有檢修間,生產(chǎn)所需常用簡(jiǎn)易設(shè)備無(wú)處安裝;第三,由于材料庫(kù)較小,網(wǎng)工區(qū)日常檢修及事故搶修材料無(wú)處可放。5、牽引變電所建設(shè)問(wèn)題。沒(méi)有獨(dú)立的工具備品間,圍墻高度設(shè)計(jì)為2.5m,大門(mén)為網(wǎng)狀柵欄門(mén),無(wú)法滿足防盜要求。6、牽引供電設(shè)備缺少維修專(zhuān)用工具。接觸網(wǎng)維修需要專(zhuān)用工具進(jìn)行調(diào)試,如接頭線夾的安裝、吊弦