摘要：变电所是电气化铁路电力机车牵引的电力能源的来源，变电所的主要任务是让电力系统传输的三相高压电转换成可以让电力机车使用的电力能源。然而电气设备的规格、型号、技术参数以及在电气上是如何连接都基于电气主接线的设计。基于此，本文从变电所的主接线和变压器的设计进行研究，确保变电所供电的安全、连续和可靠，同时对电气化铁路牵引变电所的主接线与变压器的设计进行进一步分析。
关键词：电气化；铁路牵引；变电所；主接线；变压器；设计
一、电气化铁路及其牵引变电所
就当前的铁路发展来看，电气化铁路已经成为最为重要的一个类型，其自身的一些优势也表明在今后的铁路发展中，电气化铁路所占的比例也必然会逐步提高，对于电气化铁路运行过程来说，因为其牵引动力主要就是电力能源，所以其电力能源的消耗是比较严重的，并且对于电力能源的使用过程来看，因为电气化机车自身是不携带电源装置的，所以就需要外部的一些电源给予其及时的供应，而在这种供应的过程中必然会涉及到牵引变电所，牵引变电所在整个的电力能源供应中发挥了极为突出的作用，并且从另外一方面看，牵引变电所在电力能源供应中所产生的电力损耗也理应引起高度重视，可以说牵引变电所中的能源消耗是最为主要的电力损耗组成部分。
二、牵引变电所主接线设计
首先，依据变电所的最高电压等级和变电所的性质选择出一种与变电所在系统中的地位和作用相适应的接线方式而且主接线要满足可靠性、灵活性和经济性。其次，需要考量其高压一侧的主接线方式。主接线方式通常有以下几种：1.电源线和引出线为一组接线的单母线接线方式；2.以断路器进行分段的单母线分段接线方式；3.以内外接线之分的桥型接线方式。4.以两路输电线路分别引出两条支线的分支接线方式（双T接线）。
三、电气化铁路牵引变电所主接线的选择
电气化铁路牵引变电所主接线是牵引变电所的重要组成部分，是电力系统的重要组成部分。变电所在整体和运营灵活性上确定了主接线，以及其自身的电力系统的可靠性和经济性都有着千丝万缕的联系。对电气设备的选择、配电设备的选择、控制与保护的方式有着重要的影响。因此有必要确定合理的方式来满足主接线的要求，主接线的基本要求如下：
首先，确保牵引负荷的功率，负载信号的稳定和安全性，确保电力输送和提供可靠的电能质量和能源需求。其次，需要确保在操作过程中的灵活性，以提高维修和维护的安全性和方便性。第三、承受能力，降低运营成本和投资成本。第四、连接接线简单、效率高，适合发展空间和拓展空间。
四、高压侧电气主接线基本形式
（1）单母线的接线
单母线的接线特点主要是整个配电装置的设置只有一组母线，并且每个引出线和电源线都是需要经过开关电器，并且需要连接在一组母线上。在同个回路的串接隔离开关与断路器的运行操作期间，需要遵守的操作程序如下：第一，馈线送电时需要合上1QS与2QS，再投入1QF。第二，想要停止供电，在操作时需要断开1QF，之后才可以断开1QS与2QS。
单母线的结构特点如下：结构简单、配电装置的费用较低，并且设备使用量较少，具有很好的经济性能和可靠性；每个回路的断路器可以切断负荷电流与故障电流。在进行检修回路和断路器时，只是单个回路停电，其他的回路是不受影响的；与母线相连隔离开关和检修母线隔离开关时，整个电路会停电。如果母线发生故障，电源会全部断开，修复后才能恢复系统供电。主接线的弊端是当母线出现故障和检修母线上的设备时会影响整个电路，造成全部停电，并且其使用范围也有一定的界限，只可在低可靠性的地区负荷使用。
（2）单母线的分段接线
第一，分段形式下的母线在进行检修时将会出现一部分电路的停电。第二，如果是进线范围内的断路器进行检修会影响这个进线的供电故障，造成局部停电。适用范围是10～35kV地区负荷，以及城市电路牵引变电所等。第三，结构属于桥形的接线。如果是两条电源回路与两台主变压器，一般在电源线之间使用横向的母线进行连接，也就是桥形的接线。桥形的接线根据中间的横向的桥接母线位置进行区分，主要是内桥形与外桥形，有所不同的是内桥形的连接母线是在变压器的内侧，而外桥形的连接母线是在线路一侧。
桥断路器是在两个回路的电源线路之间进行连接的，所以线路的退出工作和投入工作操作简单。桥形的母线断路器的QF在正常状态下是处于合闸运行的。在故障情况下，故障线路上的断路器1QF会出现跳闸现象，其余元件仍可以继续工作。内桥形出现线路故障或者是进行检修时是不会影响变压器的正常工作。因此，这种接线在牵引变电所应用范围较广。
外桥形的结线和内桥形的结线特点是相反的。如果变压器出现故障或者是运行期间需要中断，需要将其前面的断路器1QF或2QF断开，是不会影响线路正常运行的。但是如果线路出现故障或者是进行检修期间，处于这个线路上的变压器或有短暂的中断，经过操作转换后才可以正常工作。所以，外形桥的结接线应用范围受到限制。
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(3)分支接线（双T接线）：它于外桥式接线相似，区别是用桥隔离开关替换了桥断路器，桥隔离开的作用是当一路进线因故障或检修退出运行时，另一路进线可通过桥隔离开关向两台变压器同时供电。桥隔离开关正常时处于闭合状态，两路进线只有一组向变压器供电的是主电源，另一路进线则是备用电源。与桥式接线相比，省去一台断路器，隔离开关也减少了。因此配电装置的结构简单，占地面积减小，相应的以桥断路器为作用的保护装置也随之取消，控制室内的二次接线大为减化。牵引变电所一次接线大多采用双T型接线。
五、牵引变电的负荷侧电气接线的特点
（1）由于电气化铁路接触网出现故障的几率较为频繁，所以牵引负荷侧电气的接线对于接触网馈线断路器类型与备用的方式会比电力负荷的要求要高。（2）牵引侧电气的结构和接线的方式，以及变压器备用的方式密切相关，使用移动式的变压器作为备用使用时，和移动式的变压器的结线方式相关。（3）电气化铁路的年运量、馈线的数目、单线或者是复线、以及变电所周围的铁路设施的供电要求有关。
六、电气化铁路牵引变压器的选择
6.1选择的基本原则
（1）供电可靠性，供电可靠性是在电气化铁路设立两个主要变电站。（2）在变电站设置二台变压器，一个变压器发生故障，另一台变压器随即投入运行，确保所有馈线和负荷的正常供电。（3）变电站变压器的运行需要具备可靠性和灵敏性，需要选择两台三个绕组的变压器，三个绕组变压器的面积比较小，减少了维护和操作的工作量，在销售价格方面是比选择四台双绕组变压器，具有很大的竞争优势。
6.2变压器连接方式与台数确定
通常选择桥连接方式，因此，采用三绕组变压器，高压侧连接成Ÿ形接线，中，低压侧接成三角形连接，可以接入自用变压器。
6.3确定与选择牵引变电所的变压器
通过进行负载容量计算和容量核定之后，我们需要从两个中间选择较大的一个，根据设备的实际情况，确定牵引变压器的容量。
6.4选择变压器的备用方式
(1)移动备用
采用移动变压器作为备用的方式，称为移动备用。采用移动备用方式的电气化区段，每个牵引变电所装设两台牵引变压器，正常时两台并联运行。所内设有铁路专用岔线。备用变压器安放在移动变压器车上，停放于适中位置的牵引变电所内或供电段段部，以便于需要作为备用变压器投入时，缩短运输时间。在供电段所辖的牵引变电所不超过5—8个的情况下，设一台移动变压器，其额定容量应与所辖变电所中的最大牵引变压器额定容量相同。当牵引变压器需要检修时，可将移动变压器按计划调入牵引变电所。但在牵引变压器发生故障时，移动变压器的调运和投入约需数小时。此间，靠一台牵引变压器供电往往不能保证铁路正常运输。这种影响，在单线区段或运量小的双线区段可很快恢复正常；但在大运量的双线区段须予以重视。可按牵引变压器一台故障停电后由另一台单独运行，允许超载30％，并持续4小时，而能符合计算容量(满足正常运输)的要求进行检算。
(2)固定备用
采用加大牵引变压器容量或增加台数作为备用的方式，称为固定备用。采用固定备用方式的电气化区段，每个牵引变电所装设两台牵引变压器，一台运行，一台备用。每台牵引变压器容量应能承担全所最大负荷，满足铁路正常运输的要求。采用固定备用方式的优点是：其投入快速方便，可确保铁路正常运输，又可不修建铁路专用岔线，牵引变电所选址方便、灵活，场地面积较小，土方量较少，电气主接线较简单。其缺点是：增加了牵引变压器的安装容量，变电所内设备检修业务要靠公路运输。因此，固定备用方式适用于沿线有公路条件的大运量区段。在当前进行电气化铁路牵引供电系统的设计中，牵引变压器的备用方式不再考虑移动备用方式。
结语
牵引变电所的电气主接线在电气化铁路的供电中至关重要，将变电所内的一次侧接成桥形结线，然后通过负载负荷确定变压器的数量以及安装容量和连接形式后，再考虑备用，将一台变压器作为主用，另一台作为备用。使得电气化铁路牵引变电所的运行趋于更加可靠、连续性和安全性，从而提高供电水平，促进电气化技术的发展。
参考文献
[1]刘海军等.高速铁路牵引变电所电气主接线的可靠性评估[J].铁道工程学报，2017，（6）：1-5.
[2]刘巍.电气化铁路牵引电力合建变电所母线保护方案探讨[J].铁道标准设计，2013，（3）：115-118.
[3]唐明艳.电气化铁路牵引变电所的主接线与变压器设计[J].科技创新与应用，2013，（8）：132-133.
[4]王果.电气化铁路牵引供电系统综合有源补偿研究[D].兰州交通大学，2014.
[5]孙杰.电气化铁路牵引变电所的主接线与变压器设计[J].科学中国人,2016(3).
论文作者:徐宝忠
论文发表刊物:《电力设备》2018年第18期
论文发表时间:2018/11/11
标签：接线论文; 变压器论文; 变电所论文; 电气化铁路论文; 母线论文; 方式论文; 断路器论文; 《电力设备》2018年第18期论文;