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1、高铁纯单相接线高铁纯单相接线 GIS 设备容量不够解决方案设备容量不够解决方案 汪自成 中铁第四勘察设计院集团有限公司 摘 要 回顾当前国内高速铁路牵引变压器接线型式，本文根据高速铁路纯单相接线引起 2x27.5kV 母线进线 GIS 开关柜容量不足问题提出多个解决方案，并对各个解决方案优缺点进行分析，最终给出推荐的解决方案。 关键词 高速铁路 单相变压器 缺陷 解决方案 Abstract: Reviews current high speed railway traction transformer connection type, the pure single-phase transfo
2、rmer causes many insufficient questions to the switch cabinet capacity of the 2x27.5kV generatrix. According to the above questions, this article provides three solutions and analyzings and comparing each solution advantage and disadvantage, finally gives the recommendation the solution. Keywords：Hi
3、gh speed railway Single-phase transformer fault solution 目前我国高速铁路牵引供电系统的牵引变电所有两种主接线型式，一种是由两台纯单相变压器组成三相 V/X 接线型式，另一种为纯单相（I/I）接线型式。两种接线型式各有优缺点，三相 V/X 接线型式优点是可减小电铁对电力系统电能质量的影响、降低变电所内各种设备的容量、便于施工和维护，缺点是增加牵引供电系统正常运行的电分相数量、扩大牵引变压器安装容量；纯单相接线型式优点是牵引变电所结构简单、一次侧设备数量少、容量利用率高、在正常条件下可减少接触网电分相数量，缺点是加大了电铁对电力系统电能质量
4、的影响，增加了牵引变电所设计的设备选型难度。 一、 高速铁路单相接线存在的问题 一、 高速铁路单相接线存在的问题 我国高速铁路的特点为列车功率大（时速 350km 动车组功率高达17600kW 或更高） 、行车密度越来越高（最小行车间隔已达到 3 分钟） 、机车运行带电概率高。为满足高速铁路的牵引供电要求，每座牵引变电所必需提供高达 120MVA180MVA 负荷【1】。 牵引变电所主接线纯单相接线型式，牵引变压器安装容量高达2x75MVA2x120MVA，牵引变电所 2x27.5kV 侧断路器、开关设备容量需要达到 2.4kA3.6kA。若取消牵引变压器二次侧出口处 AT 变，牵引变电所 2
5、x27.5kV 侧断路器、开关设备容量则高达 2.8kA4.0kA【2】。 目前用于电铁的成型 2x27.5kV GIS 开关柜设备额定容量均在31.5kA 以下，2x27.5kVGIS 开关柜只能插接不多于 4 根截面最大不超过 400mm2电缆插拔头， 这些都不满足纯单相接线牵引变压器电流要求。 二、单相接线 GIS 开关柜断路器容量不够问题的解决方案 二、单相接线 GIS 开关柜断路器容量不够问题的解决方案 解决上述分析的高速铁路牵引变电所纯单相接线 2x27.5kV 母线进线 GIS 开关柜容量不足存在的问题，主要有两种途径。 一是研发大容量的 2x27.5kV GIS 开关柜，以适应
6、高速铁路牵引变电所单相接线时牵引变压器 2x27.5kV 侧大电流需要，这属于设备厂商该做的工作，本文不做论述。 二是通过系统设计改变牵引变电所低压侧接线方式或设备运行方式，以满足高铁牵引供电系统 2x27.5kV 母线进线侧大电流需要。 本文在现有成型设备产品前提条件下，从牵引供电系统的设计角度来寻求解决方案，并给予分析及论述。针对高铁牵引供电系统2x27.5kV 母线进线开关柜容量不足的问题，本文提出三种解决方案。 第一种解决方案：227.5kV 母线不分段，进线 GIS 开关柜并联方案 该方案是在原纯单相接线牵引变电所接线方式基础上，增加一台GIS 开关柜，与 2x27.5kV 母线进线
7、 GIS 开关柜并联，以解决单台 GIS容量不足和进线电缆数量问题。 第二种解决方案：227.5kV 母线不分段，取消母线进线断路器方案 该方案是在原纯单相接线牵引变电所接线方式基础上，取消 227.5kV 母线进线 GIS 开关柜的断路器， 同时取消母线进线相应的保护。 第三种解决方案：227.5kV 母线分段，进线 GIS 开关柜分共方案 该方案是在方案一基础上进行优化改进，使纯单相牵引变电所2x27.5kV 部分与三相 VX 接线一致， 左右臂母线进行 GIS 开关柜共同接引牵引变压器同一出线端子。 上述三种解决方案均可能够满足牵引供电系统要求，但三个解决方案各有优缺点。 第一种解决方案
8、的优点是主接线直观、简单，不需要调整 GIS 开关柜内部结构及设备参数，其缺点是当牵引变电所无论是牵引变压器差动保护和过流保护及馈线后备保护动作，都需要同时启动 2x27.5kV母线两台进线断路器，需要两台断路器动作必须同步，不然容易烧毁后动作的断路器【3】。特别是在馈线后备保护启动条件下，此时变电所近端短路电流非常大，两台 2x27.5kV 母线进线断路器动作不同步，易烧毁后启动的断路器。 第二种解决方案的优点是，主接线直观、简单，取消 2x27.5kV 母线进线断路器后节省投资，其缺点是需要调整进线开关柜内部结构及参数（取消断路器、增大开关容量） ，过流保护及馈线后备保护动作只能使牵引变压
9、器 220kV 侧断路器跳闸，相比较而言，对馈线后备保护少一级，增加了牵引变压器倒闸次数和对电力系统的影响。 第三种解决方案具有第一种解决方案的优点，同时弥补了第一种解决方案中馈线后备保护启动两台 GIS 不同步时容易烧毁后启动断路器的问题（当馈线后备保护动作时，只需要相应母线进线断路器动作，另一断路器不动作） ，缺点是当牵引变电所无论是牵引变压器差动保护和过流保护动作，都需要同时启动 2x27.5kV 母线两台进线断路器，需要两台断路器动作必须同步，不然容易烧毁后动作的断路器。不过牵引变压器差动保护和过流保护动作时，对于 2x27.5kV 进线断路器中流过的电流相比短路电流较小，即使两断路器
10、同步性较差，时间有差异，也不会影响设备运行。 三、研究结论 三、研究结论 经过对 2x27.5kV 母线进线开关柜断路器容量不满足高铁纯单相接线方式 2x27.5kV 母线进线电流要求的解决方案分析，结论如下： （1）在兼顾现有成型开关柜设备、各种保护配置以及工程实施性前提条件下，高速铁路采用纯单相接线方式下宜采用第三种方案作为解决 2x27.5kV 母线进线开关柜断路器容量的首选方案。这与牵引变电所为外部电源预留三相 VX 接线条件一致，将来采用三相 VX 接线时，2x27.5kv 侧均不需要改动。 （2） 在得到电力系统允许牵引变压器 220kV 侧断路器作为牵引变压器过流保护、馈线后备保
11、护前提下，第二种解决方案也是可行的，且节省投资。 （3）第一种解决方案由于要求并联运行的两台断路器动作同步性较高，不宜采用。若牵引变电所馈线近端短路电流较小，也可以采用方案一。 参 考 文 献 1 汪自成， “高速铁路牵引变压器接线分析” ， “电铁信息网讯”第 3期（总第 20 期） 2004 年 2 新建铁路武汉至广州客运专线乌龙泉至韶关段修改初步设计电气化文件 中铁第四勘察设计院集团有限公司，2007.11 3 贺威俊、简克良主编 电气化铁道供变电工程 中国铁道出版社 1996 年 作者简介：汪自成 男 1975 年 6 月 电气化铁道牵引供电系统 中铁第四勘察设计院集团有限公司 工程师 通信地址：武汉杨园铁四院电化处 邮编：430063 联系电话：02751155979 13871028786 email 地址：
