哈大电气化铁路牵引供电系统情况介绍

1 哈大电气化铁路牵引供电系统情况介绍哈大电气化铁路牵引供电系统情况介绍 哈大铁路为中国铁路网中一条重要干线 贯穿哈尔滨 长春 沈阳 大连四大枢纽 始建于 1898 年 为双线铁路 线路全长 946 5 公里 在东北乃至全国铁路运输中具有十分 重要的地位 国家计委于 1990 年 12 月 31 日批准对哈大铁路进行电气化技术改造 2001 年 8 月 18 日开通沈阳至哈尔滨段 11 月 30 日开通沈阳至大连段 既全线开通运行 哈大电气化铁路是我国首次系统引进具有国际先进水平的德国技术 设备和管理模式 其牵引供电系统适应 200km h 高速铁路 牵引供电系统新建牵引变电所 17 座 架设接触网 3314 条公里 RTU135 个 隔离开关 900 余台 远动控制系统设置 1 个主控中心和 4 个分控 中心 设置抢修基地 4 个 引进接触网动态检测车 1 辆 开通之初成立了哈尔滨 长春 沈阳 大连 4 个供电中心 随着铁路改革的深入 维修体制也几经变化 现全线由沈哈两 局的沈阳 长春 哈尔滨供电段担负运营管理工作 哈大电气化工程系统引进规模大 设备技术水平新 建设速度快 自全线开通至今 系统设备性能稳定 总体质量优良 达到了项目引进的预期目的 现全面介绍如下 一 哈大牵引供电系统特点 一 供电方式 1 全线采用 220 27 5kv 单相变压器供电 牵引变压器利用率高 变电所接线简洁 接触网电分相数目少 适应高速 繁忙区段 两路进线电源 设有跨桥连接 两台主变压 器互为备用 2 采用带回流线上下行全并联直接供电方式 上下行正线的接触网在车站通过一个带 短路报警互感器的柱上开关进行并联 为了改善接触网的电传输特性 沿正线贯通架设加 强线和回流线 每隔 1500 米加强线和回流线进行一次电连接 可每隔 300 米上下行的回流 线并联一次 以明显降低接触网阻抗值和电压降 从而加大变电所的间距 减少牵引变电 所的数量 节省了工程投资 降低了运营成本 3 牵引变电所在馈线出口同方向上下行供电臂共用 1 台断路器 4 采用了以接触网柱上隔离开关替代目前我国电气化铁路双线区段分区所和枢纽内建 开闭所的新技术 取消了土建及配套工程 节省了工程投资及运营费用 二 牵引变电所 1 采用单相变压器 室外补偿电容装置及室内柜式 27 5kv 电气设备 2 变电所内设置了接触网自动检测装置 即短路检测装置和反向电压检测装置 保证 设备及作业人员的安全 3 采用馈线断路器操作失灵保护 断路器箱体和变压器碰壳保护 接触网热保护技术 提高了运营可靠性 4 17 座牵引变电所的结构相同 区别在于变压器的容量 与变压器安装容量相匹配 的有关设备 以及接触网的馈线数量 一般变电所馈出 3 条线路 编组站 区段站根据分 场 分束供电要求设置馈线数目 5 全线采用远动系统 牵引变电所无人值班 6 牵引变电所设备全套系统引进 中方施工单位安装 德方专家调试 7 牵引变电所保护系统全部采用数字化保护 动作准确 可靠 保护设备部件集成化 体积小 占用空间少 故障率低 维修量少 三 接触网 1 正线采用德国 Re200C 系统 使用 Ris100 银铜接触线 较目前国内采用同材质接触 线截面小 站线采用 Re100 的悬挂方式 使用 Ri100 纯铜接触线 2 编组站和区段接触网分段 在站场内 由许多柱上开关组成若干可单独开合的电气 2 分段 这些柱上开关 除机车整备线外 配备了电动操作机构 可由电调值班人员远程控 制 停送电作业和故障判断准确快速 3 利用弓网关系仿真软件计算跨距配合 吊弦长度 道岔定位等问题 接触网稳定性 很好 保证最佳弓网配合关系 提高列车运行安全性 4 采用新型接触网接地系统 架设上下行全并联完全非绝缘回流线 回流线兼做架空 地线 每隔 300 米上下行回流线并联一次 在区间用过轨单芯铜电缆连接 在车站用导流 软横跨承力索连接 5 在低净空桥处 支持装置采用了德国进口的弹性支撑部件 6 接触网构件采用了大量的铝合金材料 降低了接触网重量 增加了弹性 便于维修 更换 各部构件强度层次分配科学 使设备故障影响最小化 四 远动系统 SCADA 全线设置一个电调中心和四个分调中心 使用的是一个控制系统 由德国 S P I D E R 系统构成 采用较成熟的 SCADA 远动设备及支持软件 通过分布在沿线各站 135 个 RTU 被控站 控制全线 17 座牵引变电所及 900 台接触网柱上隔离开关和负荷开关 自动化程度高 具有较强的可靠性 便于各控制中心调度员之间的协调 在我国首次实现 了牵引变电所无人值班 提高了劳动生产率 五 接触网检测方式 沈局接触网动态检测车是哈大电气化系统引进工程的重要组成部分 全面引进了具有 国际先进水平的德国检测技术 检测车车体部分由长春客车厂制造 于 2001 年 10 月 27 日出厂 车体采用了 CW 200 型转向架 构造速度 200 公里 小时 15 号小间隙车钩 G1 型缓冲器 双管制动系统 盘 型制动 安装了 Perkins 发电机组 并可采用客车发电车 AC380V 电源 电力机车 DC600V 电源及地面 AC380V 电源多种供电方式 检测设备全面由德国引进 采用 DSA350 型受电弓 可以承载最高 350 公里 小时的运 行速度 在受电弓上装有 24 块高性能传感器 能精确检测出弓网间水平和垂直接触压力 接触导线高度 接触线高差 接触线斜率 拉出值 冲击加速度 导线接近 车体振动加 速度 接触网电压 运行速度 运行里程及支柱号等多项接触网重要参数 接触网电压 运行速度 导线接近 定位器坡度 接触线高度 接触力 拉出值 运行里程 支柱号等 参数实现实时和离线图形显示及打印 精准体现接触网接触导线的真实运营状态 我们称 它为接触网的 心电图 通过检测软件对检测数据实现自动评估 产生接触压力 拉出值 等一系列参数的缺陷清单 目前 接触网动态检测车担负着哈大电气化铁路和秦沈客运专线的接触网检测任务 为接触网的检修 维护及安全运行发挥着重要作用 六 运营管理 1 运营体制 1 实行三级供电调度管理 路局电调和供电段操作电调 原分局电调 供电段生 产电调 供电段操作电调负责办理日常停送电具体操作 系统故障判断和组织处理任务 2 开通之初 4 个供电中心只配备维修人员 863 人 组织结构精干 职能分配合理 管理人员少 3 牵引变电所采用无人值班 有人值守 每个变电所只配备 4 人编制 网工区设 置少 管辖范围大 每个网工区配置一台轨道作业车 一台平板车 4 全线推行周期修与状态修相结合的维修制式 最长检修周期为 4 年 结合引进 设备特点和德方资料组织人员编写了牵引变电所和接触网检修规程 2 运行指标 3 仅以 2005 年为例 该年度哈大线沈局管内各项技术指标统计如下 牵引变压器容量 746 兆伏安 受电量 12 4 亿度 功率因数平均达到 0 93 全年跳闸 288 次 重合成功 254 次 停电时间 5 87 小时 供电原因跳闸 10 次 重合成功 7 次 停 电时间 0 4 小时 每百万千瓦时跳闸 0 030 件 跳闸平均停电时间 10 分 件 每百万千瓦 时供电原因跳闸 0 002 件 供电原因跳闸停时 8 分 件 弓网故障 2 件 每百万千瓦时弓网 故障 0 002 件 每百万千瓦时供电原因弓网故障 0 001 件 3 安全情况 仅以 2005 年为例 沈阳局管内发生牵引供电事故及故障 27 件 都发生在接触网方面 其中因工程施工造成接触网故障 13 件 占 48 自然灾害造成接触网故障 4 件 占 14 8 因设备被盗造成接触网故障 3 件 占 11 1 因列车事故造成接触网故障 3 件 占 11 1 因设备质量造成接触网故障 4 件 占 14 8 另外人身安全方面发生 1 件 职工触电死亡事故 1 件触电职工轻伤事故 二 运行中发现系统存在的问题及部分改进措施 虽然哈大线牵引供电系统是从德国引进的 技术设备较先进 但在设计 施工 运营 管理等方面存在与中国国情不相适应的地方 具体问题如下 一 供电方式 1 牵引变电所在馈线出口同方向上下行供电臂共用 1 台断路器 当发生故障或检修时 停电范围扩大 必须先将断路器断开 即同供电臂的上下行线路同时停电 再分开上下行 隔离开关 切除故障或检修区段 最后合断路器 使非故障或检修线路受到另一线路的影 响 对运输生产影响较大 2 编组站各场分束供电设置范围过大 检修停电作业对运输产生干扰 二 牵引变电所 1 牵引变电所维护问题 德国进口电气设备大多为免维护 寿命制运行设备 但是由于运行条件和运行环境的 影响 这些免维护产品也需要维护 而德方采用其国内牵引变电所设备出现故障时 由生 产厂家负责维护的维修方式 而哈大线牵引变电所设备出现故障时 没有生产厂家或经销 商的授权人员处理故障 因此 从这点上 给安全供电带来了一定威胁 2 牵引变电所无人值守问题 牵引变电所按设计要求无人值守 在设备方面也是可以 实现无人值守 但是 由于中国的社会治安不同于德国 牵引变电所也没有安装相应的防 盗措施 偷盗现象时有发生 对人身安全和设备安全构成了威胁 因此 沈局根据实际情 况 开通后在每个牵引变电所院内修建了值守房 安排值守人员 24 小时值守 因在设计之 初未考虑变电所有人值守 在交通 生活等方面给值守人员带来了很多困难 3 牵引变电所排水系统问题 哈大线牵引变电所的排水采用渗水方式 无自动强排设 备 对于中小量降水可以满足 但是如果遇大暴雨则可能出现因排水不畅而引起的倒灌 三 接触网 1 承力索的截面积偏小 抵御事故能力较弱 哈大线承力索截面为 50mm2 的青铜绞线 全路所有电化线路的承力索截面都大于此截面 从几年来的统计看 接触网发生短路故障 时 多数会造成承力索断线 截面偏小是承力索断线的重要原因 针对这个问题 运营单 位对易发生短路处所 如上跨桥 与其它建筑物相近的地方 的承力索进行绝缘防护 减 少了此类事故的发生 2 接触网的绝缘设计为重污染设计 而绝缘爬距为 1200mm 不能满足大连沿海地段 和个别重污染地段的绝缘要求 在雨雪雾等恶劣天气条件下 造成绝缘子的闪烙和放电 引起断路器跳闸 严重影响运输和相关部门设备的安全 应该制定解决措施 如将污染区 段绝缘子更换为防污型 购置绝缘子带电水冲洗车等 4 3 部分大站正线上的隔离开关设置不合理 如四平站 05 06 07 08 隔离开关 无法断开加强线 停电作业时 只能整条正线全部停电 与正线相连的所有渡线均不能通 过电力机车 导致整个上行场或整个下行场无法行驶电力机车 影响范围大 这样的站上 下行正线维修天窗很难兑现 4 三跨非绝缘锚段关节只在开口侧安装一组双线电连接 而闭口侧没有电连接 在运 行中发现 由于机车取流较大 闭口侧工作支和非工作支间存在电位差 多次烧断斜拉线 使定位管下落 造成打弓 严重时还曾经直接烧断接触线 因此 在此问题比较突出的地 方 采用闭口侧安装一组双线电连接的方式 解决了该问题 5 由于选择材质未考虑国内治安环境 地面设备丢失比较严重 如火花间隙连接电缆 过轨回流电缆 吸上线电缆都是铜材质 补偿装置的限制管和托架均为铝合金材质 铜和 铝合金材质比较贵重 沿线偷盗情况较为严重 在威胁安全的同时 增加了运营成本 为 解决设备丢失问题 经与铁三院研讨后 把铜电缆改为带绝缘的钢绞线 把铝合金管改为 角钢 在不影响功能的情况下 偷盗现象明显减少 而且降低了运营成本 6 德国产分段绝缘器空气绝缘距离不够的问题 德国产分段绝缘器空气绝缘距离为 210mm 技规规定为 300mm 困难情况下不得低于 240mm 不符合技规要求 现以对部分拉 弧严重地点采用国产设备进行代替 四 远动系统 1 远动系统的短路点测量距离值不准确 给调度员判断故障点的位置造成一定难度 主要原因是正式投运前没有进行短路试验 建议今后新线开通前在系统调试阶段应该做短 路试验 正式运行后短路试验将无法实施 2 远程控制设置方式使通信受干扰的机率增大 分调工作站发出的命令或遥测信息都 要经过沈阳控制中心处理 再传到控制终端执行 中间曲折多 分调操作速度慢 受通信 设备故障影响的机率较大 即将采用的调度集中方式可解决此问题 3 通讯通道只有一条光缆 所以实际上没有实现真正的一主一备 一但损坏影响远动 功能 五 运营管理 哈大线引进德国的设备和管理模式 设备是先进的 管理理念是科学的 但是没有全 面细致地考虑中国国情 如人员配置问题 没有考虑值班 配合作业等所需要的人员 造 成设计定员少 相应的房屋面积小 工装设备缺 具体问题如下 1 网工区数量少 管辖范围大 维修任务重 事故抢修时人员到达现场时间长 2 网工区人员不足 最初编制 每个作业组 9 名网工 去除 1 人留守网工区 1 人驻 站防护 两侧挂地线兼防护各 2 人 轨道车司机 2 名 1 名工作领导人 真正上网作业的 只有 2 人 只能利用作业车处理网上简单的问题 稍微复杂一点的作业 如调整补偿装置 调整弛度等 人手显然不足 故障抢修时人员不足问题更为突出 网工区无汽车值班司机 影响事故抢修 3 抢修列车没有定员 参加抢修时间滞后 4 土建房屋不足 第一 每接触网领工区的原房屋面积是按定员为 12 人设计的 现 领工区定员配置 29 人 超出了原设计规模 由于网工区房屋面积小 现不能满足生产 生 活的需要 第二 网工区没有检修间 生产所需常用简易设备无处安装 第三 由于材料 库较小 网工区日常检修及事故抢修材料无处可放 5 牵引变电所建设问题 没有独立的工具备品间 围墙高度设计为 2 5m 大门为网 状栅栏门 无法满足防盗要求 6 牵引供电设备缺少维修专用工具 接触网维修需要专