大秦线运量超4亿吨变电所供电能力分析

张福

摘要：大秦线是我国目前运量最大的重载电气化运煤专线，开通以来，运量逐年增长，2017年完成运量4.32亿吨，2018年完成运量4.51亿吨，不仅远远超过年运量1亿吨的初步设计能力，而且超过2009年改造后的4亿吨设计能力，重载、密行、高速的运输特点，长期过负荷的运行压力，给大秦线的牵引供电系统形成了巨大的影响。

牵引变电所作为大秦线牵引供电系统的核心环节，其设备运行状态和供电能力发挥，对大秦线供电能力起着至关重要的作用。

为确保大秦线持续运量增加下牵引变电所设备稳定运行，同时进一步挖掘大秦线供电能力，解决牵引供电能力不足对大秦线运输能力的制约，我们对大秦线大运量情况下牵引变电所实际的运行情况进行了调查，对大秦线当前供电能力的情况和对供电设备的影响进行了全面地分析测算，并提出了相应的应对措施。

关键词：大秦线；变电所；供电能力；调查；措施

大秦线运量超4亿吨变电所供电能力分析

1.前言

大秦线是我国目前运量最大的重载电气化运煤专线，开通以来，运量逐年增长，2017年完成运量4.32亿吨，2018年完成运量4.51亿吨，不仅远远超过年运量1亿吨的初步设计能力，而且超过2009年改造后的4亿吨设计能力，重载、密行、高速的运输特点，长期过负荷的运行压力，给大秦线的牵引供电系统形成了巨大的影响。

牵引变电所作为大秦线牵引供电系统的核心环节，其设备运行状态和供电能力发挥，对大秦线供电能力起着至关重要的作用。

为确保大秦线持续运量增加下牵引变电所设备稳定运行，同时进一步挖掘大秦线供电能力，解决牵引供电能力不足对大秦线运输能力的制约，我们对大秦线大运量情况下牵引变电所实际的运行情况进行了调查，对大秦线当前供电能力的情况和对供电设备的影响进行了全面地分析测算，并提出了相应的应对措施。

2.大秦线设计供电能力情况

大秦线采用复线上下行通过分区所并联供电的AT供电方式，全线653公里共设有湖东、永安堡、东城乡、王家湾、涿鹿、延庆、下庄、木林、大石庄、翠屏山、夏庄子、迁西、迁安北、抚宁北、秦皇岛北16座牵引变电所，单变电所最大供电范围52.23KM（夏庄子变电所），最小供电范围29.1KM（王家湾变电所）。

各牵引变电所均引入两回110kV电源；除秦北牵引变电所的牵引变压器为单相结线型式外，其余牵引变电所的牵引变压器均为SCOTT结线型式，牵引变压器安装容量范围为50～80MVA，牵引变电所主变压器最大允许过负荷能力按不超过2倍额定电流设置，达到2倍延时60S告警，120S跳闸。接触网正线采用CTHA-150+THJ-150导线，载流量为1051A；部分区间增设型号为LGJ-185的加强线后，接触悬挂载流量可达1500A。

大秦线最初设计能力1亿吨，2009年4亿吨完成改造后现有供电能力按年运量4亿吨设计，追踪列车间隔为12分钟，设计运行图通过能力为110对/天，运输组织设计每天安排93对货物列车，其中2万吨列车46对/天；万吨列车47对/天（其中组合万吨列车38对/天）。每座牵引变电所的一侧供电臂允许2列2万吨列车分别按空、重车方向运行。

3.大运量情况下供电能力情况调查分析

3.1调查内容及结果

为全面真实掌握大秦线供电能力的整体情况，了解不同区段供电设备实际运行情况和供电能力，我们采取以牵引变电所为主要调查对象，不同线路情况下运量与供电负载变化情况相结合、相对照的方法，选取2016年11月9-17日为调查时段（该时段运量每日在130万吨左右），选取牵引变电所变压器过负荷1.3倍以上时的母线电压、两侧供电臂电流和车流情况以及对应线路较大上坡坡度进行统计对比，结合当年运量情况进行了统计分析，形成了调查结果对照表。

3.2现有线路情况分析

调查数据表明，负荷较重的牵引变电所其供电臂范围内普遍长大坡道较多，其中最严重的是下庄变电所，其空车线侧供电臂超过10‰以上坡度的达9处20.863KM，占该所供电线路范围55%，同时12‰以上坡度2处3.813KM，造成下庄变电所虽然供电范围不大（重车18.8KM，空车18.9KM），但超负荷情况却相对比较严重。

3.3现有运量情况分析

运量增加以来，大秦线日运量基本在120-130万吨左右，日常开行列车93对/天，历史最高开行列车对数为98对/天，其中2万吨63对、1.5万吨8对、单元万吨8对、组合万吨14对和集装箱5对。

调查数据表明，在下庄变电所（延庆以东50km）下庄～茶坞供电臂、夏庄子变电所（遵化北以西10km）夏庄子～粳子峪（遵化北以东16km）供电臂已有同时运行5列2万吨列车的情况，追踪列车间隔最短达到5分鐘，已超过大秦线年运量4亿吨的设计能力。

3.4负荷较大牵引变电所情况统计分析

通过数据分析，我们发现永安堡、东城乡、延庆、下庄和夏庄子牵引变电所负荷较大，具体情况分析如下：

3.4.1永安堡变电所

永安堡变电所主变容量为80MVA，监测数据中主变一次电流超过额定电流420A 1.5倍的有1个时间段，最高达到675A，1.61倍，较大电流持续56秒，超过1.3倍的有3个时间段，持续42秒；110KV电压等于小于100KV的有3个点，最低达到97.2KV。永安堡至三汾沟方向供电臂55KV母线电压有一次低于50KV，49.5KV，末端网压最低达24.35KV。

永安堡至三汾沟空、重车线负荷较大，馈线电流最大达到1410A，接近设计最大负荷电流1450A。

3.4.2东城乡变电所

东城乡变电所主变容量为75MVA，监测数据中主变一次电流超过额定电流394 A 1.5倍的有1个时间段，较大电流持续212秒，最大达到695A，1.76倍；110KV电压最低达到102.7KV；东城乡至三汾沟方向供电臂55KV母线电压有一次低于50KV，48.9KV，末端网压最低达23.11KV。

东城乡至三汾沟空车线负荷较大，馈线电流超最大达到1542A，超过设计最大负荷电流1400A。

3.4.3延庆变电所

延庆变电所主变容量为75MVA，监测数据中主变一次电流超过额定电流394 A 1.5倍的没有，超过1.3倍的有3个时间段，累计206秒，最大达到586A，1.49倍；110KV电压最低达到103.4KV；延庆至铁炉方向供电臂55KV母线电压有一次低于50KV，49.9KV，末端网压最低达23.79KV。

延庆至铁炉重车线负荷较大，馈线电流超过1300A的有46个点，最大达到1721A，接近设计最大负荷电流1767A。

延庆至北辛堡重车线负荷较大，馈线电流超过设计最大负荷电流1023A的61个点，最大达到1268A。

3.4.4下庄变电所

下庄变电所主变容量为63MVA，监测数据中主变一次电流超过额定电流331A 1.5倍的有4个时间段，累计139秒，最大达到568A，1.72倍；110KV电压下降不大，最低达到106.9KV；下庄至茶坞方向供电臂55KV母线电压有两次低于50KV，最低到49.3KV，末端电压最低达23.05KV。

下庄至茶坞空车线负荷较大，馈线电流超过1300A的有31个点，超过设计最大负荷电流1556A的4个点，最大达到1649A。

下庄至铁炉空车线负荷较大，馈线电流超过1200A的有19个点，超过设计最大负荷电流1222A的13个点，最大达到1451A，供电臂末端电压最低达23.57KV。

3.4.5夏庄子变电所

夏庄子变电所主变容量为80MVA，监测数据中主变一次电流超过额定电流420A 1.5倍的有5个时间段，累计415秒，最大达到719A，1.71倍；110KV电压下降不大，最低达到106.8KV。夏庄子至粳子峪方向供电臂55KV母线电压有一次低于50KV，最低到49.1KV，末端电压最低达25.85KV。

夏庄子至粳子峪重车线负荷较大，馈线电流超过设计最大负荷电流1496A的16个点，最大达到1734A。

夏庄子至玉田北重车线负荷较大，馈线电流超过设计最大负荷电流1028A的3个点，最大达到1069A，供电臂末端电压最低达26.78KV。

3.4.6变电所供电能力总体评价分析

牵引变电所110KV电压、55KV母线电压、供电臂末端电压等电压评价指标低于规定值的不多（技规第208条：35KV及以上高压供电线路，电压正负偏差的绝对值之和不超过额定值的10%），供电能力基本满足现有运量需求。

牵引变电所主变压器过负荷超过1.3倍的情况较多，其中以夏庄子变电所和下庄变电所最为严重，虽然由于没有达到2倍且持续时间不长，变电所未发生跳闸停电，但是按部令101号《牵引变电所运行检修规程》第40条规定，在事故情况下主变压器过负荷75%时，允许运行时间为20分钟；当过负荷100%时，允许运行时间为10分钟，主变压器长期处于过负荷运行状态，必将会影响主变压器的使用寿命。

个别供电臂负荷较大，已接近或超过设计负荷电流，如永安堡至三汾沟重车线、东城乡至三汾沟空车线、延庆至铁炉重车线、下庄至茶坞空车线、下庄至铁炉空车线、夏庄子至粳子峪重车线，主要是由于这些区间长大坡道较多且车流排放密集。

上述牵引变电所、供电区间也是大秦线供电设备影响运量继续增加的制约环节，需要科学合理调配车流，避免牵引变电所发生过负荷跳闸，影响运输畅通。

4.运量持续增加需采取的措施

如果在现有基础上继续增加运量，需要进一步增加车流排放，区间列车追踪间隔仍为12分钟，同时日均货物列车运行对数将达到102对/天，其中2万吨68对/天、1.5万吨10对/天、单元万吨4对/天，组合万吨20对/天，即按每日137万吨组织，这样大秦线年运量将突破原设计运量，并可能达到5亿吨。

运量增加后，车流排放更加密集，超过大秦线原4亿吨的设计能力，单一区间同时排放3列2万吨甚至更多的情况大大增多，按目前情况分析，负荷较重的永安堡、东城乡、延庆、下庄和夏庄子牵引变电所将会出现接近或超过2倍额定电流的过负荷情况，母线电压等指标低于规定值的情况也将时有发生，供电设备因长期过载而加速老化，造成损坏的现象必将增加。

为确保供电设备安全稳定运行，减少供电设备故障对大秦线运输秩序的干扰，继续增加运量到每日137万吨，需采取以下对应措施：

4.1科学合理安排车流

按照运量适度增加，而供电设备又不会持续大幅度过载的原则，结合大秦线的线路特点和负荷监测数据，充分考虑紧密运行的情况，我们认为目前大秦重载铁路尽量按“2大1小”方式均衡组织运输，合理安排车流，在大秦一期永安堡～三分沟空供电臂、东城乡～三分沟供电臂、延庆～铁炉供电臂、下庄～茶坞供电臂和大秦二期夏庄子～粳子峪供电臂等区间对车流排放进行适当限制。

4.2对供电设备进行更新改造

4.2.1积极争取实施下庄牵引变电所的牵引变压器增容改造

大秦线4亿吨改造时设计延庆牵引变电所主变压器容量为80MVA、下庄牵引变电所主变压器容量为75MVA，由于北京市电力公司不同意增容改造，所以维持既有主变压器容量，即延庆牵引变电所为75MVA，下庄牵引变电所为63MVA，从延庆～铁炉供电臂、下庄～茶坞的负荷调查情况看，延庆、下庄变电所已成为大秦线制约运量增长的瓶颈，其中下庄变电所尤为严重。与北京市电力公司积极协调，争取解决外部电源问题，实施下庄牵引变电所的牵引变压器增容改造，将有效解决制约区段供电能力不足的问题。

4.2.2逐步更新利旧设备

大秦线2亿吨、4亿吨改造时，大部分牵引变电所的110KV断路器、55KV馈线断路器、电动隔离开关、电流互感器等设备未更新，利旧运行，设备老化较为严重，故障率较高，部分设备容量不足，在持续大负荷的情况下，发生过热烧损或机构故障，将造成供电能力严重下降，对大秦线运输造成不利影响。

近年来，太原铁路局集团公司已开始逐步对上述设备进行改造，争取在2020年左右对主要设备更新完毕，利旧设备的更新，将使供电设备故障率大大下降，中断运输的情况减少，有效提高大秦线供电能力。

4.3采用科技手段补强

针对部分区间距离较短，但线路坡度大，列车运行密度大的问题（如下庄至茶塢供电臂），在无法新增变电所或改变牵引变压器容量的情况下，利用其长大坡道情况下列车制动回送牵引网电能的特点，积极探索研制试用分布式智能再生电能利用系统，将这些区段列车下坡产生的再生制动能量进行储存并在该区段列车上坡，负载较大时，回送给牵引网，从而增加牵引网的供电能力。

目前，该项目已研制成功，进入安装试运行阶段，试运行成功后也将改善大秦线牵引供电能力不足的问题。

4.4加强设备检修维护

加强设备的监测、巡视、检修等工作，有效降低设备故障率，也是确保大秦线供电能力得到有效发挥的重要保障手段。

变电所日常加强对负荷的监测，值班员时刻对负荷情况进行监控，在负荷较大时对变电所主导电回路设备增加测温次数，并对监测结果进行记录分析，随时掌握设备运行状态，对运行不良的设备及时采取措施。

接触网设备日常加密巡视周期、次数，利用4C、2C加强对接触网设备的检查巡视，确保设备问题及时发现、及时处理。

充分利用每个天窗，克服大秦线运输繁忙天窗点少、树木繁多等严重难题，采取集中会战等形式加强对设备的检修维护，及时处理设备缺陷，等确保设备运行状态良好。

制定有针对性的应急预案，日常加强应急演练，加强材料机具的应急储备，确保发生故障情况下，抢修队伍及时出动，缩短故障延时，及时恢复供电设备正常运行状态。

参考文献

[1]《牵引变电所运行检修规程》，中国铁道部编著，中国铁道出版社，2000年。

[2]《铁路技术管理规程》，中国铁路总公司编著，中国铁道出版社，2014年。

（作者单位：大秦铁路股份有限公司大同西供电段）