张芳

(太原铁路局供电处，山西 太原 030013)

1 引言

太原铁路局货运以煤炭运输为主，拥有大秦、侯月等重载运输通道。近年来，各条铁路线运量逐年增加，牵引变电所主变压器过负荷现象越来越频繁，部分变电所主变压器出现过负荷保护动作跳闸，影响铁路正常行车组织。如何科学的制定措施，充分发挥牵引主变压器的过载能力，做到既节约投资又保证供电安全，成为急需研究解决的课题。

2 牵引变压器设计容量情况

铁路电力牵引供电设计规范中要求牵引变压器容量应根据交付运营后第3年或第5年需要的通过能力、机车类型、列车牵引重量、追踪间隔时分等条件计算;按紧密运行时客车和货车平行图分别进行校验，并应符合下列规定:

(1)需要通过能力按运量计算时，应预留一定的储备能力，单线采用20%，双线采用15%;近期按调查运量计算时，还应考虑货运量的波动性;远期按国家要求的年输送能力计算时，应仅考虑储备能力。

(2)需要通过能力小于线路通过能力的50%时，可按1.5～2.0倍的需要通过能力计算，此时不再考虑波动系数和储备系数。

(3)牵引能耗应按各类电力牵引列车计算，当客车、空车比重较小时，可按满载货物列车的牵引能耗计算。

(4)应充分利用牵引变压器的过负荷能力。每个牵引变电所宜设两台牵引变压器，一台运行，一台备用。每台变压器容量应能承担全所最大负荷。

3 Y/△－11主变压器过负荷案例分析

Y/△－11主变压器承担单相牵引负荷时，其设计容量利用率为75.6%。两个重负荷绕组电流达到额定值时，轻负荷绕组的电流只达到0.378倍的额定电流，变压器没有达到额定温升，考虑到温度系数后，可在额定容量的基础上再提高11.1%，即其容量利用率为84%。由此看出Y/△－11型变压器容量利用率较低，其过负荷能力较弱，一般为额定容量的1.5倍。

3.1 Y/△－11主变压器过负荷案例

北同蒲线轩岗变电所211馈线供电臂长度19.8km，区间最大坡度12‰，主变压器为 Y/△－11，容量31.5MVA，主变压器一次侧额定电流为165A，二次侧额定电流为661A。2012年1月以来，随着运量的不断增加，频繁出现主变压器过负荷告警，或211馈线阻抗II段保护动作跳闸。仅2012年2月1日～15日就发生过负荷跳闸34次，2012年2月发生过负荷告警68次。

3.2 数据分析

2.2.1 负荷电流分析

通过对过负荷数据进行分析，发现该变电所过负荷电流有以下特点:

110kV系统最大负荷电流为304A，持续时间为3min，最大过负荷倍数1.84。

过负荷持续时间小于5min。

牵引变电所负荷率小于0.5。

3.2.2 馈线跳闸分析

通过对轩岗变电所211馈线闸数据的分析，发现211馈线跳闸均为阻抗II段动作，且重合成功。主要有以下特点:

跳闸电压值范围为20118～22839V，跳闸电流值范围为813～1155A，电抗值范围5.06～5.08Ω，阻抗角45°左右。

典型馈线阻抗四边形特性图如图1所示，由图中看出动作阻抗接近于四边形的bc边。

图1 典型馈线阻抗四边形特性图

2.2.3 运行温度分析

变压器过负荷运行时，其温升较高，变压器绕组的绝缘老化程度与温度有关，变压器绝缘材料在80℃ ～140℃范围内，温度比98℃每升高6℃ ～8℃，老化速度增加一倍，反之降低一倍。Y/△－11型变压器过负荷倍数一般不超过1.5倍，牵引变压器的负荷率一般较低，远小于1，其过负荷倍数及时间允许增加。三相变压器过负荷能力曲线如图2所示，最大负荷持续时间为5min的允许过负荷倍数与负荷率的关系曲线如图3所示。

图2 三相变压器过负荷能力曲线

图3 最大负荷持续时间为5min的允许过负荷倍数与负荷率的关系曲线

3.3 采取的技术措施

在紧密监测油温的前提下，将主变过负荷整定值调整到1.9倍，整定时间为90s。

轩岗变电所211馈线保护整定值是牵引变电所开通时设计院给出的定值，由于运量的增加，其最大负荷电流及最低母线电压都发生了较大变化，通过保护动作时四边形特性分析，减小R值将ab边缩短，即可防止馈线保护误动作。对211馈线阻抗II段整定值进行修正，其中最低电压按跳闸时记录的27.5kV最低电压值，电流按跳闸最大电流值进行整定计算。整定值修改后211馈线四边形阻抗特性图如图4所示，从图4中可以看出，最大负荷时阻抗矢量在保护范围外。

图4 调整整定值后的四边形阻抗特性图S

3.4 采取措施后的效果

调整保护定值后，轩岗变电所至今未发生保护误动作现象，牵引变压器未发生异常现象，各项试验数据均正常。

4 V/V主变压器过负荷案例分析

V/V变压器设计容量利用率为100%。其过负荷能力较强，一般为额定容量的1.75倍。

4.1 V/V变压器过负荷案例

宁岢线单线电气化铁路于2008年开通运行，设计牵引定数为5000T。庄儿上变电所主变压器为三相V/V接线，容量为2×(10+10)MVA。2008年开通后，该线路就开行了10000T列车，导致变电所主变压器频繁发生过负荷跳闸。

4.2 数据分析

通过对庄儿上牵引变电所过负荷数据进行分析，发现其过负荷电流有以下特点:

110kV系统最大负荷电流为210A，持续时间为4min，最大过负荷倍数2.3。

负荷持续时间小于5min。

牵引变电所负荷率小于0.5。

4.3 宁岢线铁路线路状况分析

庄儿上牵引变电所主变压器为V/V结线形式，主变容量10MVA+10MVA，该牵引变电所有2个供电臂:K18+437～K37+056为神池方向供电臂，向神池(K19+739)～长城梁(K28+600)、长城梁(K28+600)～庄儿上(K37+761)间供电;K37+056～K55+810为五寨方向供电臂，向庄儿上(K37+761)～李家坪(K47+100)、李家坪(K47+100)～五寨(K55+810)间供电。

神池～长城梁间线路长8.861km，全线为重车上坡，线路最大坡道12‰。长城梁～庄儿上间线路长9.161km，其中重车上坡区段为5.95km，线路最大坡道12‰;重车下坡区段为3.211km，线路最大坡道12‰。庄儿上～李家坪间线路长9.339km，全线为重车下坡，线路最大坡道12‰。李家坪～五寨间线路长10.8km，其中重车上坡区段为9.6km，线路最大坡道12.5‰;重车下坡区段为1.2km，线路最大坡道12‰。

4.4 采取的技术措施

4.4.1 牵引主变压器过负荷能力设定

V/V结线的牵引主变压器典型负荷曲线如图5所示。按环境温度30℃，绕组热点温度不超过140℃，顶层油温不超过105℃。过负荷能力要求24h内出现200%的负荷不超过3个，出现的时间间隔为4h，其他时间按100%的负荷运行。考虑到牵引变压器的负荷率较低，一般为0.6，设定变压器后备保护过负荷倍数为2.5，过负荷延时90s。

图5 V/V结线的牵引主变压器典型负荷曲线

4.4.2 馈线保护整定值修改

按实际运行的母线最低电压及最大负荷电流进行整定。

4.4.3 通过牵引计算提出排车的合理方案

通过对线路的牵引计算，计算出各运行区段的最大牵引电流，得出排车原则如下:

(1)神池－长城梁－庄儿上间排车原则

连发重车时，重车上行方向按1个万吨或2个5000T考虑，应使用HXD1牵引。连发空车时，空车下行方向不受限制。

空重车相向对发时:庄儿上→长城梁方向发重车，神池→长城梁方向发空车，不受限制;长城梁→神池向发重车，长城梁→庄儿上方向发空车时，应重车先发，空车后发，相隔一段时间，避免这一供电臂出现2个列车在同一时间均处在爬坡区段。

(2)庄儿上－李家坪－五寨间排车原则:

连发重车时，重车上行方向按2个万t考虑。连发空车时，空车下行方向不受限制。

空重车相向对发时:庄儿上→李家坪方向发万t空车，五寨→李家坪方向只能发5000t重车，2列车型均为HXD1。庄儿上→李家坪方向发5000t空车，五寨→李家坪方向只能发5000t重车，应有1列车型为HXD1。当五寨→李家坪方向发万t重车时，庄儿上→李家坪方向(下行)不能发车。

4.5 采取措施后的效果

庄儿上牵引变电所保护整定值调整后，主变压器过负荷现象得到明显的改善，过负荷跳闸大幅度减小，线路运量较为合理，基本满足铁路运输要求，牵引变压器未发生异常现象，各项试验数据均正常。

5 结束语

运行中的牵引变电所主变压器容量是固定不变的，但是在运行过程中经常出现运量提升或增加专用线的情况，导致牵引主变压器过负荷。通过上述的分析可以得出，合理确定牵引变压器过负荷倍数，科学的修定保护定值，同时根据线路情况进行牵引供电能力计算，提出合理的车流排放方案，可以最大限度的发挥牵引主变压器的过负荷能力，在完成铁路运输任务的同时保证牵引供电设备的正常运行。

［1］单圣熊，等.铁路电力牵引供电设计规范［M］.中华人民共和国铁道部，2005－04－25.

［2］谭秀炳，刘向阳.交流电气化铁道牵引供电系统［M］.西南交大出版社ISBN7－81057－584－8.