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沙河驿镇站供电方案研究

发表时间：2021/6/11 来源：《基层建设》2021年第6期作者：闫旭阳1 张宝强2 赵刚3

[导读] 摘要：沙河驿镇站由国铁场和水曹场并场设置，其站场规模大、股道多，结构复杂，在沙河驿镇站制定合理可行的供电方案能够极大提高后期运营检修工作效率和供电可靠性。

        1.中铁工程设计咨询集团有限公司电通院北京 100055；
        2.唐山京唐铁路有限公司 063000；3.成都唐源电气股份有限公司 610000
        摘要：沙河驿镇站由国铁场和水曹场并场设置，其站场规模大、股道多，结构复杂，在沙河驿镇站制定合理可行的供电方案能够极大提高后期运营检修工作效率和供电可靠性。
        关键词：电气化铁路；供电方案；开闭所；场间联络线
        0引言
        牵引供电系统是电气化铁路的血液，良好的供电方案不仅能为线路提供优质可靠的电源供给，更能够综合地区的整体格局，统筹规划既有与在建铁路，达到供电设施的充分利用，同时节省投资。本文结合沙河驿镇站现场实际情况，通过对供电可靠性、机车运营的影响、检修与维护影响以及经济性对比后制定合理供电方案，并确定接触网供电线安装方式。
        1.沙河驿镇站简介
        沙河驿镇站站址在河北省迁安市沙河驿镇，隶属中国铁路北京局集团公司管辖，现为四等站，北侧设“马铺营-沙河驿镇”联络线与马铺营站相接，南侧设“马柳-沙河驿镇”联络线与马柳站相接。车站采用直接供电方式，由既有马铺营开闭所（上级为狼窝铺牵引变电所）供电，在两联络线均设有器件式电分相。既有沙河驿镇站供电分段示意图见图1。
        水曹铁路为京唐铁路公司投资的地方铁路，北起卑水线木厂口站，出站后利用既有卑水线并增建二线向南走行，下穿津山线后至沙河驿镇站，于沙河驿镇站东侧与既有国铁场并站，出站后向南新建双线铁路，最终与迁曹线接轨，建设标准为国铁I级双线自动闭塞，设计时速120km/h。水曹铁路建设后在既有国铁场东侧新建水曹场，两端咽喉分别设联络线与国铁场衔接。

        图1既有沙河驿镇站供电分段示意图
        2.各供电方案概述
        为解决两场供电方案问题，设计期间共提出了4个方案，方案如表1所示：
        表1各供电方案简表

        方案1：新建开闭所方案
        在沙河驿镇站新建3进2出开闭所一座，一般情况下开闭所2条进线与水曹铁路上下行正线连接，另一路进线由马铺营开闭所提供，出2路馈线均在国铁场上网，运营后沙河驿镇开闭所归属北京局集团公司控制。该方案供电分段示意图如图2所示。

        图2新建开闭所方案供电分段示意图
        方案2：站内联络线设置电分相方案
        在站内联络线上设置电分相，无需新建沙河驿镇开闭所，沙河驿镇站国铁场维持现状由马铺营开闭所进行供电，水曹场由前张亭子牵引变电所供电，此方案供电分段示意如图3所示。
        方案3：站内联络线不电化方案
        沙河驿镇站联络线不电化方案无需在联络线上设置任何供电设施，国铁场维持现状由马铺营开闭所供电，水曹场由前张亭子牵引变电所供电，两侧联络线均不悬挂接触网。此方案供电分段示意如图4所示。

        图3站内联络线设置电分相方案供电分段示意图
        方案4：新建沙河驿镇开闭所并从前张亭子牵引变电所引入第二路进线电源方案
        在设置沙河驿镇开闭所基础上，将一路进线改为从水曹铁路最近的牵引变电所——前张亭子变电所单独出一路馈线，为沙河驿镇开闭所国铁场供电方案，方案如图4所示。
        3.供电方案的选择
        由于水曹铁路暂定自营自管，因此沙河驿镇站国铁场和水曹场将分别由北京局集团公司和京唐铁路公司运营维护，为最大限度减少两家运营单位之间的影响，针对上述四个方案的优缺点对比如下：
        1）供电可靠性
        方案1在水曹铁路正常供电时，可保证水曹场与国铁场所用电为同相电，在联络线上设置分段绝缘器可保证两场供电分开。水曹铁路V停检修时可由水曹铁路带电一行对国铁场持续供电；在水曹垂停检修或牵引变电所解列时，可由马铺营开闭所供电线为开闭所提供电能，从而实现对国铁场进行供电的目的，供电可靠性较高。

        图4站内联络线不电化方案供电分段示意图

        图5新建开闭所并从前张亭子便带你所引入第二路
        电源方案供电分段示意图
        方案2、方案3将两场供电完全分开，国铁场和水曹场供电互不干扰，任何一方出现问题都不会影响另一方供电，供电可靠性高。
        方案4在方案1的基础上进行了优化，在正常运行时采用前张亭子牵引变电所提供的独立电源为国铁场供电，在独立电源出线问题时可采用水曹正线通过开闭所为国铁场供电，供电可靠性较高。
        2）对机车运营的影响
        方案1、方案4对机车运营无任何影响。
        方案2受站场条件控制，场间联络线长度较短，南端联络线长度仅约为360m，北端联络线长度仅约200米，不满足设置关节式电分相的条件，仅能设置器件式电分相，且无条件设置地面感应式磁轨枕，断合标标志牌按《铁路技术管理规程》中要求设置，但禁止双弓标距离合标位置仅能保证与断合标间距45m，与该标准有部分冲突。
        设置电分相后行车检算结果如下：南端联络线电分相按入口速度为25km/h，出口速度为19km/h；北端电分相按入口速度22km/h，出口速度为20km/h。理论计算机车虽不会停在电分相无电区内，但计算时是基于机车通过断标位置时司机分闸来进行计算，现场实际操作时难以准确做到在机车通过断标时再进行分闸操作，通常为距离断标10~20m司机即进行分闸，此操作对机车实际通过速度有较大影响，有较大概率导致电力机车停在电分相无电区范围内，一旦停在无电区内就需要进行机车救援。机车救援将极大影响国铁场与水曹场之间的运输效率，进而影响其他始发、终到车辆的正常运行，干扰了正常的运输组织，为后期运营埋下了隐患。
        方案3两个场之间供电无任何交互，但在两场之间联络线通过车辆均需在两场到发线换挂内燃调机，通过联络线后再次换挂电力机车。由于南侧联络线每日预测通过车辆对数为2对，北侧联络线预测每日通过车辆对数为8对，联络线车流量相对较大，频繁使用内燃调机进行换挂对运输组织产生较大影响，且对到发线接发车能力起到了一定的限制作用，不利于后期运输组织，影响两场之间的运输效率。
        3）对检修、运营维护的影响
        方案1优点在于供电方案简单，联络线间设置电分段即可将两场供电关系分开，检修工作量较小。但此方案也存在一个严重问题，即开闭所内开关控制要进行倒闸操作：若为水曹铁路非计划内突发故障，需要电调操作人员在接到故障通知后进行申请、确认后才能进行倒闸操作，此流程根据经验一般不少于30分钟，此时间内国铁场将处于无电状态，只能使用内燃调车进行作业；若为计划内垂停天窗检修，沙河驿镇站内开闭所的倒闸操作也要提前申请，经过各级审批后才能进行操作，极大增加了北京局集团公司电调操作人员的运营难度和工作量，为国铁场安全运营埋下隐患。
        方案2、方案3由于不设置供电设施，检修、运营维护的工作量都较小。
        根据前文分析，方案1中制约沙河驿镇国铁场的条件是水曹铁路垂停天窗和突发事故。方案4从前张亭子预留馈线间隔出一路馈线引入沙河驿镇开闭所，代替方案1中水曹正线下行线进线。开闭所向国铁场两路出线在一般情况下均由前张亭子进线进行供电，由于此路馈线从前张亭子变电所直接引出，不受水曹铁路供电制约，因此在牵引变电所未解裂时，此路供电线可以不间断为沙河驿镇开闭所供电，进而保证了沙河驿镇站国铁场的不间断供电，若此路供电线出现故障，则由水曹铁路上行进线为国铁场供电，并对此路供电线进行抢修，尽快恢复前张亭子直出供电线的供电，保证国铁场的安全有效运行且极大减少了后期的运营维护难度及工作量。
        3）投资分析
        方案1为了将水曹场的电引入国铁场供电，需新建开闭所1座，开闭所房屋投资约318万元，开闭所内设备约300万元，合计投资约618万元。
        方案2为分开既有国铁场与新建水曹场之间供电，在两个场联络线上设置电分相，电分相投资约20万元。
        方案3未对联络线进行电化，联络线上无任何接触网专业设备设施，故投资为0万元。
        方案4为了将水曹场的电引入国铁场供电，需新建开闭所1座，开闭所房屋投资约318万元，开闭所内设备约300万元，为保证国铁场供电可靠性，从前张亭子变电所出独立馈线为沙河驿镇开闭所供电，独立供电线投资约300万元，合计约918万元。
        根据以上分析，四种方案对比如表2所示：

        图5横腹杆混凝土支柱与供电线合架图图6格构式钢柱与供电线合架方案
        表2各供电方案主要技术指标对比

        综上所述，在保证机车运营的前提下，方案4虽投资较高，但检修工作量及运营难度都保持在可接受范围内，同时供电可靠性较高，对机车运营无任何影响，综合考虑四个方面因素，方案4为最优方案，故最终采用该方案作为实施方案。
        4方案4供电线架设方案
        前张亭子牵引变电所为水曹铁路最北侧开闭所，设计进线为2路220kV电源，设计出4路馈线，预留2路馈线条件；沙河驿镇开闭所位于沙河驿镇站水曹场南延后区附近，设计为2进2出开闭所，前张亭子牵引变电所与沙河驿镇开闭所铁路里程距离约12.4km。
        由于从前张亭子牵引变电所直出供电线距离沙河驿镇开闭所长度较长，途中经过多个沿线厂房、国道等，若此供电线全线均采用架空形式，强行跨越路外厂房、高速公路等区段，对供电线支柱、导线架设及后期的检修运营维护、抢修工作均带来了诸多不便，影响本路供电线持续可靠为沙河驿镇站国铁场供电，基于上述原因，考虑接触网支柱与供电线合架方案。
        水曹铁路全线采用带回流线的直接供电方式，接触网全补偿简单链形悬挂，正线采用JTMM95+CTA120，额定张力（15+15）kN，路基区段采用H93/9.2型横腹杆混凝土支柱，T梁桥区段采用12m格构式钢柱，连续梁采用H型钢柱。上述主要设备及技术满足接触网与供电线合架条件，混凝土柱采用增高肩架形式安装供电线，格构式钢柱由于距离基础面较高，采用普通肩架安装供电线，具体安装方案见图5及图6。
        5结论
        本文结合沙河驿镇站站场方案，为解决两场供电方案问题，初步提出四种设计方案，通过对供电可靠性、机车运营影响、检修与维护影响以及经济性四个方面的详细分析可知：方案1后期运营检修难度大，方案2、3对两场间运输组织影响较大，方案4在方案1的基础上进行优化后，减少了后期运营检修难度，同时不会对两场间的运输组织产生影响。因此选用新建沙河驿镇开闭所并从前张亭子牵引变电所引入第二路进线电源方案作为沙河驿镇站供电方案推进实施。
        本文所提出的方案4能基本解决沙河驿镇站国铁、水曹场之间的供电问题，在不影响行车组织的前提下，使得国铁场基本实现可靠独立供电，不受水曹铁路正线垂停及故障的影响。采用供电线与接触网合架形式，能有效避免供电线与路外厂房、公路等冲突问题，在满足安装条件前提下达到了节约投资的目的。
        参考文献
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