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【摘 要】研究目的：铁路枢纽大型客站是多条铁路干线的交汇处，是铁路枢纽的客运负荷中心，是涉及车站、联络线、动车所和机务等多种技术设施构成的大型铁路综合设施，对牵引供电的可靠性和灵活性要求较高。本文从铁路枢纽大型客站的自身特点出发，结合牵引供电系统运营维护管理特点，对大型客站在牵引供变电设计中需要考虑的因素及提高牵引供电可靠性和灵活性的措施进行了分析和讨论。
【关键词】大型客站；牵引供电；变电所；主接线；设备选型
随着我国铁路建设的快速发展，铁路枢纽大型客站不断涌现。大型客站是多条铁路干线的交汇处，是涉及车站、联络线、动车所和机务等多种技术设施构成的铁路综合设施，是组织车流交换和供应运输动力的重要据点，承担着上百对旅客列车的繁重运输任务，一旦停电将严重影响正常的铁路运输秩序，因此大型客站对牵引供变电系统的安全性和可靠性要求较高。
1.铁路枢纽大型客站的特点
此外，大型客站附近的联络线较多；通常按照城市规划选址，周边与市政设施公路等连接紧密，变电所选址、外部电源进线和27.5kV馈线的路径相对困难；大型客站和动车段的照明负荷和空调负荷一般较重，常规的10kV或35kV电力配电所难以承担，通常需要与牵引变电所共用外部电源，变电所主接线比较复杂。
2.牵引供电设计
2.1供电方案
大型客站是铁路枢纽的客运负荷中心，同时也是不同铁路干线牵引供电系统交汇的地方。不同线路供电方式之间需要考虑衔接，相邻线牵引供电设施之间需要考虑相位匹配和相互支援，动车段、机务段等需要考虑垂直检修天窗下的运行，因此大型客站对牵引供电质量和可靠性要求较高。
《铁路电力牵引供电设计规范》（TB10009—2005）中第3.2.7条规定：“机务段等应设独立供电线，有条件时折返段可设独立供电线”，“大型客站应设置独立供电线，并实行分束供电”。《高速铁路设计规范（试行）》（TB1062l_2009）第11.2.5条规定：“动车段（所）应采用双回电源供电，其中至少1回为独立电源。”根据以上规范要求并结合大型客站正线数目多、客场多、动车段或机务段需独立供电等特点，在大型客站处设置牵引变电所能同时向多条铁路干线和大型客站供电，同时还能够兼顾联络线和机务设施的供电，供电能力利用充分。因此应优先考虑在大型客站设置牵引变电所。
2.2供电分段设计
大型客站同时连接数条铁路干线，为减小接触网检修或故障时的停电影响范围，大型客站一般按照线路不同方向划分供电分区，不同客车场的上行场和下行场、动车段（所）、机务段、较长的联络线均采用牵引变电所出独立馈线供电的方式；相邻供电单元之间设置联络开关并纳入远动。
大型客站的这种“细分单元+远动联络开关”的供电方式供电可靠性较高，缩小了检修或故障条件下的停电影响范围，大大降低了对运输组织的影响。但同时也大大增加了牵引变电所的馈线数量。不少大型客站牵引变电所的馈线数量在20条以上，给牵引变电所场坪布置、馈线出线走廊布置等带来一些影响。
2.3越区及过渡方案设计
大型客站设置牵引变电所，则对于连接大型客站的多条干线而言，意味着牵引供电系统将采用“由里向外”的供电方式，客站牵引变电所成为中心变电所，则必须考虑该客站牵引变电所与连接线路上牵引变电所之间的衔接、支援的灵活性、相位的匹配等关系。
为提高运输质量、减少电分相数量，大型客站的所有客场和机务设施由客站牵引变电所的同一相供电，客场之间以及客场和机务设施之间均采用电分段。当两回外电线路检修或故障退出、变电设备故障等原因导致该客站变电所退出运行时，大型客站亦只能由连接客站的某条干线的牵引变电所通过上下行正线来越区供电。则在牵引供电设计中客场之间以及客场和机务设施之间要考虑设置联络开关以保证电的连通。
为减轻越区供电时对大型客站运输能力的影响，在供电方案设计中可以考虑指定某相邻牵引变电所作为越区供电时的首选，同时将两变电所之间的供电臂适当缩短来提高越区供电能力。
当连接大型客站的多条铁路干线分期分步实施时，客站牵引变电所在牵引变压器容量、馈线布置、供电线路径、接触网分段和联络开关设置等方面还要考虑近远结合的实施方案和过渡措施。
3.牵引变电设计
铁路枢纽大型客站的站房和动车段等设施的电力负荷用电需求非常繁重，近年来站区内牵引变电所和电力变电所均采用了合建方式，共用两路220kV外部电源，经牵引变压器和电力变压器分别降压后向牵引及电力设施供电，因此大型客站牵引变电所的电气规模较大，在主接线、场坪与房屋、设备选型、电缆敷设等方面均与常规牵引变电所有所不同。
3.1 220kV主接线设计
目前共用外部电源的电力电化合建变电所存在几种主接线模式：线路变压器组接线、线路分支接线、单母线分段接线。几种模式均具有投入运行的经验，其主要特点如下。
3.1.1线路变压器组接线
该方案接线简单，仅各变压器前设置高压断路器。正常时两路电源同时投入，牵引变～主一备运行，电力变并列运行。当工作电源失压或变压器故障时，牵引变通过自投装置切换至另一组电源及变压器供电，电力变压器通过10kV侧自投装置将10kV母联开关合闸由一台电力变压器向两段电力母线供电。运行方式的变化均需由相应的闭锁关系配合。
3.1.2线路分支接线
该方案两路220kV进线通过电动隔离开关与220kV母线相连，两路220kV进线电源之间设置带隔离开关（或断路器）的跨条，各变压器前设置高压断路器。
正常时两路电源同时投入，牵引变一主一备运行，电力变并列运行，母联隔离开关（断路器）分闸。当工作电源失压或变压器故障时，牵引变可通过自投装置切换至交叉供电方式或另一组直列供电方式，电力变可通过10kV侧自投装置将10kV母联开关合闸由一台电力变压器向两段电力母线供电或通过手动方式实现一路电源带两台电力变运行。上述运行方式的变化均需由相应的闭锁关系配合。 3.1.3单母线分段接线方式
单母线分段接线方式与线路分支接线类似，区别在于除各变压器前设置高压断路器外，两路220kV进线及跨条上均设置高压断路器，各种运行方式的切换均采用断路器，切换时间短且可避免切换过程中开关合于故障点上而引起故障的扩大化。同时除常规的变压器保护外可增设220kV母线差动保护及与上级220kV开关站相应馈线配合设置线路保护。
3.1.4主接线方案比选
以上方案中，线路变压器组接线方案简单，运行方式较为单一，在一路电源失压后，电力变压器仅能单台运行，不能保证电力三级负荷的供电，具有一定的局限性；而线路分支接线与单母线分段接线在运行方式上较为类似，分支接线较为简单功能基本完善，单母线分段接线相对复杂功能更全面，两种方案的选择可结合外部电源要求及项目特点进一步比选确定。
3.2场坪、房屋布置及设备选型
电力电化合建的大型客站变电所设置4台220kV变压器，牵引馈线规模一般在20回以上，电力馈线规模在10回以上，若采用常规室外布置，势必会占用庞大的土地面积，不符合国家的用地政策；同时变电所通常位于市区，土地资源价值较高，故在场坪及房屋布置方案的确定上应结合主要设备选型做技术经济比较。目前，中高压开关设备一般采用室内开关柜布置方案，以节约占地面积及减小对周围环境的影响。
3.2.1总平面布置
一般除牵引变压器采用户外低式布置外，其余中高压设备均采用户内组合电器设备。所内设置4.5m宽的运输通道，且形成环形，同时满足设备运输及消防通道的要求。
3.2.2房屋布置
所内房屋采用楼房布置，设置220kV高压室（室内设置安装及检修用行车）、27.5kV高压室、主控制室、通信室、值守室及电力配电所相关房屋。应结合设备特点进行房屋布置，对重型设备考虑设置在一楼，在27.5kV高压室下应设置电缆夹层。为方便高压电缆及控制电缆的进出，还应在适当位置配置电缆沟、电缆垫层、电缆竖井等。
3.2.3主要设备选择
牵引变压器一般采用V/x、V/v、单相等接线型式，油浸自冷并预留风冷条件；电力变压器采用星/三角接线，油浸自冷并预留风冷条件；220kV设备采用户内组合电器；27.5kV（2×27.5kV）设备采用户内开关柜；二次设备采用集中组屏式综合自动化装置；与电力配电所共用交直流系统，直流电源采用铅酸免维护智能型。
3.3电缆敷设设计
结合设备选型，当27.5kV设备采用户内开关柜布置方式时，馈出线仅能采用电缆方式。所内电缆一般根据负荷需要并按照n+l的方式进行冗余设置，采用非磁性铠装的交联聚乙烯专用27.5kV高压电缆。电缆采用电缆沟或电缆隧道敷设方式，电缆沟的设置应充分考虑电缆的转弯半径、散热等问题。电缆一般采用单点接地方式，在GIs开关柜处采用直接接地，在户外电缆头处将电缆屏蔽层和铠装层引出并通过电缆护层电压限制器进行接地。所内电缆设计应严格执行《电力工程电缆设计规范》（GB50217_2007）的要求。
由于馈线数量较多，不同电压等级的多根电缆同沟敷设已不可避免。此时若一根电缆出现故障，特别是产生电弧、明火等情况时，往往会引燃其他的电缆，造成“火烧连营”后果，影响范围较大。因此在大型客站变电所电缆敷设中应采用阻燃型电缆并考虑设置阻燃防火抗电弧包带、防火板等措施以避免类似情况出现，提高大型客站变电所运行的可靠性。
4.结论
本文从铁路枢纽大型客站特点出发，对大型客站牵引供变电设计进行了分析，得出以下结论：
（1）大型客站应优先设置牵引变电所，细分供电单元并考虑越区及过渡供电方案。
（2）大型客站电力电化合建变电所主接线方案可采用线路分支接线或单母线分段接线，并结合外部电源要求及项目特点进一步比选确定。
（3）大型客站内电力牵引合建所一般采用户内开关柜布置方案，以节约占地面积及减小对周围环境的影响。
【参考文献】
[1]TB10009—2005，铁路电力牵引供电设计规范[S].
TB 10009—2005，Code for design of railway traction power supply[S].
[2]TB10076—2000，铁路枢纽电力牵引供电设计规范[S].
TB10076—2000，Code for design of railway hub electric traction power supply[S].
[3]TB1062l—2009，高速铁路设计规范（试行）[S].
TB1062l—2009，Code for design of high speed railway（for Trial Implementation）[S].
[4]耿毅吾.高速铁路引入枢纽客站的探讨[J].铁道工程学报，1994（4）：85-88.
Geng Yiwu. Introduction of high-speed rail hub station to investigate the[J].Journal ofRailway Engineering Society，1994（4）：85-88.
[5]郭强，楚振宇，许晓蓉，等.改建铁路重庆至贵阳线初步设计[R].成都：中铁二院工程集团有限责任公司，2010.
Guo Qiang，Chu Zhenyu，Xu Xiaorong，et al.Chongqing to Guiyang railway line preliminary Design[R].Chengdu： China Railway Er yuan engineering Refco Group Ltd，2010.
[6]许上峰，楚振宇，等.改建铁路柳州至南宁线初步设计[R].成都：中铁二院工程集团有限责任公司，2009.
Xu Shangfeng，Chu Zhenyu，et al.A preliminary design of railway from Liuzhou to Nanning line reconstruction[R].Chengdu： China Railway Er yuan engineering Refco Group Ltd，2009.
[7]许晓蓉，智慧，等.新建成都东客站初步设计[R]成都：中铁二院工程集团有限责任公司，2008.
Xu Xiaorong，wisdom，etc.the new preliminary design[R]Chengdu Chengdu East Railway station：China Railway Er yuan engineering Refco Group Ltd， 2008.
[8]GB50217—2007，电力工程电缆设计规范[S].
GB 50217—2007，Code for design of cable of electric power engineering[S].
[9]TB10063—2007，铁路工程设计防火规范[S].
TB10063—2007，Code for fire protection design of Railway Engineering[S].
【关键词】大型客站；牵引供电；变电所；主接线；设备选型
随着我国铁路建设的快速发展，铁路枢纽大型客站不断涌现。大型客站是多条铁路干线的交汇处，是涉及车站、联络线、动车所和机务等多种技术设施构成的铁路综合设施，是组织车流交换和供应运输动力的重要据点，承担着上百对旅客列车的繁重运输任务，一旦停电将严重影响正常的铁路运输秩序，因此大型客站对牵引供变电系统的安全性和可靠性要求较高。
1.铁路枢纽大型客站的特点
此外，大型客站附近的联络线较多；通常按照城市规划选址，周边与市政设施公路等连接紧密，变电所选址、外部电源进线和27.5kV馈线的路径相对困难；大型客站和动车段的照明负荷和空调负荷一般较重，常规的10kV或35kV电力配电所难以承担，通常需要与牵引变电所共用外部电源，变电所主接线比较复杂。
2.牵引供电设计
2.1供电方案
大型客站是铁路枢纽的客运负荷中心，同时也是不同铁路干线牵引供电系统交汇的地方。不同线路供电方式之间需要考虑衔接，相邻线牵引供电设施之间需要考虑相位匹配和相互支援，动车段、机务段等需要考虑垂直检修天窗下的运行，因此大型客站对牵引供电质量和可靠性要求较高。
《铁路电力牵引供电设计规范》（TB10009—2005）中第3.2.7条规定：“机务段等应设独立供电线，有条件时折返段可设独立供电线”，“大型客站应设置独立供电线，并实行分束供电”。《高速铁路设计规范（试行）》（TB1062l_2009）第11.2.5条规定：“动车段（所）应采用双回电源供电，其中至少1回为独立电源。”根据以上规范要求并结合大型客站正线数目多、客场多、动车段或机务段需独立供电等特点，在大型客站处设置牵引变电所能同时向多条铁路干线和大型客站供电，同时还能够兼顾联络线和机务设施的供电，供电能力利用充分。因此应优先考虑在大型客站设置牵引变电所。
2.2供电分段设计
大型客站同时连接数条铁路干线，为减小接触网检修或故障时的停电影响范围，大型客站一般按照线路不同方向划分供电分区，不同客车场的上行场和下行场、动车段（所）、机务段、较长的联络线均采用牵引变电所出独立馈线供电的方式；相邻供电单元之间设置联络开关并纳入远动。
大型客站的这种“细分单元+远动联络开关”的供电方式供电可靠性较高，缩小了检修或故障条件下的停电影响范围，大大降低了对运输组织的影响。但同时也大大增加了牵引变电所的馈线数量。不少大型客站牵引变电所的馈线数量在20条以上，给牵引变电所场坪布置、馈线出线走廊布置等带来一些影响。
2.3越区及过渡方案设计
大型客站设置牵引变电所，则对于连接大型客站的多条干线而言，意味着牵引供电系统将采用“由里向外”的供电方式，客站牵引变电所成为中心变电所，则必须考虑该客站牵引变电所与连接线路上牵引变电所之间的衔接、支援的灵活性、相位的匹配等关系。
为提高运输质量、减少电分相数量，大型客站的所有客场和机务设施由客站牵引变电所的同一相供电，客场之间以及客场和机务设施之间均采用电分段。当两回外电线路检修或故障退出、变电设备故障等原因导致该客站变电所退出运行时，大型客站亦只能由连接客站的某条干线的牵引变电所通过上下行正线来越区供电。则在牵引供电设计中客场之间以及客场和机务设施之间要考虑设置联络开关以保证电的连通。
为减轻越区供电时对大型客站运输能力的影响，在供电方案设计中可以考虑指定某相邻牵引变电所作为越区供电时的首选，同时将两变电所之间的供电臂适当缩短来提高越区供电能力。
当连接大型客站的多条铁路干线分期分步实施时，客站牵引变电所在牵引变压器容量、馈线布置、供电线路径、接触网分段和联络开关设置等方面还要考虑近远结合的实施方案和过渡措施。
3.牵引变电设计
铁路枢纽大型客站的站房和动车段等设施的电力负荷用电需求非常繁重，近年来站区内牵引变电所和电力变电所均采用了合建方式，共用两路220kV外部电源，经牵引变压器和电力变压器分别降压后向牵引及电力设施供电，因此大型客站牵引变电所的电气规模较大，在主接线、场坪与房屋、设备选型、电缆敷设等方面均与常规牵引变电所有所不同。
3.1 220kV主接线设计
目前共用外部电源的电力电化合建变电所存在几种主接线模式：线路变压器组接线、线路分支接线、单母线分段接线。几种模式均具有投入运行的经验，其主要特点如下。
3.1.1线路变压器组接线
该方案接线简单，仅各变压器前设置高压断路器。正常时两路电源同时投入，牵引变～主一备运行，电力变并列运行。当工作电源失压或变压器故障时，牵引变通过自投装置切换至另一组电源及变压器供电，电力变压器通过10kV侧自投装置将10kV母联开关合闸由一台电力变压器向两段电力母线供电。运行方式的变化均需由相应的闭锁关系配合。
3.1.2线路分支接线
该方案两路220kV进线通过电动隔离开关与220kV母线相连，两路220kV进线电源之间设置带隔离开关（或断路器）的跨条，各变压器前设置高压断路器。
正常时两路电源同时投入，牵引变一主一备运行，电力变并列运行，母联隔离开关（断路器）分闸。当工作电源失压或变压器故障时，牵引变可通过自投装置切换至交叉供电方式或另一组直列供电方式，电力变可通过10kV侧自投装置将10kV母联开关合闸由一台电力变压器向两段电力母线供电或通过手动方式实现一路电源带两台电力变运行。上述运行方式的变化均需由相应的闭锁关系配合。 3.1.3单母线分段接线方式
单母线分段接线方式与线路分支接线类似，区别在于除各变压器前设置高压断路器外，两路220kV进线及跨条上均设置高压断路器，各种运行方式的切换均采用断路器，切换时间短且可避免切换过程中开关合于故障点上而引起故障的扩大化。同时除常规的变压器保护外可增设220kV母线差动保护及与上级220kV开关站相应馈线配合设置线路保护。
3.1.4主接线方案比选
以上方案中，线路变压器组接线方案简单，运行方式较为单一，在一路电源失压后，电力变压器仅能单台运行，不能保证电力三级负荷的供电，具有一定的局限性；而线路分支接线与单母线分段接线在运行方式上较为类似，分支接线较为简单功能基本完善，单母线分段接线相对复杂功能更全面，两种方案的选择可结合外部电源要求及项目特点进一步比选确定。
3.2场坪、房屋布置及设备选型
电力电化合建的大型客站变电所设置4台220kV变压器，牵引馈线规模一般在20回以上，电力馈线规模在10回以上，若采用常规室外布置，势必会占用庞大的土地面积，不符合国家的用地政策；同时变电所通常位于市区，土地资源价值较高，故在场坪及房屋布置方案的确定上应结合主要设备选型做技术经济比较。目前，中高压开关设备一般采用室内开关柜布置方案，以节约占地面积及减小对周围环境的影响。
3.2.1总平面布置
一般除牵引变压器采用户外低式布置外，其余中高压设备均采用户内组合电器设备。所内设置4.5m宽的运输通道，且形成环形，同时满足设备运输及消防通道的要求。
3.2.2房屋布置
所内房屋采用楼房布置，设置220kV高压室（室内设置安装及检修用行车）、27.5kV高压室、主控制室、通信室、值守室及电力配电所相关房屋。应结合设备特点进行房屋布置，对重型设备考虑设置在一楼，在27.5kV高压室下应设置电缆夹层。为方便高压电缆及控制电缆的进出，还应在适当位置配置电缆沟、电缆垫层、电缆竖井等。
3.2.3主要设备选择
牵引变压器一般采用V/x、V/v、单相等接线型式，油浸自冷并预留风冷条件；电力变压器采用星/三角接线，油浸自冷并预留风冷条件；220kV设备采用户内组合电器；27.5kV（2×27.5kV）设备采用户内开关柜；二次设备采用集中组屏式综合自动化装置；与电力配电所共用交直流系统，直流电源采用铅酸免维护智能型。
3.3电缆敷设设计
结合设备选型，当27.5kV设备采用户内开关柜布置方式时，馈出线仅能采用电缆方式。所内电缆一般根据负荷需要并按照n+l的方式进行冗余设置，采用非磁性铠装的交联聚乙烯专用27.5kV高压电缆。电缆采用电缆沟或电缆隧道敷设方式，电缆沟的设置应充分考虑电缆的转弯半径、散热等问题。电缆一般采用单点接地方式，在GIs开关柜处采用直接接地，在户外电缆头处将电缆屏蔽层和铠装层引出并通过电缆护层电压限制器进行接地。所内电缆设计应严格执行《电力工程电缆设计规范》（GB50217_2007）的要求。
由于馈线数量较多，不同电压等级的多根电缆同沟敷设已不可避免。此时若一根电缆出现故障，特别是产生电弧、明火等情况时，往往会引燃其他的电缆，造成“火烧连营”后果，影响范围较大。因此在大型客站变电所电缆敷设中应采用阻燃型电缆并考虑设置阻燃防火抗电弧包带、防火板等措施以避免类似情况出现，提高大型客站变电所运行的可靠性。
4.结论
本文从铁路枢纽大型客站特点出发，对大型客站牵引供变电设计进行了分析，得出以下结论：
（1）大型客站应优先设置牵引变电所，细分供电单元并考虑越区及过渡供电方案。
（2）大型客站电力电化合建变电所主接线方案可采用线路分支接线或单母线分段接线，并结合外部电源要求及项目特点进一步比选确定。
（3）大型客站内电力牵引合建所一般采用户内开关柜布置方案，以节约占地面积及减小对周围环境的影响。
【参考文献】
[1]TB10009—2005，铁路电力牵引供电设计规范[S].
TB 10009—2005，Code for design of railway traction power supply[S].
[2]TB10076—2000，铁路枢纽电力牵引供电设计规范[S].
TB10076—2000，Code for design of railway hub electric traction power supply[S].
[3]TB1062l—2009，高速铁路设计规范（试行）[S].
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[4]耿毅吾.高速铁路引入枢纽客站的探讨[J].铁道工程学报，1994（4）：85-88.
Geng Yiwu. Introduction of high-speed rail hub station to investigate the[J].Journal ofRailway Engineering Society，1994（4）：85-88.
[5]郭强，楚振宇，许晓蓉，等.改建铁路重庆至贵阳线初步设计[R].成都：中铁二院工程集团有限责任公司，2010.
Guo Qiang，Chu Zhenyu，Xu Xiaorong，et al.Chongqing to Guiyang railway line preliminary Design[R].Chengdu： China Railway Er yuan engineering Refco Group Ltd，2010.
[6]许上峰，楚振宇，等.改建铁路柳州至南宁线初步设计[R].成都：中铁二院工程集团有限责任公司，2009.
Xu Shangfeng，Chu Zhenyu，et al.A preliminary design of railway from Liuzhou to Nanning line reconstruction[R].Chengdu： China Railway Er yuan engineering Refco Group Ltd，2009.
[7]许晓蓉，智慧，等.新建成都东客站初步设计[R]成都：中铁二院工程集团有限责任公司，2008.
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[8]GB50217—2007，电力工程电缆设计规范[S].
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[9]TB10063—2007，铁路工程设计防火规范[S].
TB10063—2007，Code for fire protection design of Railway Engineering[S].