基于温升的牵引变电所导线选型研究

来源:用户上传      作者:巨轩同

　　摘要：导线温升校验是导线选择的一项重要指标，牵引负荷相对常规负荷波动性大、随机性强，单纯依据导线长期载流量选择牵引变电所导线，会造成导线能力过剩的情况。以实际测试数据为基础，研究了牵引负荷引起的焦耳热，分析化简了热平衡方程内表面散热和对流散热公式，通过吸热与散热功率在时间上的积分得到导体净吸收热量，从而依据导线最大允许吸收热量判嘌≡袂Ｒ变电所导线型号。
　　关键词：温升校验;热平衡方程;导线选择
　　中图分类号：TM922.42 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2022）07-0161-04
　　Research onconductor selection of railway traction
　　substation based on temperature rise
　　JU Xuantong
　　（China Railway First Surveyand Design Institute Group Co.， Ltd.， Xi’an 710043， China）
　　Abstract：Conductor temperature rise verification is an important index of conductor selection. Compared with conventional load， traction load has large fluctuation and strong randomness. Simply selecting traction substation conductor based on long-term current carrying capacity of conductor will lead to excess conductor capacity. Based on the actual test data， this paper studies the Joule heat caused by traction load， analyzes and simplifies the internal surface heat dissipation and convective heat dissipation formula of heat balance equation， obtains the net heat absorbed by conductor through the integration of heat absorption and heat dissipation power in time， and then judges and selects the conductor type of traction substation according to the maximum allowable heat absorbed by conductor.
　　Key words：temperature rise verification; heat balance equation; conductor selection
　　电力牵引负荷根据线路条件、列车运行图等因素形成最大负荷电流[1]。牵引负荷电流呈现随机性强、波动性大的特点，单纯依据导线长期载流量选择牵引变电所内导线会造成导线能力过剩的情况。国内外对于同一种导线载流量均按照其最大允许温度来设置，允许温度越高，其载流量就越大，输送的容量也就相应提高[2]。牵引变电所牵引变压器高低压侧户外导线常规选择钢芯铝绞线[3]，27.5 kV馈线常规选择铝包钢芯铝绞线。本文通过研究普速铁路牵引变电所导线净吸收热量和导线最大允许吸收热量确定牵引变电所导线截面。
　　1牵引变电所导线热平衡分析
　　1.1导线热平衡计算模型
　　导线温升状态与导线本身材料特性和周围环境因素密切相关，当导线的焦耳热功率、日照吸热功率与辐射散热功率、对流散热功率相平衡时导线即达到热平衡状态[4]。焦耳热表达式：
　　1.2导线边界条件分析
　　《导体和电器选择设计技术规定》与《110 kV～750 kV架空输电线路设计规范》要求室外铝包钢芯铝绞线最大工作温度不超过80 ℃，室外钢芯铝绞线最大工作温度不超过70 ℃，因而导线最大工作温度取上述允许值。室外导体载流量计算参数常取：温度40 ℃，风速0.5 m/s，日照强度1 000 W/m，辐射系数0.9[5]。
　　1.3导线温升模型分析
　　为了简化表面散热公式与对流散热公式，将室外导线环境边界条件带入上述2个方程内，同时约去小数点后一位计算结果，表面散热功率方程与对流散热房方程可化简为方程（5）和方程（6）。
　　2牵引所导线焦耳热分析
　　2.1概述
　　我国普速干线铁路建成时间早，线路坡度小，同一区段运营列车对数多。目前，普速铁路电力机车大面积使用和谐型电力机车，此类机车功率因数高，谐波电流小。和谐型电力机车型号有：HXD1型、HXD2型、HXD3型，其中HXD1型电力机车牵引功率大，运行的线路广泛，部分线路存在双机牵引的工况，HXD1实际持续运营速度为65 km/h。
　　2.2单列机车电流分析
　　电力机车启动过程分为恒牵引力启动阶段、准恒速运行阶段;HXD1的牵引力牵引特性如表2[7]所示。
　　第1阶段为恒牵引力阶段;第2阶段列车速度与牵引力具有线性关系;第3阶段车辆在65 km/h速度目标值下匀速运行。铁科院车辆研究所推荐HXD型电力机车单位基本阻力公式及车辆单位基本阻力公式分别为方程（8）及方程（9）[8]：

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