Förslag till nationell plan för transportsystemet

Transkript

1 Förslag till nationell plan för transportsystemet Underlagsrapport kraftförsörjning av järnväg

2 Titel: Förslag till nationell plan för transportsystemet Underlagsrapport kraftförsörjning av järnväg. Ärendenummer: TRV 2012/38626 Utgivare: Trafikverket Kontaktperson: Petra Fluor, Trafikverket Uppdragsansvarig: Torbjörn Suneson, chef Samhälle, Trafikverket Layout av omslag: Grafisk form, Trafikverket Distributör: Trafikverket, Röda vägen 1, Borlänge, telefon: Tryck: Ineko

3 Innehåll Kraftförsörjning av järnväg... 4 Omformarstationer... 4 Kontakt- och hjälpkraftledningar... 5 Uppgradering från BT-system till AT-system... 5 Andra åtgärder... 6

4 Kraftförsörjning av järnväg En övervägande del av järvägnsnätet är elektrifierat och kraftförsörjningen byggs ut succesivt. En förstärkning av kraftförsörjningssystemet är en förutsättning för att klara förväntade trafikökningar. Järnvägens kraftförsörjningssystem för tågdrift är ihopkopplat och samkörs över hela landet. Den lokala utformningen och standarden påverkar systemet och därmed trafiken långt utöver den geografiska placeringen av anläggningen och har omedelbar påverkan på andra delar i systemet och hela systemets prestanda. Omvänt gäller att trafikökningar eller infrastrukturförändringar inom ett geografiskt område kan kräva utbyggnader i andra delar av systemet. De anläggningar som främst berörs av utökad trafik är omformarstationer och överföringssystemet, det vill säga kontaktlednings- och matarledningssystemet. Åtgärder i omformarstationer omfattar utbyggnad med nya omriktare eller omformare. Åtgärder i överföringssystemet är exempelvis införande av AT-system, förstärkning av befintlig kontaktledning, nya inmatningspunkter och större transformatorer. Utnytjandegraden av tillgänglig kapcitet i kraförsöjningssystemet är redan idag mycket hög, speciellt i storstadsområdena. Orsaken är att kraftförsörjningen inte byggts ut i samma takt som trafiken ökat under senaste 20-årsperioden. Nya moderna fordon har också en högre motoreffekt än äldre fordon. Banans höga kapacitetsutnyttjande i rusningstrafik innebär att trafikering i allt högre grad sker med längre tågsätt framförallt i storstadsområdena. Fler sammankopplade motorvagnar och ökad motoreffekt innebär en högre belastning, vilket gör att effektuttaget ökar i en snabbare takt än antalet tåg. Ett högt kapacitetsutnyttjande gör systemet sårbart, svårt att underhålla och konsekvenserna vid fel blir mer omfattande. Under perioden 2014 till 2025 färdigställs flera stora infrastrukturprojekt och det prognostiseras fortsatt stor ökning av tågtrafiken. För att klara kraftförsörjningen av den tillkommande trafiken kommer det att behövas omfattande förstärkningar. Vid otillräcklig kapacitet i kraftförsörjningssystemet blir konsekvenserna stora. Vid mindre kapacitetsbrist inträffar tågförseningar och vid hög kapacitetsbrist blir den direkta orsaken att planerad trafik inte kan genomföras. Ett robust och driftsäkert kraftförsörjningssystem med låg risk för störningar i trafiken är dessutom dimensionerat med en viss redundans, dvs att det finns omformare eller omriktare i reserv så att driften och tågtrafiken i möjligaste mån inte påverkas om fel inträffar i till exempel en omformarstation. Omformarstationer Kraftförsörjningen av tågtrafiken sker via omformarstationer som omvandlar inkommande elkraft från kraftleverantören med frekvensen 50 hertz till 16,7 hertz, enfas med spänningen 16,5 kilovolt. Den utmatade elektriska effekten från omformarstationerna måste i varje ögonblick motsvara den effekt som tågen kräver (effektkapacitet). Effektkapaciteten bestäms av omformarstationernas storlek, det vill sägahur mycket elektrisk effekt eller stor ström som omformarstationerna är byggda för att omvandla. Omformarstationerna i Sverige är normalt konstruerade så att de innehåller 2 till 6 roterande omformare eller statiska omriktare vardera. Totalt finns idag 46 omformarstationer och den installerade effekten uppgick 2013 till 1429 MVA.

5 I händelse av fel eller avbrott i kraftförsörjningen, vilket exempelvis kan bero på fel i anläggningen eller avbrott i elleveransen från kraftleverantören, så är det viktigt att det finns en viss reservkapacitet (s k redundans) inbyggd i systemet för att tågförseningar i största möjliga utsträckning ska undvikas. Denna skall stå i proprotion till banans samhällsekonomiska betydelse. En viss redundans behövs också för att kunna utföra ett kostnadseffektivt underhåll. För de omformarstationer som matar storstadsområdena Stockholm, Göteborg och Malmö så är kapacitetsutnyttjande redan idag väl över rekommenderad nivå. Detta innebär att inträffar ett fel så att hela eller en större del av omformarstationernas kapacitet förloras finns inte tillräckligt med reserveffekt. Då blir tågstörningarna direkt mycket omfattande. Pågående och planerade investeringar och förväntade trafikökningar ger ett stort behov av att bygga nya omformarstationer för att få en robust och driftsäker kraftförsörjning av trafiken under perioden för dessa områden. Förutom i storstadsområdena Stockholm, Malmö och Göteborg är behovet som störst i västra och södra Sverige. Detta beroende på att kapaciteten redan idag är fullt utnyttjad samtidigt som det är områden med stora planerade trafikökningar. Utbyggnad av systemet pågår i Skåne och Göteborgsområdet, och ytterligare nya eller utbyggda omformarstationer planeras i bla Järna och Alingsås. Förutom omformarstationer kan förstärkningar göras i transformatorstationer, kopplingscentraler, ställverk mm. Kontakt- och hjälpkraftledningar I överföringssystemet ingår kontakt- och hjälpkraftledningar. För att öka överförbarheten av elkraft finns även ett matarledningssystem med spänningen 132 kilovolt som sträcker sig från Boden i norr ner till Hallsberg och Häggvik i söder. I Sverige används i huvudsak två olika typer av kontaktledningssystem, AT- respektive BT- system. Kontaktledningssystemet och matarledningssystemet måste vara utformat så att det kan överföra strömmen till tågen med tillräcklig hög kvalitet. Spänningshållningen (spänningsnivån) ute på kontaktledningen vid tågens strömavtagare måste vara tillräcklig hög, det vill sägadet får inte uppstå för stort spänningsfall i överföringssystemet vid trafikering (överföringskapacitet). Överföringskapaciteten bestäms av typ av kontaktledningssystem och hur det är dimensionerat. På grund av trafikökningar är överföringskapaciteten i BT-systemet uppnådd för många sträckor. Dels kan spänningsnivån ute på linjen vid strömavtagaren då bli för låg med följden blir att fordonen inte kan hålla den hastighet som de önskar med risk för att tågförseningar uppstår. Mer vanligt är dock att strömuttaget blir för högt i förhållande till vad anläggningen är dimensionerad för. Då koppplas linjen bort och elförsörjningen till tågen bryts. Ytterligare en konsekvens om överföringssystemet inte är rätt dimensionerat i förhållande till trafiken är att installerad kapacitet i omformarstationer utnyttjas mindre effektivt varför vissa utbyggnader av omformarstationer kan behöva tidigareläggas Uppgradering från BT-system till AT-system AT-system införs för att öka överföringskapaciteten och därmed kunna kraftförsörja fler tåg, både som rena nyinvesteringar och i samband med upprustning av utslitna kontaktledningar (reinvesteringar, hanteras i reinvesteringsplanen). En uppgradering från ett BT-system till ett AT-system, där kraftöverföringen sker med spänningen 30 kilovolt istället för 15 kilovolt, innebär att överföringskapaciteten kan förbättras

6 avsevärt. För sträckor med AT system är energiförluster i överföringen flera gånger lägre än med BT-system.För banor med stora trafikökningar och där man kan förvänta fortsatta trafikökningar rekommenderas därför uppgradering till AT-system för att långsiktigt få ett robust system med hög tillgänglighet. På andra banor kan förstärkning av befintligt kontaktledningssystem, (genom exempelvis dubblerad återgångsledning och förstärkningsledning för BT-system), större alternativt dubblerade matarledningstransformatorer eller nya inmatningspunkter utgöra åtgärder för att förstärka överföringssystemet för att säkra tillräcklig överföringskapacitet. Andra åtgärder Hjälpkraftsystemet är ett separat system som är elektriskt skilt från kraftförsörjningssystemet för tågtrafiken, vars uppgift är att förse utrustning längs banan med kraftförsörjning, såsom växelvärme, växeldriv, bangårdsbelysning och signalutrustning. Kapacitetsutnyttjandet i hjälpkraftsystemet påverkas inte av ökad trafik, däremot av att till exempel nya större växlar med högre effekt på växelvärme installeras. Otillräcklig kapacitet i hjälpkraftsystemet resulterar främst i att spänningen sjunker till en så låg nivå att det finns risk för att utrustningar inte kan upprätthålla sin funktion, vilket i sin tur kan leda till tågförseningar. Vanliga åtgärder för att öka överföringskapaciteten av är att lägga över kraftförsörjning av utrustning till det lokala allmänna elnätet, höja systemspänningen på hjälpkraftnätet från 11 kilovolt till 22 kilovolt, bygga om från 2-fas till 3-fas eller bygga nya inmatningspunkter. Genom att och styra så den installerade kapaciteten nyttjas mer effektivt och energiförlusterna minskar bidrar trafikverket till att skapa en mer energieffektivt transportsystem. Den största vinsten inom lågspänning är förbättra styrning av växelvärme. Andra exempel kan vara åtgärder för att minska energiförbrukningen inom själva tågföringen, dvs elkraftförsörjningen av tågen genom förbättrad styrning av omformarstationerna.

7

8 Trafikverket, Borlänge, Besöksadress: Röda vägen 1 Telefon: , Texttelefon: TRAFIKVERKET. MAJ ILLUSTRATION OMSLAG: MOSTPHOTOS.SE. TRYCKERI: INEKO.