箱式變電站在鐵路供配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

李家駿

1 鐵路供電的概述

鐵路是國民經(jīng)濟的大動脈,電力是鐵路運輸生產(chǎn)的主要動力之一,鐵路電力部門擔負著對鐵路指揮系統(tǒng)、自動化系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)及鐵路各行業(yè)供電的任務(wù)。隨著鐵路運輸事業(yè)的發(fā)展和自動化、電氣化程度的不斷提高,需要供電的部門越來越多,對鐵路供電可靠性的要求也越來越高。

鐵路負荷的特點是:1)負荷沿鐵路分布,且容量較小;2)要求不間斷供電的多為一級負荷。由于以上兩個特點,對于10 kV和35 kV電力線路的供電半徑,鐵路系統(tǒng)較電力系統(tǒng)長。

鐵路較早建成的配電設(shè)施均為傳統(tǒng)的土建變電房及桿上變電站,設(shè)備陳舊落后,容量小,維護工作量大,已不能適應(yīng)目前用電負荷增長的需要,由于箱式變電站具有成套性強、體積小、占地少、能深入負荷中心、提高供電質(zhì)量、減少線路損耗、縮短送電周期、選址靈活、對環(huán)境適應(yīng)性強、安裝方便、運行安全可靠及投資少、見效快等一系列優(yōu)點,所以箱式變電站在鐵路供配電系統(tǒng)中是一個值得推廣使用的新型變配電設(shè)備。

2 箱式變電站的結(jié)構(gòu)及功能特點

2.1 箱式變電站的結(jié)構(gòu)

箱式變電站是由高壓電氣設(shè)備,配電變壓器和低壓配電裝置按一定接線方案排成一體的工廠預(yù)制緊湊型的變配電成套設(shè)備(以下簡稱箱變)。箱內(nèi)一般分為高壓室、低壓室及變壓器室。箱變的高壓室一般由高壓負荷開關(guān)、高壓熔斷器和避雷器組成,可進行停送電操作,并且有過負荷和短路保護功能;低壓室由低壓斷路器、電流互感器、電流表、電壓表等組成;變壓器室一般采用在四周壁填加隔熱材料、采用雙層夾板結(jié)構(gòu)、頂板采用帶空氣墊等措施來防日照輻射,并采取自然通風和機械強制通風來保證電氣設(shè)備的散熱。另外還設(shè)置了一些去濕、調(diào)濕、防凝等保護裝置。

2.2 箱式變電站的功能特點

1)自動化程度高。整體采用智能化設(shè)計,保護系統(tǒng)采用變電站微機綜合自動化裝置,分散安裝,可實現(xiàn)“四遙”,可對運行參數(shù)進行遠方設(shè)置,根據(jù)需要還可實現(xiàn)圖像遠程監(jiān)控。2)工廠預(yù)制化。所有設(shè)備在工廠一次安裝、調(diào)試合格,真正實現(xiàn)變電站建設(shè)工廠化,縮短了設(shè)計制造周期。現(xiàn)場安裝簡單高效,整個變電站從安裝到投運大約只需5 d～8 d的時間,大大縮短了建設(shè)工期。3)組合方式靈活,運輸、安裝簡便。箱式變電站結(jié)構(gòu)比較緊湊,每個箱均構(gòu)成一個獨立系統(tǒng),箱式變電站沒有固定的組合模式,使用單位可根據(jù)實際情況自由組合一些模式,以滿足安全運行的需要。4)投資省見效快,運營維護成本低。箱式變電站較同規(guī)模常規(guī)變電所減少投資40%～50%,在箱式變電站中,由于先進設(shè)備的選用,特別是無油設(shè)備運行,從根本上徹底解決了常規(guī)變電所中的設(shè)備滲漏問題,變電站可實行狀態(tài)檢修,減少維護工作量,整體經(jīng)濟效益十分可觀。5)占地面積小,外形美觀,易與環(huán)境協(xié)調(diào)。由于箱式變電站將配電裝置的大部分布置于封閉的箱體內(nèi),通過優(yōu)化設(shè)計、合理組合,各部分之間的絕緣距離大大減小,縮小了占地面積和空間。箱體外殼采用鍍鋁鋅鋼板及集裝箱制造技術(shù),外形設(shè)計美觀,在保證供電可靠性前提下,通過選擇箱式變電站的外殼顏色,從而極易與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)一致。

3 箱式變電站在鐵路供配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 箱式變電站在站場供電的應(yīng)用

車站信號、通信等一、二級負荷為雙路電源供電,設(shè)計為獨立的箱式變電站為之供電,箱式變電站兩路電源引入,分別接引自鐵路電力貫通電源和鐵路電力自閉電源,設(shè)計的箱變專用于10 kV鐵路信號電源系統(tǒng)的產(chǎn)品。它將高壓環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜、變壓器、低壓開關(guān)柜、雙電源監(jiān)測裝置和電力線路故障自動切除系統(tǒng)等組合在一起。在鐵路線路附近安裝,能夠有效避免干擾,并能對電源實時監(jiān)控和高壓線路故障分段,車站的信號電源及戶外真空開關(guān)的參數(shù)均通過集成在箱變內(nèi)的遠程終端“RTU”接入遠動系統(tǒng)受到監(jiān)控。利用2 M專用鐵通光纜作為通信數(shù)據(jù)通道,調(diào)度站與被控站間的通信采用“環(huán)引”方式,將各個配電所及各站信號負荷主要開關(guān)狀態(tài)、電流、電壓、功率等參數(shù)值傳輸至調(diào)度端的主控站,由供電段調(diào)度統(tǒng)一調(diào)度監(jiān)控。

車站綜合箱式變電站的變壓器容量在100 kVA左右,作為車站生產(chǎn)房屋照明、各種設(shè)備供電以及站場夜間貨運作業(yè)的照明等三級負荷的供電,高壓側(cè)接引自鐵路電力貫通電源;綜合箱變及信號專用箱變的高壓系統(tǒng)方案一致,如圖1所示。

3.2 箱變在區(qū)間供電的應(yīng)用

以新建隧道供電為例,按照規(guī)定直線隧道長度超過1 km,曲線隧道長度超過500 m的,都應(yīng)有隧道固定照明,并且需要設(shè)置維修插座箱以便對線路及隧道的維護;機械專業(yè)需要在隧道內(nèi)設(shè)置機械強制排風系統(tǒng),以上各負荷點大多都設(shè)在隧道內(nèi),在隧道壁預(yù)留洞口安裝箱式變電站,設(shè)計成專用于隧道內(nèi)供電的緊湊型箱變。它將高壓環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜、變壓器、低壓開關(guān)柜、雙電源監(jiān)測裝置和電力線路故障自動切除系統(tǒng)等組合在一起。隧道內(nèi)的避人洞中安裝。太興線工程的控制工程二青山隧道是一條長17 km的隧道,其隧道內(nèi)的供電設(shè)備使用10 kV電壓等級的箱變,在隧道口各新設(shè)一座35 kV的箱式變電站作為隧道強制排風風機的電源。該變電站全部高壓設(shè)備集中在四套集裝箱內(nèi),“一”字形排列,從左至右依次為35 kV開關(guān)箱、主變壓器箱 10 kV開關(guān)箱(帶控制)、10 kV開關(guān)箱(帶補償電容),主變箱及帶電容器的開關(guān)箱箱頂采用隔層氣樓結(jié)構(gòu),箱體底部也有進出風口,以保證電氣設(shè)備通風散熱;35 kV和10 kV高壓斷路器選用手車式真空斷路器,主變、所變、電壓互感器均采用干式設(shè)備,這樣全面實現(xiàn)無油化運行,從根本上避免了由設(shè)備滲漏而引起的停電檢修。箱體內(nèi)配裝煙霧報警系統(tǒng)及遠程圖像監(jiān)控系統(tǒng),將報警信號及圖像上傳至調(diào)度所進行24 h監(jiān)控,可防止火災(zāi)、爆炸等事故的發(fā)生和蔓延,另外還設(shè)有五防措施。二次設(shè)備采用DSA微機保護控制系統(tǒng),分散布置,該系統(tǒng)集保護、“四遙”等功能于一體,保護電流與測控電流分別輸入,裝置機箱采用整板模壓成型,具有結(jié)構(gòu)緊湊、密封性好、抗干擾、抗震能力強等特點。以上設(shè)備的選用使供電自動化程度大大提高,同時也降低了運行維護費用,符合鐵路電力發(fā)展的需要。

4 結(jié)語

我國在新的世紀對鐵路建設(shè)進行了跨越式的大發(fā)展,大力建設(shè)客運鐵路專線和高速鐵路,將鐵路運輸?shù)哪芰μ岣叩搅艘粋€新的臺階。而在鐵路供電系統(tǒng)中廣泛采用箱變是現(xiàn)代化發(fā)展的必然結(jié)果,箱變所具有的優(yōu)點是土建變電站及桿式變電站都不能比擬的。相信箱式變電站在鐵路供電系統(tǒng)改造和新建鐵路供電系統(tǒng)中將繼續(xù)大有作為,為國家鐵路建設(shè)發(fā)展及運營所需要的可靠連續(xù)供電能力做出重要的貢獻。

[1] 劉 欣,張軍潔.城市電網(wǎng)中箱式變電站的特點及應(yīng)用[J].電氣應(yīng)用,2006(7):8-9.

[2] 原 薇,王宏生,陳金艷.變電站低電阻接地模塊與傳統(tǒng)接地材料的比較[J].山西建筑,2008,34(35):182-183.