鐵路動(dòng)車檢修庫(kù)地面電源供電系統(tǒng)研究

李 琳

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司電化電信處,天津 300251)

近年來,我國(guó)鐵路大發(fā)展,鐵路客運(yùn)專線大量的動(dòng)車組需要運(yùn)用檢修。動(dòng)車車輛段、運(yùn)用所等配套工程也不斷投入建設(shè)。地面電源是為動(dòng)車組在進(jìn)入檢修庫(kù),脫離接觸網(wǎng)供電后,靜態(tài)調(diào)試時(shí)進(jìn)行供電的電源設(shè)備,是動(dòng)車檢修庫(kù)的主要電力設(shè)施,負(fù)荷量大,用電要求變化多,設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜。通過對(duì)某動(dòng)車運(yùn)用所檢修庫(kù)工程設(shè)計(jì)中,對(duì)動(dòng)車地面電源供電系統(tǒng)方案的研究,就一些問題進(jìn)行探討。

1 工程概況

此動(dòng)車檢修庫(kù)建筑面積約2.5萬m2,4線庫(kù),可對(duì)CRH1、CRH2、CRH3、CRH5四種型號(hào)的動(dòng)車組進(jìn)行靜調(diào)檢修。邊跨設(shè)有變配電室、工藝檢修設(shè)備房間、除冰融雪設(shè)備房間及辦公用房。庫(kù)內(nèi)用電負(fù)荷由地面電源負(fù)荷、一般工藝設(shè)備負(fù)荷、環(huán)控通風(fēng)設(shè)備負(fù)荷和照明負(fù)荷組成。

2 地面電源供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(1)地面電源供電系統(tǒng)是否與其他用電設(shè)備共用低壓配電系統(tǒng),是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中考慮的首要問題。通過對(duì)庫(kù)內(nèi)用電負(fù)荷的分析,地面電源的電力負(fù)荷相對(duì)較大,且較為特殊,通過研究,采用了為地面電源設(shè)置獨(dú)立電力變壓器及低壓配電系統(tǒng)的方案,原因有以下兩個(gè)方面。

①地面電源最大負(fù)荷1 200 kW,占動(dòng)車檢修庫(kù)總用電負(fù)荷的40%左右,比例較高。其使用情況又相對(duì)較少,只在動(dòng)車組受電弓脫離接觸網(wǎng)后檢修時(shí)使用,如采用同一電力變壓器供電,變壓器長(zhǎng)期處于低負(fù)載率運(yùn)行,電能損耗大,經(jīng)濟(jì)性較差。當(dāng)?shù)孛骐娫赐度胧褂脮r(shí),由于其容量較高,又容易造成整個(gè)低壓供電系統(tǒng)電壓波動(dòng),對(duì)其他用電設(shè)備會(huì)造成不良的影響。

②除上述原因外,由于CRH2型車要求使用單相AC400V、50 Hz地面電源供電,需要增設(shè)交-直-交電源轉(zhuǎn)換裝置。此設(shè)備屬于電力電子設(shè)備,在運(yùn)行時(shí)其輸入端會(huì)產(chǎn)生高次諧波,是一個(gè)較大的諧波干擾源。諧波可通過低壓供電系統(tǒng)傳播,對(duì)系統(tǒng)內(nèi)其他用電設(shè)備造成干擾,降低電能質(zhì)量。為避免建筑內(nèi)其他用電設(shè)備受諧波的影響產(chǎn)生故障,造成不必要的損失,應(yīng)考慮采用1套獨(dú)立的供電系統(tǒng)為其供電。

基于以上原因,在設(shè)計(jì)中采用了為地面電源設(shè)備設(shè)置獨(dú)立供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案,并將其納入地面電源供電系統(tǒng)中。其與主電源設(shè)備、電力電纜母線、現(xiàn)場(chǎng)插座箱等部分共同構(gòu)成了整個(gè)動(dòng)車地面電源供電系統(tǒng)。

(2)目前,國(guó)內(nèi)運(yùn)行的動(dòng)車組主要為CRH1、CRH2、CRH3、CRH5型動(dòng)車組,其中CRH1、CRH3和CRH5動(dòng)車組的地面輔助供電電源,采用三相+N AC400V、50 Hz的電源,情況較為簡(jiǎn)單,將10 kV/0.4 kV專用變壓器提供的三相+N AC400V、50 Hz的電源經(jīng)低壓配電柜直接為動(dòng)車組供電即可；而CRH2型動(dòng)車組的地面輔助供電電源,采用單相AC400V、50 Hz的電源。由于對(duì)電源要求不同,在設(shè)定供電方案時(shí)需要根據(jù)情況全面分析和考慮。本工程為4線動(dòng)車檢修庫(kù),工藝專業(yè)要求4股道中的每一股道,配套地面電源插座箱均能適應(yīng)CRH1/CRH2/CRH3/CRH5四種車型用電,并按1股道同時(shí)使用考慮。針對(duì)用電要求,對(duì)供電方案進(jìn)行了研究。

由于有對(duì)CRH2型動(dòng)車組進(jìn)行檢修工作的要求,為提供單相AC400V、50 Hz電源,需要設(shè)置交-直-交電源轉(zhuǎn)換設(shè)備(單相AC400V地面電源)。

在一般設(shè)計(jì)中,采用同三相+N AC400V、50 Hz電源系統(tǒng)并列運(yùn)行,各自從低壓配電柜單獨(dú)引出供電電源,饋電線路也按不同車型單獨(dú)饋出并行敷設(shè)至地面電源插座箱的供電方案。此方案的低壓配電柜和饋電線路數(shù)量較多,電纜敷設(shè)工程量大,對(duì)于地面電源室和庫(kù)內(nèi)電力管溝的空間要求相對(duì)較高,工程投資也較多。由于采用了1對(duì)1各車型單獨(dú)供電的供電方式,供電靈活性、可靠性高,可以同時(shí)為各型車供電,不會(huì)互相影響,適用于檢修和維護(hù)作業(yè)工作量較大的檢修庫(kù)。此種供電方式也預(yù)留有發(fā)展變化的條件,也適用于預(yù)期有檢修工作量增長(zhǎng)的檢修庫(kù)。

目前作為動(dòng)車組地面電源的交-直-交電源轉(zhuǎn)換設(shè)備,通過對(duì)整流逆變裝置的控制,不僅能為CRH2型車提供單相AC400V、50 Hz電源,同時(shí)也可以提供三相+N AC400V、50 Hz電源,通過共用電力干線,可為CRH1、CRH2、CRH3、CRH5各車型進(jìn)行供電。如采用此供電方案(圖1),可有效減少地面電源室設(shè)備數(shù)量,通過合并饋電線路,減少電力干線工程量,降低對(duì)電源室和電力管溝的土建要求,降低工程投資。此方案同時(shí)也存在一些缺點(diǎn),如當(dāng)檢修車型發(fā)生變化時(shí),需要對(duì)交-直-交電源轉(zhuǎn)換設(shè)備進(jìn)行操作以適應(yīng)不同車型對(duì)電源的要求,增加了操作和維護(hù)工作量；采用共用電力干線供電的供電方式,供電靈活性和可靠性較差,在一套交-直-交電源轉(zhuǎn)換設(shè)備供電范圍內(nèi),各車型的維護(hù)檢修作業(yè)不能同時(shí)進(jìn)行,電力干線出現(xiàn)故障時(shí)會(huì)影響所有車型的檢修工作；在提供三相+N AC400V、50 Hz電源時(shí),交-直-交電源轉(zhuǎn)換設(shè)備存在較高的電能損耗,并會(huì)產(chǎn)生一定的諧波干擾。此方案適合于工程投資控制較小,維護(hù)檢修工作量少,工況簡(jiǎn)單,可預(yù)期發(fā)展要求不高的場(chǎng)所。

通過對(duì)以上2種供電方案的研究,對(duì)它們又進(jìn)行了結(jié)合和優(yōu)化,并提出在地面電源配電間內(nèi),地面電源供電干線加設(shè)了轉(zhuǎn)換開關(guān),分別連接交-直-交設(shè)備和低壓配電柜,可根據(jù)維修車型的要求在單相AC400V、50 Hz電源和三相+N AC400V、50 Hz電源之間進(jìn)行切換的設(shè)計(jì)方案。通過此改進(jìn),減少了對(duì)交-直-交設(shè)備容量和功能的要求,簡(jiǎn)化了操作,還減少了不必要的電能損耗。同樣,此方案適合于工程投資控制較嚴(yán),動(dòng)車維護(hù)檢修工作量較少,工況簡(jiǎn)單,可預(yù)期發(fā)展要求不高的場(chǎng)所。

由于本工程要求檢修庫(kù)4股道中的每一股道配套的地面電源插座箱能適應(yīng)CRH1/CRH2/CRH3/CRH5四種車型用電,并按1股道同時(shí)使用考慮,檢修工作量相對(duì)較少,且此4線庫(kù)是由原2線庫(kù)擴(kuò)建而來,近期內(nèi)不再有其他發(fā)展變化的要求,再加上采用地下電纜通道,由于抗浮等土建設(shè)計(jì)原因,電力通道空間預(yù)留較小。因此,通過比較研究,在設(shè)計(jì)中采用了上述地面電源供電方案(圖1)。采用此方案,減少了地面電源室設(shè)備,簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì),用低壓密集母線代替電纜既節(jié)約了材料也便于施工,更加適合于本工程的要求。

圖1 地面電源供電方案

(3)地面電源插座箱是地面電源供電系統(tǒng)與各車型動(dòng)車組的接口,它的設(shè)置遵循了以下的設(shè)計(jì)要求。

首先確定車組進(jìn)車方向。為便于司機(jī)觀察,停車位一般設(shè)于股道末端,電源插座箱的設(shè)置應(yīng)以此為基準(zhǔn)按規(guī)定距離設(shè)置。另外,2組8列編組與1組16列編組相比較,進(jìn)車方向一側(cè)的8列編組動(dòng)車的停車位置也有所不同,其間距可達(dá)30 m,為便于檢修人員操作,還應(yīng)根據(jù)不同停車位置設(shè)置2套地面電源插座箱。地面電源插座箱容積較小,存放電纜的長(zhǎng)度有限,同時(shí)電纜自重較重,如設(shè)置位置偏差較大或漏設(shè),對(duì)于維護(hù)檢修工作極為不便。此動(dòng)車檢修庫(kù)設(shè)計(jì)為左側(cè)進(jìn)車,停車位設(shè)于右端的形式,地面電源插座箱按圖1中所示意位置布置。如反方向進(jìn)車,則地面電源插座箱位置則如圖2所示,要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

圖2 反向進(jìn)車地面電源插座箱位置

其次,不同型號(hào)的動(dòng)車組,其電源插座的容量、型號(hào)及在車體上的位置也是不相同的，見表1,圖3。

表1 動(dòng)車組地面電源插座

圖3 地面電源插座箱位置示意(單位：m)

CRH1型動(dòng)車組,每8列編組在其第2、第7節(jié)車體兩側(cè)各對(duì)稱設(shè)置有2處插座,任意一處插座取電即可滿足供全編組用電要求。

CRH2型動(dòng)車組,每8列編組在其第3、第7節(jié)車體一側(cè)各設(shè)置有1處插座,須同時(shí)供電才可滿足供全編組用電要求。

CRH3型動(dòng)車組,每8列編組在其第4節(jié)車體的左側(cè)和第5節(jié)車體的右側(cè)設(shè)置有1處插座,任意一處插座取電即可滿足供全編組用電要求。

CRH5型動(dòng)車組,每8列編組在其第3、第6節(jié)車體兩側(cè)各對(duì)稱設(shè)置有2處插座,須同時(shí)在其中2處插座取電才可滿足供全編組用電要求。

由于各車型動(dòng)車組上插座型號(hào)、位置、容量均有差異,為滿足所有車型的使用要求,根據(jù)車輛資料要求,為每種車型均設(shè)置了相應(yīng)的地面電源插座箱。由于CRH2型車只在車體一側(cè)設(shè)置有地面電源插座,為保證其正向、反向進(jìn)庫(kù)均可進(jìn)行維護(hù)檢修作業(yè),在股道另一側(cè)的相應(yīng)位置也做了插座箱設(shè)置。

(4)在設(shè)計(jì)中,為不影響檢修車輛在庫(kù)內(nèi)通行,同時(shí)考慮到檢修庫(kù)的整潔美觀,對(duì)地面電源箱的安裝方式也進(jìn)行了研究,采用了設(shè)置臥式地面電源插座箱。將其設(shè)置于鋼軌下兩軌道橋立柱間的位置，避免了占用庫(kù)內(nèi)檢修通道空間,同時(shí)隱藏了地面電源插座箱箱體,達(dá)到了較好的安裝效果(圖4)。由于檢修坑基礎(chǔ)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),澆筑后再進(jìn)行調(diào)整極為困難,因此要同土建專業(yè)密切配合,提前做好管線的預(yù)埋和定位,避免出現(xiàn)差錯(cuò)。

圖4 地面電源插座箱(單位：mm)

3 結(jié)論

本文通過對(duì)某動(dòng)車段動(dòng)車檢修庫(kù)地面電源供電系統(tǒng)電力設(shè)計(jì)方案的分析和研究,對(duì)此類工程的設(shè)計(jì)進(jìn)行了總結(jié),從變電所配置、供電方案選擇、地面電源插座箱的設(shè)置等方面做了較詳細(xì)的論述。在鐵路跨越式大發(fā)展的進(jìn)程中,針對(duì)動(dòng)車檢修庫(kù)的地面電源系統(tǒng)電力設(shè)計(jì),本文所提出的設(shè)計(jì)思路的觀點(diǎn)可供借鑒和參考。

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