鐵路機(jī)車車輛和城軌車輛生產(chǎn)基地靜調(diào)廠房的供電設(shè)計(jì)和供電安全性的探討

李麗霄

(中鐵建設(shè)集團(tuán)有限公司 建筑設(shè)計(jì)院,北京100131)

隨著我國高速鐵路和城市軌道交通的發(fā)展,鐵路機(jī)車車輛和城軌車輛生產(chǎn)基地為滿足新型高速機(jī)車、動(dòng)車組列車和城市軌道交通車輛的生產(chǎn)需要,對靜調(diào)廠房靜態(tài)調(diào)試電源也提出了新的要求,即由原來提供單一制式調(diào)試電源的要求,提高為在每一條生產(chǎn)線上的每一個(gè)列車臺(tái)位上均能夠提供多種制式的調(diào)試電源和多種供電方式的全面化要求,以應(yīng)對不同車型和訂單的生產(chǎn)需求。這同時(shí)也是對靜調(diào)廠房供電設(shè)計(jì)提出的新要求。

1 靜調(diào)廠房的供電電源系統(tǒng)

我國電氣化鐵道采用27.5 kV交流(AC)供電,城市軌道交通系統(tǒng)通常采用1 500 V直流(DC)和750 V直流(DC)供電。為生產(chǎn)需要,靜調(diào)廠房設(shè)計(jì)要求提供下列制式的調(diào)試電源:電氣化鐵道機(jī)車和動(dòng)車組列車的AC27.5 k V電源;城市軌道交通車輛的DC1500 V和DC750 V電源;為空調(diào)車提供調(diào)試、檢修、整備的DC600 V電源;以及機(jī)車車輛、動(dòng)車組列車和城軌車輛在做靜態(tài)調(diào)試時(shí)所需的AC220 V、AC380 V和DC110 V等多種制式的電源。

2 靜調(diào)廠房供電電源的提供

(1)電氣化鐵道AC27.5 kV,通常有兩種提供方式:

①引自電氣化鐵道既有的牽引供電變電所,這需要與當(dāng)?shù)罔F路部門進(jìn)行協(xié)商解決。

②工廠自建牽引變電所。通常在自建牽引變電所時(shí),也可一并考慮工廠靜態(tài)調(diào)試和動(dòng)態(tài)調(diào)試試驗(yàn)線等的需求。牽引變電所通過牽引升壓變壓器將市政電網(wǎng)電源轉(zhuǎn)換為單相AC27.5 k V電氣化鐵道牽引電源,由27.5 k V高壓開關(guān)柜配出供給靜調(diào)廠房。

(2)DC1500 V、DC750 V和 DC600 V電源,由工廠自建提供直流系統(tǒng)電源的變壓器配電所。

通過各自的整流變壓器和整流器組成的整流機(jī)組將市政電網(wǎng)電源分別轉(zhuǎn)換為DC1500 V(DC750 V)或DC600 V的電源,由相應(yīng)系統(tǒng)的直流開關(guān)柜配出提供給靜調(diào)廠房。為建設(shè)資金的經(jīng)濟(jì)投入和生產(chǎn)使用的便利,該變壓器配電所設(shè)置在靜調(diào)廠房旁或就近設(shè)置為佳。

(3)對于AC380 V、AC220 V電源,則由通常的廠房10 kV(6 k V)/0.4 k V變壓器配電所的供配電系統(tǒng)提供。在廠房內(nèi)各條生產(chǎn)線上的每個(gè)臺(tái)位上根據(jù)生產(chǎn)的要求,進(jìn)行配電箱(柜)及配電裝置的設(shè)置。

(4)對于DC110 V電源,在廠房內(nèi)由AC380 V/DC110 V專用轉(zhuǎn)換裝置柜提供。

3 靜調(diào)廠房調(diào)試電源的供電方式

3.1 接觸網(wǎng)供電方式

在每個(gè)靜調(diào)臺(tái)位的上方,設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)的電氣化鐵道接觸網(wǎng)。每個(gè)臺(tái)位均可以提供AC27.5 kV、DC1500 V和DC750 V 3種接觸網(wǎng)的靜調(diào)電源,根據(jù)生產(chǎn)的需要,通過各自的上網(wǎng)電動(dòng)隔離開關(guān)進(jìn)行投切轉(zhuǎn)換,且每次只能有一種制式的電源投切上網(wǎng)。

在靜調(diào)廠房內(nèi),接觸網(wǎng)采用有張力自動(dòng)補(bǔ)償?shù)暮唵螒覓旆绞皆O(shè)置在相應(yīng)臺(tái)位鐵路股道線路中心的正上方。接觸網(wǎng)的架設(shè)高度,需要考慮到既能適應(yīng)鐵路機(jī)車又能夠滿足各類型城軌車輛受電弓的工作高度。

由靜調(diào)廠房接觸網(wǎng)的功能需求和工作特點(diǎn)即在室內(nèi)環(huán)境下對機(jī)車車輛的機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行多種工況調(diào)試,大電流持續(xù)時(shí)間一般不長,但受電弓在靜止?fàn)顟B(tài)與接觸線間接觸電阻較大的條件下持續(xù)取流時(shí)間較長。因此,對接觸網(wǎng)的載流總截面要求不高,但對接觸線材質(zhì)耐受局部高溫的性能要求較高,對接觸線應(yīng)施加穩(wěn)定張力以利其與受電弓間的接觸具有足夠的緊密度。因此,對接觸網(wǎng)線型的選擇和確定,要充分考慮以上需求和特點(diǎn)。對接觸網(wǎng)絕緣件的絕緣等級(jí),則按照AC27.5 kV予以配置。

3.2 調(diào)試電源柜供電方式

在各個(gè)臺(tái)位旁根據(jù)生產(chǎn)需要,分別設(shè)有DC1500 V、DC750 V和DC600 V靜調(diào)電源柜,直接從各自制式電源柜的專用插座(工業(yè)連接器專用插座),通過軟電纜和專用插頭(與電源柜專用插座和車輛專用插座相匹配),一端插頭與電源柜插座連接,另一端插頭插入車體上的相應(yīng)制式的專用插座內(nèi),來提供生產(chǎn)要求的靜調(diào)電源。

3.3 安全型滑觸線、接觸軌的供電方式

在靜調(diào)廠房內(nèi),靠近廠房外墻的臺(tái)位上,也有通過采用在墻上設(shè)置安全型滑觸線,用軟電纜和專用插頭(工業(yè)連接器專用)的方式提供DC750 V的調(diào)試電源。

我國既有的DC750 V城市軌道交通為接觸軌的供電方式,在靜調(diào)廠房DC750 V調(diào)試電源供電設(shè)計(jì)時(shí),接觸軌供電方式也是一種選擇方式。但由于接觸軌對人身安全有一定的威脅性,雖然在靜調(diào)廠房內(nèi)的接觸軌全部設(shè)置絕緣防護(hù)罩,但廠房內(nèi)生產(chǎn)作業(yè)人員較多,各臺(tái)位生產(chǎn)場地靜調(diào)設(shè)備布置緊湊,因此,在生產(chǎn)有專門要求的情況下采用此供電方式,同時(shí)要做好安全防護(hù)措施。

3.4 配電插座箱(柜)供電方式

AC380 V、AC220 V的供電以配電插座箱(柜)的形式,布置在各臺(tái)位的生產(chǎn)需要之處。配電插座箱上的配電回路和AC380 V、AC220 V插座規(guī)格和數(shù)量,按照生產(chǎn)需求予以配備。DC110 V的試驗(yàn)電源供電,采用AC380 V/DC110 V專用轉(zhuǎn)換裝置柜,以電纜和專用插頭和插座的形式提供。

4 靜調(diào)廠房供電的安全性

在靜調(diào)廠房內(nèi),各臺(tái)位上設(shè)置的多種制式高壓電源根據(jù)生產(chǎn)的需要予以投切,而廠房內(nèi)各工序生產(chǎn)人員依次進(jìn)行著工作,因此,杜絕發(fā)生事故、保證生產(chǎn)和人身安全尤為重要。為此,不僅要健全和完善各項(xiàng)生產(chǎn)管理制度,而且在使用各種制式的高壓電源時(shí),各臺(tái)位電源制式的投切聯(lián)鎖控制、信號(hào)顯示和高壓警示燈的設(shè)置也是必需的。

4.1 接觸網(wǎng)上網(wǎng)電源的投切和聯(lián)鎖控制

在每個(gè)臺(tái)位,AC27.5 k V、DC1500 V或DC750 V電源是通過各自的專用電動(dòng)隔離開關(guān)投切到接觸網(wǎng)上,本接觸網(wǎng)為多種電壓等級(jí)的混用,所以,上網(wǎng)隔離開關(guān)全部采用AC27.5 kV電壓等級(jí)的產(chǎn)品,且隔離開關(guān)及帶電導(dǎo)體的空氣絕緣距離也均應(yīng)達(dá)到AC27.5 kV電壓等級(jí)的要求。

每個(gè)臺(tái)位的3種電源隔離開關(guān)在工作時(shí)僅能接通一個(gè),因此3種電源的上網(wǎng)隔離開關(guān)必須設(shè)置互鎖機(jī)構(gòu),保證一臺(tái)隔離開關(guān)投入時(shí)其他的隔離開關(guān)已經(jīng)分閘,其互鎖控制關(guān)系,在設(shè)計(jì)時(shí)要準(zhǔn)確、合理。

為安全考慮,對不同電壓等級(jí)和不同制式電源的切換,需要在斷電的情況下,由專人嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行操作完成,實(shí)行工作票等生產(chǎn)管理制度,在集中聯(lián)鎖控制柜上設(shè)置送電申請和確認(rèn)回應(yīng)的信號(hào)聯(lián)鎖控制,以杜絕送電錯(cuò)誤,避免造成嚴(yán)重事故和損失。

各上網(wǎng)隔離開關(guān)的聯(lián)鎖控制關(guān)系,除了在集中聯(lián)鎖控制柜上予以控制,并有清晰明了的信號(hào)燈顯示外,還必須在所有上網(wǎng)隔離開關(guān)的操作機(jī)構(gòu)有相應(yīng)的聯(lián)鎖和燈光信號(hào)以顯示其工作狀態(tài),并納入專項(xiàng)操作管理規(guī)程,由專人負(fù)責(zé)。

所有上網(wǎng)隔離開關(guān)操作機(jī)構(gòu)必須帶鎖,且各臺(tái)位隔離開關(guān)的開、合狀態(tài)與該臺(tái)位的高壓警示燈和高壓警示牌的顯示聯(lián)鎖。

4.2 高壓電源警示牌

在每個(gè)臺(tái)位的側(cè)旁、人員通道的上方,自廠房屋架下吊裝設(shè)置高壓電源制式電子警示顯示牌,明確指示出本臺(tái)位正在接通的電源制式27.5 k V、1 500 V、750 V的電壓等級(jí),以警示廠房內(nèi)生產(chǎn)人員,按照生產(chǎn)規(guī)程作業(yè),并注意安全。

該電子警示牌的顯示與相應(yīng)制式電源的上網(wǎng)隔離開關(guān)的投切位置聯(lián)鎖控制。

廠房內(nèi)所有裸露帶電導(dǎo)體旁均設(shè)置警示標(biāo)牌,在人員容易靠近的地方必須做防護(hù)網(wǎng)柵進(jìn)行隔離防護(hù)。

4.3 高壓警示燈

在每個(gè)臺(tái)位軌道兩側(cè)的外側(cè),設(shè)置紅色高壓警示燈,其顯示與高于600 V的電源聯(lián)鎖。在本臺(tái)位AC27.5 k V或DC1 500 V或DC750 V或DC600 V任一制式的高壓電源接通時(shí),該警示燈均亮;在高壓電源關(guān)斷時(shí),該燈則熄滅。

4.4 高壓調(diào)試電源柜

在每個(gè)臺(tái)位旁設(shè)置的DC1 500 V、DC750 V和DC600 V靜調(diào)電源柜,高壓電源斷路器的斷開、閉合狀態(tài)在柜門上有相應(yīng)的信號(hào)燈指示,并與柜門設(shè)置聯(lián)鎖控制。并且在斷路器閉合時(shí),在電源柜頂有明顯的閃爍燈以警示。

4.5 緊急斷電按鈕

為應(yīng)對緊急情況,保證生產(chǎn)人員的安全,在每個(gè)臺(tái)位人員可到達(dá)的通道旁,設(shè)置高壓緊急斷電紅色大蘑菇按鈕。遇到緊急情況時(shí),按下緊急按鈕,聯(lián)鎖控制廠房內(nèi)所有600 V以上的電源斷電。

4.6 回流

為減少經(jīng)靜調(diào)廠房外的軌道流入大地的雜散電流,在靜調(diào)廠房每條生產(chǎn)線的鋼軌在出廠房大門的鋼軌軌縫處設(shè)置軌道絕緣節(jié),將靜調(diào)廠房與廠房外的鋼軌連接處用絕緣節(jié)分開,最大限度地限制在非電化區(qū)域產(chǎn)生雜散電流。

在靜調(diào)廠房內(nèi),各制式的電源系統(tǒng)設(shè)置各自獨(dú)立的回流。在牽引變電所、廠房的直流系統(tǒng)電源變壓器配電室和廠房內(nèi)設(shè)置回流箱,通過回流電纜和回流箱,提供暢通的回流通路,最大限度地截?cái)嗷亓麟娏餍孤┲恋孛娴耐緩?減少雜散電流進(jìn)入地下金屬管線、建筑設(shè)施及其他的相關(guān)設(shè)施。

4.7 鋼軌電位限制裝置

在進(jìn)行DC1 500 V、DC750 V靜態(tài)調(diào)試時(shí),危險(xiǎn)的接觸電壓會(huì)出現(xiàn)在回流線和地回路(廠房結(jié)構(gòu)地之間)。因此,在靜調(diào)的電源變壓器配電室內(nèi)和靜調(diào)廠房內(nèi)分別設(shè)置鋼軌電位限制裝置柜1臺(tái),鋼軌電位限制裝置柜的一端與回流箱端子板相連,另一端與廠房接地網(wǎng)連接,接地網(wǎng)接地電阻不大于4Ω。

鋼軌電位限制裝置柜內(nèi)安裝具有短接大地和回流導(dǎo)體間電位能力的短路裝置,當(dāng)發(fā)生超出安全許可的接觸電壓時(shí),鋼軌電位限制裝置就將鋼軌與大地短接,從而保證了廠房內(nèi)生產(chǎn)人員的人身安全。

4.8 接地

靜調(diào)廠房的強(qiáng)弱電各系統(tǒng)的接地采用共用接地裝置,接地電阻R≤1Ω。將廠房各個(gè)柱子的基礎(chǔ)鋼筋用一根40×4鍍鋅扁鋼可靠連接成一體作為廠房的共用接地裝置(接地網(wǎng))。

廠房內(nèi)采用總等電位連接,各絕緣件的接地端與總等電位連接干線可靠連接。

5 結(jié)束語

我國的高速鐵路和城市軌道交通迅猛發(fā)展,現(xiàn)在已經(jīng)成為世界上少數(shù)幾個(gè)能夠自主研發(fā)制造速度300 km/h及以上動(dòng)車組列車和生產(chǎn)高速機(jī)車的國家,鐵路機(jī)車車輛和城軌車輛的研發(fā)和生產(chǎn),除了滿足國內(nèi)的發(fā)展需求外,同時(shí)也接受國外的生產(chǎn)訂單,因此,對新建或改擴(kuò)建項(xiàng)目中有關(guān)調(diào)試電源的供電系統(tǒng)設(shè)計(jì),還要考慮訂貨和生產(chǎn)的具體要求,根據(jù)具體情況,進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。