箱式變電站在鐵路供電系統(tǒng)中的應(yīng)用

楊 林 黎文生

（西安鐵路局綏德供電管理所，陜西 綏德 718000）

箱式變電站在鐵路供電系統(tǒng)中的應(yīng)用

楊 林 黎文生

（西安鐵路局綏德供電管理所，陜西 綏德 718000）

箱式變電站是終端變電站，是將高壓一次設(shè)備、變壓器、低壓一次設(shè)備和二次儀表等集中在一個箱體中，進行供配電的小型變電站。文章對其相關(guān)技術(shù)進行了研究，并結(jié)合工程實際，設(shè)計出一種應(yīng)用于鐵路變電系統(tǒng)的35KV箱式變電站，對其智能監(jiān)控系統(tǒng)進行了相應(yīng)的介紹。

箱式變電站；鐵路供電；智能監(jiān)控

箱式變電站又稱戶外成套變電站、預(yù)裝式變電站，發(fā)展于20世紀60年代至70年代歐美等西方發(fā)達國家。由于其具有組合靈活，便于運輸、遷移、安裝方便，施工周期短、運行費用低、無污染、免維護等優(yōu)點，受到世界各國電力工作者的重視。進入20世紀90年代中期，我國開始出現(xiàn)簡易箱式變電站，并得到了迅速發(fā)展，在鐵路供電系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。

1 箱式變電站的類型

1.1 箱式變電站的主要類型

箱式變電站主要有美式箱式變電站、歐式箱式變電站和國產(chǎn)緊湊型變電站。美式預(yù)裝式變電站在我國叫做“預(yù)裝式變電站”或“美式箱變”，以區(qū)別歐式預(yù)裝式變電站。它將變壓器器身、高壓負荷開關(guān)、熔斷器及高低連線置于一個共同的封閉油箱內(nèi)，構(gòu)成一體式布置。用變壓器油作為帶電部分相間及對地的絕緣介質(zhì)。同時，安裝有齊全的運行檢視儀器儀表，如壓力計，壓力釋放閥，油位計，油溫表等。歐式預(yù)裝式變電站以前在我國習(xí)慣稱為“組合式變電站”，它是將高壓開關(guān)設(shè)備、配電變壓器和低壓配電裝置布置在三個不同的隔室內(nèi)，通過電纜或母線來實現(xiàn)電氣連接。國產(chǎn)緊湊型變電站結(jié)合了美式變電站和歐式變電站的優(yōu)點，在國內(nèi)也具有廣泛的應(yīng)用。在西安鐵路局供電系統(tǒng)中，主要采用美式預(yù)裝箱式變電站。

1.2 美式預(yù)裝式變電站的結(jié)構(gòu)型式

1型：變壓器和負荷開關(guān)、熔斷器共用一個油箱；

2型：變壓器和負荷開關(guān)、熔斷器分別裝在上下兩個不同的油箱內(nèi)；

3型：變壓器和負荷開關(guān)、熔斷器分別裝在左右兩個不同的油箱內(nèi)。

其中1型為美式箱變的原結(jié)構(gòu)，它的特點是結(jié)構(gòu)緊縮、簡潔、體積小、重量輕。2型和3型為1的變形。這種變型的理論根據(jù)是：開關(guān)操作和熔斷器的動作造成的游離碳會影響整個箱變的壽命。由于采用普通油和難燃油作為絕燃介質(zhì)，使之既可用于戶外，又可用于戶內(nèi)，適用于住宅小區(qū)、工礦企業(yè)及各種公共場所，如機場、車站、碼頭、港口、高速公路、地鐵等，由于鐵路供電系統(tǒng)一般遠離負荷中心，且距離長、工況條件差，使用箱式變電站具有積極的意義。

2 箱式變電站電氣部分設(shè)計

在具體的安裝過程中，特別是針對預(yù)裝變電站應(yīng)設(shè)計成能夠安全正常使用，為達到方便檢查和維護的目的，應(yīng)該從以下幾個方面著重考慮：

2.1 接地

除按 GB/T11022，還應(yīng)符合以下規(guī)定：應(yīng)提供一條連接預(yù)裝式變電站的每個元件的接地導(dǎo)體。接地導(dǎo)體的電流密度，如用銅導(dǎo)體，當額定短路持續(xù)時間為 1s時不應(yīng)超過200A/mm2，當額定短路持續(xù)時間為3s時不應(yīng)超過125A/mm2；但其截面積不應(yīng)小于30mm2。它的端部應(yīng)有合適的接線端子，以便和裝置的接地系統(tǒng)連接。

2.2 輔助設(shè)備

對于預(yù)裝式變電站內(nèi)的低壓裝置(例如照明、輔助電源等)，適用時，按GB/T14821.1或GB7251.1防護等級：防止人員觸及危險部件、并防止外來物體進入和水分浸入設(shè)備的保護是必需的。

2.3 主接線設(shè)計與一次設(shè)備選型

預(yù)裝式變電站外殼的防護等級應(yīng)不低于 GB4208—1993中的IP23D更高的防護等級可以按GB4208予以規(guī)定。箱式變電站總體布置如圖1所示。

圖1 箱式變電站總體布置圖

2.4 操作通道

預(yù)裝式變電站內(nèi)部的操作通道的寬度應(yīng)適應(yīng)于進行任何操作和維護。該通道的寬度應(yīng)為0.8m或更大些。預(yù)裝式變電站內(nèi)部的快關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備的門應(yīng)朝出口方向關(guān)閉，或者是轉(zhuǎn)動的，這樣不致減少通道的寬度。門在任一開啟位置或開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備突出的機械傳動裝置不應(yīng)將通道的寬度減少到0.5m。

2.5 預(yù)裝式變電站的選用

對于給定的運行方式，選用預(yù)裝式變電站時，要按正常負荷條件和故障情況的要求來選擇各元件的額定值。外殼級別的選擇取決于周圍溫度和變壓器的負荷系數(shù)。對某一額定外殼等級，變壓器的負荷系數(shù)取決于變電站安裝處的周圍溫度。對變動的負荷，可按GB/T17211，采用一個修正系數(shù)。

2.6 主變壓器與箱體之間應(yīng)滿足最小防火凈距

《35～110kV變電站設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定，耐火等級為二級的建筑物與變壓器(油浸)之間最小防火凈距為 10m。其面對變壓器、可燃介質(zhì)電容器等電器設(shè)備的外墻(符合防火墻要求)，在設(shè)備總高加3m及兩側(cè)各3m的范圍內(nèi)不設(shè)門窗不開孔洞時，則該墻與設(shè)備之間的防火凈距可不受限制；如在上述范圍內(nèi)雖不開一般門窗，但設(shè)有防火門時，則該墻與設(shè)備之間的防火凈距應(yīng)等于或大于5m。配電裝置的最低耐火等級為二級，箱式配電站箱體內(nèi)部一次系統(tǒng)采用單元真空開關(guān)柜結(jié)構(gòu)，每個單元均采用特制鋁型材裝飾的大門結(jié)構(gòu)，每個間隔后部均設(shè)有雙層防護板，即可打開的外門，在設(shè)計工作中，主變與箱體之間最小防火凈距建議采用 10m，以確保變電所安全運行。

2.7 35kV電纜出線應(yīng)穿鋼管敷設(shè)

為求美觀，變電所內(nèi)35kV箱式配電站箱體四圍一般均設(shè)計為水泥路面，35kV線路終端桿一般在變電所圍墻外10m處。如果將電纜直埋，引至線路終端桿，將給檢修帶來很大不便。因此35kV電纜出線應(yīng)穿鋼管敷設(shè)，以方便維護檢修。如35kV線路終端桿距離變電所較遠，則箱體至變電所圍墻段的35kV電纜出線必須穿鋼管敷設(shè)。在電纜出線末端的線路終端桿上裝設(shè)新型過電壓保護器，以防止過電壓。

3 箱式變電站內(nèi)部電器設(shè)備選定

3.1 箱式變電站高壓配電裝置接線應(yīng)盡量簡單

高壓配電裝置的接線應(yīng)該既有終端變電站接線，也應(yīng)有適應(yīng)環(huán)網(wǎng)供電的接線。高壓配電裝置宜采用符合開關(guān)加熔斷器組合結(jié)構(gòu)，油浸式變壓器容量在800kVA及以上時，應(yīng)采用能切斷電源的裝置與變壓器瓦斯保護相配合。高壓配電裝置

應(yīng)具有防止誤拉、合開關(guān)設(shè)備，帶負荷拉、合刀閘，帶電掛地線，帶地線合閘和工作人員誤入帶電間隔的五防措施。負荷開關(guān)和熔斷器之間也應(yīng)有可靠的連鎖。箱體門內(nèi)側(cè)應(yīng)附有主回路線路圖、控制線路圖、操作程序及注意事項。母線宜采用絕緣導(dǎo)線(或絕緣母線)。高壓進出線應(yīng)考慮電纜的安裝位置和便于進行試驗。

3.2 變壓器應(yīng)采用損耗低、體積小、適合箱體內(nèi)安裝的結(jié)構(gòu)

根據(jù)具體的工作要求，可以采用油浸式、干式或氣體絕緣式、無載調(diào)壓式或有載調(diào)壓式。變壓器如有油枕，其油標應(yīng)便于監(jiān)視。變壓器的銘牌應(yīng)面向箱門一側(cè)。容量 315kVA及以上變壓器，宜裝設(shè)電接點溫度計，以監(jiān)測變壓器上層油溫(或氣體溫度)和啟動通風(fēng)冷卻裝置。

4 箱式變電站智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

預(yù)裝式變電站和傳統(tǒng)的供電所相比，雖然有著明顯的優(yōu)勢，但仍存在一些不足之處，比如沒有變壓器故障監(jiān)控，無防環(huán)境影響的保護控制等。傳統(tǒng)的保護只在高壓側(cè)配置負荷開關(guān)和熔斷器，變壓器有的裝有專用溫度控制器，低壓室出線一般設(shè)有空氣開關(guān)和塑殼開關(guān)。鑒于這種情況，對箱式變電站智能監(jiān)控采用預(yù)裝式變電站智能監(jiān)控單元。它集中采集了預(yù)裝式變電站所有有用的信息，包括電參量、環(huán)境溫濕度、變壓器溫度等信息。通過對這些信息的綜合分析作出對應(yīng)動作，確保變電站的經(jīng)濟、安全運行，延長使用壽命。箱變的監(jiān)控內(nèi)容主要有以下幾個方面：

4.1 電參量監(jiān)測與保護

實時在線監(jiān)測高壓側(cè)三相入口電壓/出口電流，低壓側(cè)各輸出端口電流，記錄運行時的電壓，電流，功率，功率因數(shù)，供上位機調(diào)用或本地監(jiān)測；實時監(jiān)測預(yù)裝式變電站三相高壓端出口電流故障，根據(jù)故障狀態(tài)及時分斷負荷開關(guān)或向上位機發(fā)送故障狀態(tài)信號。

4.2 防凝露保護

預(yù)裝式變電站一般用于戶外，對高壓室，低壓室實時在線監(jiān)測溫濕度信號，根據(jù)當前溫濕度值及時啟停除濕，升溫設(shè)備，破壞凝露的生成，有效防止高壓開關(guān)和低壓開關(guān)設(shè)備因表面出現(xiàn)凝露而發(fā)生閃絡(luò)放電事故。

4.3 變壓器室溫度保護

變壓器在運行過程中由于負荷及各種原因的影響，溫度容易升高，若不及時對其降溫，或在溫度急聚上升時做出相應(yīng)地處理，將影響變壓器出力甚至設(shè)備故障或永久損壞。通過實時監(jiān)測變壓器繞組溫度或變壓器油溫，當監(jiān)測溫度超過設(shè)定值時，可啟動風(fēng)扇，強迫排風(fēng)散熱。

4.4 參數(shù)在線數(shù)字化顯示和設(shè)定

使用8位LED循環(huán)顯示高壓側(cè)入口三相電壓和出口三相電流、低壓側(cè)各輸出端口電壓高壓側(cè)低壓室溫濕度和變壓器室溫度，通過按“顯示”鍵可顯示高壓側(cè)最新出口故障電流。故障電流地整定值和各路溫濕度的上小限設(shè)置值均可通過鍵盤設(shè)置修改，或通過上位機下發(fā)命令而設(shè)置修高故障電流整定值和溫濕度上下限值。

4.5 系統(tǒng)組網(wǎng)與集中化管理

預(yù)裝式變電站無人值守的特點，使得系統(tǒng)組網(wǎng)成為必然。現(xiàn)場總線通信RS485/422人機通信接口能方便地通過電力線載波、無線電信道、通信電纜與縣調(diào)或地調(diào)進行可靠通信，符合部頒通信規(guī)約標準，從而全面支持“四遙”功能。

5 結(jié)束語

箱式變電站在鐵路供電系統(tǒng)中具有及其重要的作用，采用預(yù)裝式箱式變電站具有設(shè)備緊湊、重量輕、體積小，且可移動等優(yōu)點，尤其是在戶外工作環(huán)境下具有不可比擬的作用。再配以智能監(jiān)控系統(tǒng)，能夠確保變電站安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟的運行。該設(shè)計方案也可以應(yīng)用于其他領(lǐng)域的變電站設(shè)計。

[1] 張文,張?zhí)m英.變電站的運行和自動化技術(shù)[J].大眾科技,2010(05).

[2] 包建偉.35KV箱式變電站在農(nóng)網(wǎng)改造與建設(shè)中的應(yīng)用 [J].農(nóng)村科技,2010(02).

[3] 翁雙安.供配電工程設(shè)計指導(dǎo)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2008.

[4] 肖艷萍.發(fā)電廠變電站電氣設(shè)備[M].北京:中國電力出版社,2010.

TM633

A

1008-1151(2011)08-0132-02

2011-04-26

楊林（1978－），男，陜西扶風(fēng)人，西安鐵路局綏德供電管理所助理工程師，從事電氣設(shè)備的設(shè)計、安裝與維護工作。