組合式牽引變壓器和配電變壓器的探討

吳樹強(qiáng)

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北武漢 430063)

1 概述

隨著我國(guó)城市軌道交通建設(shè)的發(fā)展，一些大都市在市郊或主城區(qū)與衛(wèi)星城間開始了市域線(或市郊線)的建設(shè)，而一些中小城市(區(qū))也開始了有軌電車、單軌等新交通系統(tǒng)的建設(shè)。就供電而言，這些市域線與地鐵相比有下列顯著的不同點(diǎn):

(1)基本以高架和地面線為主，車站以高架站居多。

(2)市域線在市郊的站間距較大，有可能需要設(shè)置區(qū)間牽引變電所。

(3)新交通系統(tǒng)的客流量很小，列車長(zhǎng)度較短，各系統(tǒng)的配置也較簡(jiǎn)單，車站體量較小。

上述特點(diǎn)決定了市域線和新交通系統(tǒng)需要配置的車站配電變壓器的容量較小。一般地說(shuō)，對(duì)于6輛編組的高架車站，配置2臺(tái)250 kVA～400 kVA的配電變壓器可滿足要求;而對(duì)于車站體量更小的新交通系統(tǒng)車站，需要配置的配電變壓器容量更小。

地下區(qū)段區(qū)間牽引變電所，由于其需要承擔(dān)區(qū)間通風(fēng)等動(dòng)力負(fù)荷，實(shí)際上設(shè)計(jì)成了牽引降壓混合變電所，一般需要配置2臺(tái)250 kVA左右的配電變壓器;高架和地面區(qū)段的區(qū)間牽引變電所是真正意義上的牽引變電所，但由于牽引變電所自身需要有所用電，并兼顧少量的區(qū)間照明和維修用電，一般只需要設(shè)置2臺(tái)30 kVA～50 kVA的配電變壓器。

2 牽引變壓器和配電變壓器

在城市軌道交通的沿線和車輛段、停車場(chǎng)需要設(shè)牽引變電所，正線上的牽引變電所一般設(shè)置在車站，區(qū)間較長(zhǎng)時(shí)也可能設(shè)置區(qū)間牽引變電所;在各車站、車輛段、停車場(chǎng)、控制中心和區(qū)間風(fēng)井處需要設(shè)降壓變電所。設(shè)在同一處的牽引變電所和降壓變電所一般合建為牽引降壓混合變電所。

典型的牽引降壓混合變電所包含2臺(tái)牽引變壓器和2臺(tái)配電變壓器，每臺(tái)變壓器的高壓側(cè)需配置一面斷路器柜。正常時(shí)2臺(tái)牽引變壓器在同一母線上并聯(lián)運(yùn)行以實(shí)現(xiàn)等效24脈波整流，2臺(tái)配電變壓器在不同母線上分列運(yùn)行，互為備用。

3 牽引變壓器和配電變壓器的合并

對(duì)于小容量的配電變壓器，專門為每臺(tái)變壓器配1面斷路器柜是不經(jīng)濟(jì)的，如果中壓網(wǎng)絡(luò)的電壓是35 kV，需要配GIS柜更是一種浪費(fèi)。當(dāng)然也可以嘗試用負(fù)荷開關(guān)或熔斷器取代斷路器。本文提出將小容量的配電變壓器與牽引變壓器合并，以省下配電變壓器的斷路器柜。

(1)方案一

采用常規(guī)的牽引變壓器和小容量的配電變壓器，在外部接線上把2臺(tái)變壓器的高壓側(cè)并在一起，在配電變壓器前可串1個(gè)熔斷器(也可采用負(fù)荷開關(guān)加熔斷器的方式直接接入中壓母線，在此不討論)，如圖1左圖所示(圖中省略了隔離用的隔離開關(guān)，下同)。

圖1 牽引變壓器和配電變壓器組合接線示意

方案一有悖于變配電的常規(guī)設(shè)計(jì)，在房屋式變電所中的占地面積也不小，難以被接受。如果是箱式變電所，可采用圖1右圖所示的接線。

(2)方案二

將小容量的配電變壓器放在牽引變壓器的本體中，形成組合式牽引變壓器和配電變壓器，配電變壓器與牽引變壓器的鐵芯和線圈相互獨(dú)立，以免配電變壓器的負(fù)荷變化影響等效24脈波整流，如圖2所示。

圖2 組合式變壓器接線示意

(3)方案三

將小容量的配電變壓器放在牽引變壓器的本體中，配電變壓器共用牽引變壓器的鐵芯和一次線圈，這是一種理想的牽引變壓器和配電變壓器組合。但這種變壓器會(huì)由于配電負(fù)荷的變化而影響等效24脈波整流，隨著技術(shù)的進(jìn)步，將來(lái)也許能解決這個(gè)問(wèn)題。

4 牽引降壓混合變電所主接線方案

采用了組合式變壓器后，供電設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)該牽引降壓混合變電所的重要性采用下列之一的主接線。

(1)兩路進(jìn)線方案

市郊線和新交通系統(tǒng)以高架和地面線居多，新交通系統(tǒng)的載客量又很小。為減少供電系統(tǒng)的投資，可簡(jiǎn)化系統(tǒng)接線，牽引降壓混合變電所采用圖3所示的兩路進(jìn)線方案。

圖3 牽引降壓混合變電所兩路進(jìn)線方案示意

如圖3所示，兩路進(jìn)線實(shí)際上是一進(jìn)一出，變電所只引入一回中壓環(huán)網(wǎng)電纜，另一回電纜跨過(guò)本變電所。本接線方案只需配置2面斷路器，比常規(guī)牽引降壓混合變電所減少了5面斷路器柜。

(2)四路進(jìn)線方案

如果對(duì)本牽引降壓混合變電所的可靠性要求較高，可采用常規(guī)的四路進(jìn)線方案。

如圖4所示，四路進(jìn)線實(shí)際上是兩進(jìn)兩出，兩路中壓環(huán)網(wǎng)電纜都經(jīng)過(guò)變電所，與常規(guī)的變電所沒(méi)有區(qū)別，但它只比常規(guī)的牽引降壓混合變電所減少了1面斷路器柜，所以其意義不大。

圖4 牽引降壓混合變電所四路進(jìn)線方案示意

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著城市軌道交通向市郊和中小城市發(fā)展，會(huì)有越來(lái)越多的牽引降壓變電所只需要配置小容量的變壓器，本文提出了簡(jiǎn)化這種牽引降壓混合變電所的一種設(shè)計(jì)思路，希望能夠起到拋磚引玉的作用，減少直流牽引供電的投資。

［1］GB50157—2003 地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范［S］

［2］GB50458—2008 跨座式單軌交通設(shè)計(jì)規(guī)范［S］

［3］GB/T10228—1997 干式電力變壓器［S］