淺談PASS設備在鐵路牽引變電所改造中的應用

鄭勵耘

(中鐵第五勘查設計院集團有限公司四電設計院，北京 102600)

1 引言

目前我國普速鐵路的牽引變電所中采用110kV的PASS設備較少，主要由于PASS設備屬于組合電氣設備，而且引入國內(nèi)時間較晚，在鐵路系統(tǒng)中缺少長期的運行經(jīng)驗，但由于其在中國電力行業(yè)中具有較多、較長的成功運營經(jīng)驗因此使其有在鐵路系統(tǒng)中進行推廣的可能性。

傳統(tǒng)鐵路牽引變電所110kV設備一般采用單體室外中式布置方式，此種方式的最大優(yōu)勢就是運營單位對傳統(tǒng)變電所的維護管理已經(jīng)有豐富的經(jīng)驗，且投資較低;后來由于高速鐵路在中國的興起，高鐵牽引變電所內(nèi)采用GIS組合電氣設備越來越普遍，其先進的設計理念，占地空間的大幅度減少以及極低的故障率和極少的免維護性令人印象深刻，但其一次投資的高昂費用使其在鐵路建設中得不到大幅度推廣。PASS設備擁有GIS設備的全部優(yōu)點同時投資又低，結(jié)合本工程的實際情況，作者認為其具備在本項目中推薦使用的必要因素。

2 既有牽引變電所情況簡介

本工程地處我國西北，位于甘肅、內(nèi)蒙、寧夏三省交界地區(qū)，周邊環(huán)境以沙漠、戈壁為主且人煙稀少。線路通過地區(qū)為典型的大陸性干旱和半干旱氣候。以干燥少雨，多風沙，夏季炎熱，冬季寒冷多風，晝夜、四季溫差大，降雨稀少而集中，蒸發(fā)強烈為特征。既有電氣化鐵路自1996年11月開通至今已運營將近20年，設備嚴重老化。由于氣候原因，所內(nèi)既有110kV設備采用室內(nèi)雙層布置方式，設備、母線、連接線等布置十分密集，很不利于檢修和污穢清理，部分設備甚至多年未曾維護。既有變電所110kV高壓室布置情況如圖1所示。

3 PASS設備簡介

圖1

PASS設備(Plug And Switch System，接插式開關(guān)電器)是一種介于常規(guī)空氣絕緣開關(guān)設備(AIS)和氣體絕緣開關(guān)設備(GIS)之間的新型戶外封閉式組合電器。它以GIS技術(shù)為基礎(chǔ)，將一個開關(guān)間隔所有必要的功能如斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、電流互感器等全部集成在同一個充滿SF6氣體的封閉金屬(鑄鋁)罩殼中作為一個模塊，并且根據(jù)變電所的接線要求，裝上2只或3只套管。通過絕緣套管與變電所母線和進出線相連接，每相為獨立支架。3相PASS模塊組件即相當于一個完整高壓間隔，除母線外其他帶電設備全部封閉組裝。PASS也可理解為“Performance And Save Space”，即“優(yōu)越的性能并節(jié)省空間”。PASS設備的主要優(yōu)點:

(1)占地面積，土建基礎(chǔ)工作量，對地質(zhì)的要求均較小。

(2)施工時間施工難度，檢修難度，維護工作量均較小。

(3)投資成本，運行成本均較小，可靠性較高。

(4)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、可靠性高、安裝維護簡便。從PASS的上述優(yōu)點來看，既吸收了GIS與AIS的成功運行經(jīng)驗，又解決了GIS由于集成度過高帶來的負面影響以及AIS由于面積過大而在老站改造和新建變電站帶來的諸多問題，并且更能符合減少投資、節(jié)能降耗和環(huán)保的要求。從國際、國內(nèi)的變電站發(fā)展趨勢來看，利用PASS對變電站進行改造和建設不失為一種最佳選擇。

4 既有牽引變電所110kV側(cè)設備改造方案比選

前提條件:既有牽引變電所目前正在為鐵路供電，因此要求所內(nèi)的設備改造不能影響其正常的供電能力。既有設備需全部拆除，全所停電只有天窗時間。既有110kV高壓室需要為10kV配電所提供部分空間實現(xiàn)合建。

關(guān)于既有牽引變電所110kV側(cè)改造方案的研究，本人結(jié)合當前國內(nèi)普通牽引變電所110kV側(cè)設備布置方案，目前考慮有如下三個可行方案:

(1)110kV側(cè)采用PASS設備。

維持既有110kV側(cè)設備房屋不變，拆除110kV側(cè)所有既有設備，更換為PASS設備，房屋布置方式由兩層布置改為一層布置。

(2)110kV側(cè)采用GIS設備。

維持既有110kV側(cè)設備房屋不變，拆除110kV側(cè)所有既有設備，更換為GIS設備，房屋布置方式由兩層布置改為一層布置。

(3)110kV側(cè)維持既有室內(nèi)布置只更換對應設備。

維持既有110kV側(cè)設備房屋不變，維持既有設備布置方式不變，僅更換所有110kV側(cè)設備。

上述三個方案的優(yōu)劣詳見表1。

表1 牽引變電所110kV側(cè)改造方案經(jīng)濟技術(shù)比較表

注:案一與方案二的布置方式詳見下圖。

圖2 方案一:PASS布置方式

圖3 方案二:GIS布置方式

4 總結(jié)

方案三除了在經(jīng)濟方面優(yōu)于方案一、二在其他各方面均存在種種不足，考慮到本線的特殊實際情況及運營管理部門反映的實際問題，本次設計不建議繼續(xù)維持采用室內(nèi)敞開式布置方式。方案二與方案一比較，PASS比GIS的集成程度更靈活，安裝更加方便，且經(jīng)濟優(yōu)勢明顯。雖然PASS在鐵路領(lǐng)域的運行經(jīng)驗不如GIS，但考慮其在電力系統(tǒng)中的運營穩(wěn)定性，并結(jié)合本工程的實際情況其安裝方面占地面積小、投資低等優(yōu)點均十分符合本工程實際需要，因此經(jīng)過綜合技術(shù)經(jīng)濟比較本次設計推薦方案一即110kV側(cè)設備采用PASS組合電器布置方案。

[1]TB10009－2005鐵路電力牽引供電設計規(guī)范[S].

[2]PASS與GIS、AIS的綜合比較報告[R].

[3]電氣工程設計手冊－電氣一次部分[M]中國電力出版社..