箱式變電站在鐵路供配電系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

摘要：鐵路供配電系統(tǒng)具有一定的特殊性，對(duì)鐵路安全運(yùn)行影響重大。箱式變電站符合現(xiàn)代鐵路建設(shè)的需要，將其應(yīng)用于鐵路供配電系統(tǒng)中，可以借助其自動(dòng)化、智能化的優(yōu)勢(shì)，提升鐵路供配電系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，因此在鐵路供配電系統(tǒng)中應(yīng)用箱式變電站具有重要意義。文章對(duì)箱式變電站在鐵路供配電系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：箱式變電站；鐵路供配電系統(tǒng)；鐵路運(yùn)行；鐵路建設(shè)；穩(wěn)定性 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TM633 文章編號(hào)：1009-2374（2016）18-0049-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.18.025

1 概述

在我國(guó)的現(xiàn)代化建設(shè)中，鐵路發(fā)揮著不可替代的重要作用。鐵路的安全運(yùn)行離不開(kāi)電力的保障。因此，在現(xiàn)代鐵路建設(shè)過(guò)程中，供配電系統(tǒng)是施工設(shè)計(jì)時(shí)必須要著重考慮的一項(xiàng)內(nèi)容。新時(shí)期背景下，鐵路供配電系統(tǒng)應(yīng)重視不斷提高運(yùn)行的可靠性以及供電能力，為鐵路安全提供保障。而箱式變電站的應(yīng)用，正是滿足此項(xiàng)要求的重要一步。

2 鐵路供配電系統(tǒng)中的箱式變電站

2.1 箱式變電站

箱式變電站簡(jiǎn)稱(chēng)為箱變，本質(zhì)上是變配電成套設(shè)備，其中的電氣設(shè)備與變壓器、配電裝置是根據(jù)特定接線方案排成一體的。簡(jiǎn)單來(lái)講，箱變主要分為三個(gè)部分：第一，高壓室。這部分主要包括避雷器以及負(fù)荷開(kāi)關(guān)、熔斷器等，功能主要體現(xiàn)在停送電和短路保護(hù)等方面；第二，低壓室。這一部分主要包括電流表以及斷路器等設(shè)備；第三，變壓器室。為了達(dá)到防曬和防輻射的目的，這部分的結(jié)構(gòu)通常為雙層夾板式，四周和頂板建設(shè)時(shí)需分別用到隔熱材料、空氣墊。并且為了防止設(shè)備過(guò)熱，變壓器室還需要經(jīng)常進(jìn)行通風(fēng)以達(dá)到散熱目的。為了降低外部環(huán)境對(duì)設(shè)備的影響，變壓器室內(nèi)一般還會(huì)采取一些有針對(duì)性的措施，以分別達(dá)到去濕目的和防凝目的。

2.2 箱變具有的優(yōu)勢(shì)

對(duì)于箱變的優(yōu)勢(shì)，本文認(rèn)為可以結(jié)合其功能特點(diǎn)進(jìn)行分析?？傮w來(lái)講，箱變的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在下述五項(xiàng)：第一，自動(dòng)化。箱變的整體設(shè)計(jì)具有明顯的自動(dòng)化特征，尤其是保護(hù)系統(tǒng)，其中分散安裝的各項(xiàng)裝置，支持“四遙”功能，不僅能夠遠(yuǎn)程設(shè)置運(yùn)行參數(shù)，還可以監(jiān)控相應(yīng)的圖像；第二，工廠預(yù)制。箱變中所用設(shè)備的安裝與調(diào)試均在工廠中進(jìn)行，因此其建設(shè)過(guò)程具有工廠化特征，除了設(shè)計(jì)制造耗時(shí)大為縮短之外，現(xiàn)場(chǎng)安裝也十分方便。通常來(lái)講，箱變安裝耗時(shí)一般不會(huì)超過(guò)8天；第三，能夠靈活組合。箱變結(jié)構(gòu)非常緊湊，其中的各個(gè)箱就相當(dāng)于一個(gè)個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，并且箱變組合形式并不固定，可結(jié)合具體需要進(jìn)行自由組合；第四，效益高。結(jié)合箱變應(yīng)用的實(shí)際情況來(lái)講，其投資僅為同等規(guī)模一般變電所的一半左右，再加上其中應(yīng)用了大量先進(jìn)設(shè)備，運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題的幾率大為降低，減輕了維護(hù)負(fù)擔(dān)。以無(wú)油設(shè)備為例，在維護(hù)工作中無(wú)需考慮滲漏問(wèn)題，同時(shí)，還可采取狀態(tài)檢修法，在一定程度上減少了維護(hù)任務(wù)；第五，占地少。箱變中的配電裝置大多位于箱體內(nèi)部，再加上設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行了合理優(yōu)化，縮短了絕緣距離，故其整體所占空間也大為減小。除了以上優(yōu)勢(shì)之外，箱變還具有外形優(yōu)勢(shì)，可與多種環(huán)境保持色彩協(xié)調(diào)，視覺(jué)效果比較好。

3 箱式變電站在鐵路供配電系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

3.1 應(yīng)用意義

對(duì)于我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展來(lái)講，鐵路的功能就相當(dāng)于人體的動(dòng)脈。鐵路運(yùn)行需要以正常供電作為支撐，因而供配電系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)是鐵路安全的基本保障。現(xiàn)代運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展中，鐵路建設(shè)是完善交通網(wǎng)的重要舉措。在這個(gè)過(guò)程中，必須重視供配電系統(tǒng)的作用，在設(shè)計(jì)和施工階段，也要以保障供電能力與配電安全為指導(dǎo)，做好相應(yīng)的設(shè)備選擇與安裝工作。結(jié)合實(shí)際來(lái)講，我國(guó)鐵路負(fù)荷大多具有兩項(xiàng)特點(diǎn)：第一，沿線分布、容量不大；第二，一級(jí)負(fù)荷普遍要求穩(wěn)定供電?？紤]到此項(xiàng)現(xiàn)實(shí)，在鐵路建設(shè)階段，就要格外重視相關(guān)設(shè)施的選用。鐵路傳統(tǒng)的配電設(shè)施以土建變電房為主，目前已經(jīng)不能滿足鐵路供配電工作的要求。設(shè)備也開(kāi)始顯現(xiàn)出明顯的滯后性，再加上容量普遍不大、維護(hù)任務(wù)重，滿足用電需要的程度偏低。與此相比，箱式變電站不僅擁有更出色的成套性，供電質(zhì)量也更高，因此將其應(yīng)用于鐵路供配電系統(tǒng)中，對(duì)于滿足鐵路用電要求具有極為重要的作用。本文結(jié)合我國(guó)某鐵路工程的施工設(shè)計(jì)方案，對(duì)箱變?cè)谄涔┡潆娤到y(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析。

3.2 具體應(yīng)用

3.2.1 站場(chǎng)供電方面。該鐵路中的車(chē)站信號(hào)供電設(shè)計(jì)方案為雙路供電，供電責(zé)任由箱變承擔(dān)，其一路電源引入貫通電源，另一路引入自閉電源。為滿足實(shí)際要求，此次選擇的箱變?yōu)榉?0kV電源系統(tǒng)的類(lèi)型，其能夠?qū)崿F(xiàn)開(kāi)關(guān)柜與變壓器等設(shè)備的科學(xué)組合，將其安裝于線路附近，除了可防止干擾之外，還可以實(shí)現(xiàn)電源監(jiān)控以及故障分段，借助其中的RTU終端能夠?qū)㈤_(kāi)關(guān)參數(shù)和信號(hào)電源接入遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)，這樣便可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。該方案中，數(shù)據(jù)通道設(shè)計(jì)為鐵通光纜，在此種情況下，調(diào)度站就能夠以環(huán)引法與被控站進(jìn)行通信，主控站就能夠綜合配電系統(tǒng)中的各項(xiàng)參數(shù)值進(jìn)行用電的合理調(diào)度，有效地保證了調(diào)度的統(tǒng)一性與科學(xué)性。

車(chē)站設(shè)備用電以及照明用電等均由綜合箱變供給，其變壓器為100kVA，高壓側(cè)與貫通電源相接，系統(tǒng)方案見(jiàn)圖1：

圖1 綜合箱變高壓系統(tǒng)接線示意圖

3.2.2 區(qū)間供電方面。該工程中包括一條隧道，依照現(xiàn)行規(guī)定，隧道若達(dá)到一定長(zhǎng)度（直線隧道達(dá)到1km、彎曲隧道達(dá)到0.5km）就必須設(shè)計(jì)固定照明。該工程依照上述要求進(jìn)行了照明設(shè)計(jì)，同時(shí)為了確保后期維護(hù)能夠正常進(jìn)行，還在隧道內(nèi)設(shè)計(jì)了相應(yīng)的插座箱；為了避免設(shè)備過(guò)熱，其中還設(shè)計(jì)了相應(yīng)的排風(fēng)設(shè)施，確保強(qiáng)制排風(fēng)能夠順利展開(kāi)。上文所述負(fù)荷點(diǎn)均布設(shè)于隧道內(nèi)部，箱變安裝于預(yù)留洞口中。此種設(shè)計(jì)具有緊湊特征，很好地發(fā)揮了箱變的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)柜以及變壓器等設(shè)施的有效組合。

具體來(lái)講，該隧道長(zhǎng)度為16km，符合照明設(shè)計(jì)的長(zhǎng)度要求，其中的箱變電壓為10kV；強(qiáng)制排風(fēng)設(shè)備為排風(fēng)機(jī)，其電源為布設(shè)于隧道兩端入口處的35kV箱變。變電站所有的高壓設(shè)備均布設(shè)于集裝箱中，同時(shí)全部集裝箱一字排開(kāi)。箱頂結(jié)構(gòu)為隔層氣樓式，通風(fēng)口設(shè)置在箱體底部，以確保正常散熱能夠順利實(shí)現(xiàn)，避免電氣設(shè)備過(guò)熱引發(fā)安全事故。該工程中使用的設(shè)備以干式設(shè)備為主，再加上真空斷路器，系統(tǒng)處于無(wú)油運(yùn)行的狀況下。此種模式下，不會(huì)再出現(xiàn)設(shè)備滲漏問(wèn)題，相應(yīng)的停電檢修也可以省略掉，使得檢修工作的負(fù)擔(dān)大為減輕，系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)故障的幾率大大降低。另外，箱體中設(shè)置的報(bào)警和監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)圖像與信號(hào)的實(shí)時(shí)傳送，這樣一來(lái)，實(shí)際的運(yùn)行情況隨時(shí)都處于監(jiān)控之下，一旦發(fā)生火災(zāi)，就可以第一時(shí)間被發(fā)現(xiàn)和處理，火災(zāi)蔓延等事故惡化情況的發(fā)生率將會(huì)大大降低。

在二次設(shè)備方面，此次設(shè)計(jì)中選擇了危機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)，并進(jìn)行了分散布置。這樣一來(lái)，系統(tǒng)將可以實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能以及遙控功能的集中，有助于積極作用及優(yōu)勢(shì)的充分發(fā)揮。裝置機(jī)箱成型方式為整版模壓，不僅結(jié)構(gòu)相對(duì)緊湊、抗震性能優(yōu)越，還具有良好的密封性和杰出的抗干擾能力，優(yōu)勢(shì)十分突出。

綜合來(lái)講，該設(shè)計(jì)方案中無(wú)論是設(shè)備選擇，還是布置方式，均有助于運(yùn)維成本的降低，尤其是顯著的自動(dòng)化優(yōu)勢(shì)，使得鐵路電力系統(tǒng)的運(yùn)行更加可靠，效益也更高。

4 結(jié)語(yǔ)

進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)鐵路的重要性日益突出，與施工技術(shù)不斷提升相對(duì)應(yīng)的是鐵路工程建設(shè)水平的提高。供配電系統(tǒng)直接關(guān)系到鐵路交通網(wǎng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，其是否可靠、穩(wěn)定與國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著難以分割的聯(lián)系。在這樣的情況下，我國(guó)的鐵路建設(shè)中除了要保證鐵路修筑質(zhì)量之外，還要重視電力系統(tǒng)的完善與優(yōu)化，以自動(dòng)化、智能化水平的提升，帶動(dòng)電力系統(tǒng)運(yùn)行安全性的提高。箱式變電站具有十分顯著的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用于鐵路供配電系統(tǒng)中，能夠減輕不利因素對(duì)電氣設(shè)備及電力運(yùn)行的影響，對(duì)于鐵路供配電系統(tǒng)運(yùn)行效益的提高具有明顯的推動(dòng)作用。本文結(jié)合某鐵路工程實(shí)例，對(duì)箱式變電站在鐵路供配電系統(tǒng)中應(yīng)用的可行性、優(yōu)勢(shì)、應(yīng)用策略、效果均進(jìn)行了簡(jiǎn)要闡述，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)鐵路工程的建設(shè)提供參考。

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作者簡(jiǎn)介：張偉（1983-），男，河北滄州人，中鐵二十三局集團(tuán)電務(wù)工程有限公司中級(jí)工程師，研究方向：鐵路工程。

（責(zé)任編輯：蔣建華）