有軌電車(chē)箱式牽引變電站的方案結(jié)構(gòu)優(yōu)化

劉平晉崇奇陳勝偉由恒遠(yuǎn)張偉

（1.云南建工集團(tuán)有限公司 2.青島特銳德電氣股份有限公司）

有軌電車(chē)箱式牽引變電站的方案結(jié)構(gòu)優(yōu)化

劉平1晉崇奇1陳勝偉1由恒遠(yuǎn)2張偉2

（1.云南建工集團(tuán)有限公司 2.青島特銳德電氣股份有限公司）

箱式牽引變電所已經(jīng)成為了有軌電車(chē)牽引供電的首選，但是目前箱式牽引存在諸多的問(wèn)題。本文通過(guò)分析現(xiàn)有設(shè)備的問(wèn)題，提出了10kV電源系統(tǒng)優(yōu)化，箱變整體布置優(yōu)化，箱變工廠內(nèi)完成調(diào)試，箱變內(nèi)系統(tǒng)接地優(yōu)化，微正壓的環(huán)境控制，全銅排的連接設(shè)計(jì)，箱柜一體化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，箱變與環(huán)境和諧統(tǒng)一的外觀噴繪設(shè)計(jì)等方案和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，完善了箱式牽引所在軌道交通行業(yè)的應(yīng)用，為其快速健康發(fā)展的提供有力保障。

箱式牽引變電站；系統(tǒng)優(yōu)化；箱變布置

0 引言

有軌電車(chē)牽引變電站的功能是提供有軌電車(chē)牽引供電和相應(yīng)車(chē)站的信號(hào)供電等。如果采用常規(guī)的土建式牽引變電站，一直存在造價(jià)高、選址難、建設(shè)周期長(zhǎng)、維護(hù)接口復(fù)雜等問(wèn)題，土建變電站無(wú)法滿(mǎn)足當(dāng)前城市軌道交通快速發(fā)展的需求［1］。自天津新區(qū)項(xiàng)目采用箱式變電站后，青島城陽(yáng)、江蘇淮安、云南紅河自治州等地也均用采用箱式牽引變電站（簡(jiǎn)稱(chēng)“箱式牽引站”）替代了原先的土建變電站方案。為了有軌電車(chē)行業(yè)的健康快速發(fā)展，急需對(duì)箱式牽引站的方案和結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)，使其完美替代土建變電站。本文通過(guò)分析箱式牽引站存在的問(wèn)題，對(duì)箱式牽引站的方案和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析優(yōu)化。

1 箱式牽引站現(xiàn)狀分析

國(guó)內(nèi)箱式牽引站主要是借鑒上海市莘崗線和共和新路工程中的美國(guó)POWELL公司生產(chǎn)的箱式牽引變電站的方案和結(jié)構(gòu)，配置國(guó)產(chǎn)化設(shè)備的方案進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造。其應(yīng)用中主要存在尺寸過(guò)大，選型設(shè)備尺寸過(guò)大，運(yùn)輸成本過(guò)高，箱體內(nèi)部溫度控制效果不佳，箱體內(nèi)部連線過(guò)多過(guò)復(fù)雜等問(wèn)題［2-3］。為了進(jìn)一步完善箱式牽引站的功能，需要其在尺寸小巧，防護(hù)等級(jí)高，溫控可靠，集成高效完善等方面進(jìn)一步完善。

2 箱式牽引站優(yōu)化方案

本文針對(duì)目前箱式牽引站的幾個(gè)問(wèn)題，對(duì)做了以下的功能和方案的完善。主要有10kV電源系統(tǒng)優(yōu)化，箱變整體布置優(yōu)化，箱變工廠內(nèi)完成調(diào)試，箱變內(nèi)系統(tǒng)接地優(yōu)化，有微正壓的環(huán)境控制，全銅排的連接設(shè)計(jì)，箱柜一體化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，箱變與環(huán)境和諧統(tǒng)一的外觀噴繪設(shè)計(jì)。

2.1 10kV電源系統(tǒng)優(yōu)化

10kV電源系統(tǒng)采用單環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)，主要設(shè)備為充氣環(huán)網(wǎng)柜。本方案主要優(yōu)勢(shì)有：①目前在現(xiàn)有的城市電網(wǎng)規(guī)劃中，給有軌電車(chē)提供一條專(zhuān)用線路是比較困難的。而有軌電車(chē)供電可靠性要求比地鐵要求低，比公交要求相相對(duì)高，因此選用對(duì)接入條件要求不太苛刻的單環(huán)網(wǎng)接入，采用單環(huán)網(wǎng)接入系統(tǒng)滿(mǎn)足有軌電車(chē)二級(jí)負(fù)荷的供電要求，同時(shí)解決了電源點(diǎn)的選擇問(wèn)題，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件選擇6km左右一個(gè)接入點(diǎn)［4］。②前期幾個(gè)項(xiàng)目主要選擇是中置式空氣絕緣柜，嚴(yán)重影響箱變整體的布置結(jié)構(gòu)，而城市電網(wǎng)一般短路電流不超過(guò)10kA，因此本項(xiàng)目根據(jù)系統(tǒng)開(kāi)斷要求和電流要求，選用充氣環(huán)網(wǎng)柜，尺寸小巧，完全免維護(hù)，便于安裝在箱式變電站內(nèi)。③軌道交通設(shè)備系統(tǒng)之間存在需要安全的連鎖，常規(guī)保護(hù)裝置很難滿(mǎn)足復(fù)雜邏輯調(diào)試，因此本系統(tǒng)選用可編程繼電保護(hù)裝置，方便與系統(tǒng)其他單元實(shí)現(xiàn)連鎖控制。

2.2 箱變整體布置優(yōu)化

箱變整體布置主要滿(mǎn)足系統(tǒng)電氣可靠性的基礎(chǔ)上，針對(duì)有軌電車(chē)牽引供電系統(tǒng)的特點(diǎn)，箱式變電站總體尺寸為3.4m×13 m×2.8m［3］，主要的優(yōu)勢(shì)有：①現(xiàn)有的大尺寸箱變最大的問(wèn)題是檢修門(mén)開(kāi)門(mén)過(guò)多，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和密封性不能保證，因此本項(xiàng)目在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度配置合理的情況下，設(shè)置全站可打開(kāi)前后門(mén)檢修，方便安裝維護(hù)。②常規(guī)設(shè)計(jì)為了充分利用箱變內(nèi)部空間，箱變內(nèi)部只設(shè)置一個(gè)檢修門(mén)，存在安全隱患，本項(xiàng)目通過(guò)合理布置，站內(nèi)兩個(gè)檢修門(mén)，且設(shè)置應(yīng)急逃生鎖，站內(nèi)檢修巡視通道最窄處1.5m以上，檢修維護(hù)安全方便，尤其是利于危險(xiǎn)時(shí)逃生。③箱變內(nèi)部設(shè)置貫通的檢修維護(hù)通道，在檢修維護(hù)通道內(nèi)可以觀測(cè)所有站內(nèi)設(shè)備，給后期設(shè)備運(yùn)維提供了方便。④變壓器為故障后對(duì)其他設(shè)備影響最大的元件，因此本項(xiàng)目設(shè)置獨(dú)立的變壓器間隔，且完全獨(dú)立于箱體內(nèi)其他單元，防止事故擴(kuò)大，安全可靠。⑤滿(mǎn)足運(yùn)輸極限要求，超過(guò)運(yùn)輸極限后運(yùn)費(fèi)將大幅增加，如4m×16m×3.2m的箱體從南京運(yùn)輸?shù)交窗布s180km花費(fèi)5萬(wàn)運(yùn)輸成本，因此本項(xiàng)目布置方案采用3.4m的箱體總寬度，整體13m以下的箱體長(zhǎng)度，便于運(yùn)輸，解決以前常規(guī)大箱體不方便運(yùn)輸?shù)膯?wèn)題。

2.3 箱變工廠內(nèi)完成調(diào)試

箱變工廠內(nèi)調(diào)試，箱變安裝檢驗(yàn)后，相關(guān)的聯(lián)調(diào)和通訊調(diào)試工作，在公司內(nèi)完成。解決的主要問(wèn)題：①調(diào)試工作效率高，調(diào)試工作質(zhì)量高。②提前安排調(diào)試接口工作，提高接口調(diào)試的成功率。

2.4 箱變內(nèi)系統(tǒng)接地優(yōu)化箱變內(nèi)接地系統(tǒng)優(yōu)化，將系統(tǒng)接地和保護(hù)接地完全分開(kāi)，保證了人員和設(shè)備安全。主要方案是：箱變內(nèi)系統(tǒng)接地和防雷接地獨(dú)立連接一體，引至基礎(chǔ)內(nèi)系統(tǒng)接地體。低壓柜與環(huán)網(wǎng)柜系統(tǒng)接地在箱變內(nèi)連接至基礎(chǔ)內(nèi)接地系統(tǒng)接地銅排；所用變壓器中性點(diǎn)、直流柜內(nèi)避雷器接地和框架泄露電流獨(dú)立組網(wǎng)后，引內(nèi)接地系統(tǒng)接地銅排。箱變內(nèi)保護(hù)接地與箱體外殼等電位連接，箱體外殼與地網(wǎng)獨(dú)立連接，保證箱體外殼的整體電壓滿(mǎn)足人體安全條件。

2.5 微正壓的環(huán)境控制

圖1 箱變布置方案

微正壓環(huán)境控制，箱變內(nèi)部設(shè)置具有微正壓功能的精密工業(yè)空調(diào)作為環(huán)境控制的主要設(shè)備［5］。主要優(yōu)勢(shì)有：①根據(jù)箱體安裝位置和箱變內(nèi)部外部冷熱負(fù)荷情況，計(jì)算空調(diào)容量配置，環(huán)境控制恒溫20～25℃。②采用微正壓技術(shù)，箱體內(nèi)部正壓50Pa左右，保證外部灰塵不侵入箱體內(nèi)部，確保箱體內(nèi)環(huán)境無(wú)塵，減少維護(hù)工作量。③內(nèi)外機(jī)一體化設(shè)計(jì)，與箱變結(jié)構(gòu)和諧統(tǒng)一，無(wú)室外掛機(jī)，更加安全防盜、美觀。④采用箱體全風(fēng)道覆蓋設(shè)計(jì)，優(yōu)化箱體內(nèi)部的溫度場(chǎng)，保證箱體內(nèi)部環(huán)境溫度均勻。

圖2 微正壓示意圖

2.6 全銅排的連接設(shè)計(jì)

銅排代替電纜連接，原先箱變內(nèi)部整流變壓器與整流器，整流器與直流開(kāi)關(guān)柜以及直流開(kāi)關(guān)柜之間均采用電纜連接，大概有36根，本項(xiàng)目全部取消低壓一次電纜。本方案主要優(yōu)勢(shì)有：①大大減少電纜施工量，大大降低施工難度。②減少設(shè)計(jì)院工作量，優(yōu)化箱變內(nèi)部設(shè)計(jì)。③降低箱體整體高度，降低箱體臺(tái)階高度，更加美觀。

2.7 箱柜一體化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

箱柜一體化設(shè)計(jì)，本方案是將箱體與柜體通過(guò)絕緣和非絕緣的連接，整體箱變內(nèi)部柜體之間，柜體與箱體之間聯(lián)成一體。主要優(yōu)勢(shì)有：①箱體結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，整體基本統(tǒng)一震動(dòng)頻率，抗震能力強(qiáng)。②箱體內(nèi)部所有設(shè)備渾然一體，內(nèi)部結(jié)構(gòu)美觀協(xié)調(diào)。③箱體內(nèi)部各種連線便于隱藏，工藝性強(qiáng)。圖3為箱柜一體化系統(tǒng)示意圖。

圖3 箱柜一體化效果圖

2.8 箱變與環(huán)境和諧統(tǒng)一

箱變與環(huán)境和諧統(tǒng)一，由于有軌電車(chē)通常安裝在主干道的兩側(cè)或中央，直接與綠化帶相陪襯，如果箱體設(shè)計(jì)過(guò)于粗糙，過(guò)于工業(yè)化，與美好的自然環(huán)境就顯得格格不入，尤其是在風(fēng)景區(qū)等對(duì)環(huán)境美觀程度要求高的地方。本項(xiàng)目根據(jù)當(dāng)?shù)氐娜宋沫h(huán)境特點(diǎn)經(jīng)過(guò)與社會(huì)各方面收集，最終確定了梯田為主體，體現(xiàn)少數(shù)民族特色的外觀噴繪方案。見(jiàn)圖4紅河自治州有軌電車(chē)箱變外觀圖。

圖4 紅河自治州有軌電車(chē)有軌電車(chē)箱變外觀

3 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有箱式牽引站的研究，對(duì)系統(tǒng)和箱體方案提出了多處改進(jìn)，箱體具有“8防2抗”性能（防雨、防凝露、防滲漏、防腐蝕、防塵、防鹽霧、防小動(dòng)物、防盜、抗沖擊、抗震），內(nèi)部設(shè)備采用緊湊式的布置方式,在工廠完成箱體組裝、設(shè)備安裝、接線、試驗(yàn)、調(diào)試等工作，箱體連同設(shè)備整體運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)安裝后即可開(kāi)通送電。箱變?cè)诩t河自治州項(xiàng)目中應(yīng)用，得到了多方好評(píng)。

［1］曹京學(xué).箱式牽引變電所在軌道交通供電系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.電氣技術(shù)，2006（10）：52.

［2］李虎，陳秀芳，李昕，吳命利.現(xiàn)代有軌電車(chē)牽引供電系統(tǒng)技術(shù)方案探討［J］.城市軌道交通，2015（5）：44-47.

［3］王開(kāi)康，城市軌道交通箱式牽引變電所應(yīng)用研究［D］.成都：西南交通大學(xué)，2008.

［4］盛蓉蓉，現(xiàn)代有軌電車(chē)工程中箱式牽引變電所的應(yīng)用及優(yōu)化［J］.城市軌道交通研究，2015（10）：112-116.

［5］高美金，傅旭華.標(biāo)準(zhǔn)配送式變電站的特點(diǎn)與建設(shè)［J］.浙江電力，2014（3）.

2016-06-28）