高速鐵路牽引變電所常見設(shè)計(jì)、施工問題研究

唐德銀

（中國(guó)鐵建電氣化局集團(tuán)第五工程有限公司，四川 成都 610091）

高速鐵路配套建設(shè)的牽引供電系統(tǒng)主要包括牽引變電所、牽引網(wǎng)以及電力機(jī)車。其中，牽引變電所承擔(dān)著降壓、分相的功能，為牽引機(jī)車供應(yīng)電能。建設(shè)牽引變電所，主要包括兩部分施工內(nèi)容，一部分是建筑施工相關(guān)內(nèi)容，另一部分是安裝調(diào)試各項(xiàng)電氣設(shè)備的施工內(nèi)容。牽引變電所的建設(shè)施工質(zhì)量對(duì)各項(xiàng)電氣設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量具有決定性影響。為保障各項(xiàng)電氣設(shè)備的穩(wěn)定可靠運(yùn)行，減少故障，要從根源上重視牽引變電所的設(shè)計(jì)施工，確保牽引變電所的建設(shè)施工質(zhì)量。

1 牽引變電所建筑工程設(shè)計(jì)施工存在的問題

牽引變電所主要包括以下建筑工程：各類隱蔽工程，包括敷設(shè)地網(wǎng)和配設(shè)接地裝置、防腐處理等；房屋土建涉及的各類支柱基礎(chǔ)施工。牽引變電所包含的各類建筑工程在設(shè)計(jì)施工方面存在的問題如下：（1）設(shè)備接地線存在嚴(yán)重腐蝕的不良現(xiàn)象。究其原因，未能采取全面有效的措施對(duì)設(shè)備接地線實(shí)施防腐處理，導(dǎo)致一些設(shè)備接地線遭到嚴(yán)重腐蝕；未能針對(duì)銅鋁接觸面實(shí)施有效的搪錫處理，導(dǎo)致搭接面形成電腐蝕。（2）受工期、建材等因素影響，房屋建筑和各項(xiàng)設(shè)備基礎(chǔ)缺乏足夠的強(qiáng)度，其支柱發(fā)生傾斜、墻體形成開裂，甚至發(fā)生倒塌。（3）房屋建筑和電纜井發(fā)生滲漏。電纜溝容易形成嚴(yán)重的積水，房屋建筑容易形成嚴(yán)重滲漏。究其原因，在壘砌修筑電纜溝時(shí)，未能嚴(yán)密封堵電纜口，導(dǎo)致電纜溝灌水形成嚴(yán)重積水。屋頂缺乏足夠的坡度，難以快速將積水排出，在冬季，部分地區(qū)屋頂積水還會(huì)結(jié)冰，進(jìn)而將排水口堵住，導(dǎo)致屋面發(fā)生滲漏。未能做好防水相關(guān)處理，僅將防水涂料涂刷在電纜溝內(nèi)側(cè)，未對(duì)外側(cè)涂刷防水涂料，縮短防水壽命，引發(fā)嚴(yán)重漏水。季節(jié)、溫度等因素變化，會(huì)對(duì)屋面產(chǎn)生不良影響，引發(fā)屋面變形，產(chǎn)生裂縫，進(jìn)而形成滲漏。（4）沿線設(shè)置的變配電亭未能設(shè)計(jì)配置生活用水供應(yīng)系統(tǒng)。高速鐵路沿線設(shè)置的供電設(shè)備，普遍采用遠(yuǎn)程操控設(shè)計(jì)，其運(yùn)行無須派人值守。因此，在設(shè)計(jì)之初，未配置生活用水供應(yīng)系統(tǒng)。但開通運(yùn)行變配電亭的初期，各項(xiàng)設(shè)備處于運(yùn)行過渡的階段，需要安排相關(guān)人員值守。設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定后，每年度均需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)清掃，這些活動(dòng)的開展均需要對(duì)之供應(yīng)生活用水。變配電亭未設(shè)計(jì)配置生活用水供應(yīng)系統(tǒng)，即對(duì)上述活動(dòng)的開展造成阻礙。（5）變配電亭附近道路存在的問題。高速鐵路的線路選址通常會(huì)規(guī)避主要干路和居民區(qū)，以減少拆遷補(bǔ)償耗費(fèi)的成本。牽引變電所普遍設(shè)置于高速鐵路沿線，通常盡量對(duì)供電電纜的實(shí)際長(zhǎng)度進(jìn)行縮短，降低電纜被破壞的概率。對(duì)此，牽引變電所通常在距離公路較遠(yuǎn)的地方建設(shè)。在安裝各項(xiàng)設(shè)備期間，施工單位通常臨時(shí)鋪設(shè)砂石路，用于將相關(guān)物資運(yùn)送至場(chǎng)地。進(jìn)入牽引變電所的道路長(zhǎng)期承受重載運(yùn)輸，臨時(shí)鋪設(shè)的砂石路被破壞殆盡，加上各類惡劣天氣，諸如雨、雪的影響，導(dǎo)致進(jìn)入牽引變電所的道路泥濘難行，各類車輛難以進(jìn)入牽引變電所。

2 牽引變電所電氣設(shè)備安裝工程存在的問題

牽引變電所涉及的安裝電氣設(shè)備的相關(guān)工程包括：在室內(nèi)、室外安裝一次高壓設(shè)備和二次高壓設(shè)備、安裝調(diào)試二次系統(tǒng)綜自系統(tǒng)、安裝調(diào)試遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)等。上述工程存在的問題如下：（1）負(fù)責(zé)安裝電氣設(shè)備的工作人員缺乏較高的技術(shù)水平和綜合素質(zhì)，在安裝過程中未能嚴(yán)格遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。牽引變電所需安裝多個(gè)廠家的不同設(shè)備（220kV 隔離開關(guān)、220kV 斷路器、牽引變壓器、27.5kV 高壓開關(guān)柜、27.5kV 斷路器、27.5kV 隔離開關(guān)、交直流屏柜、綜自保護(hù)屏等），不同設(shè)備安裝時(shí)，采用的安裝標(biāo)準(zhǔn)和安裝工藝方面存在的差異較大。安裝人員采用不恰當(dāng)?shù)姆椒▽?duì)設(shè)備進(jìn)行安裝，難以快速準(zhǔn)確完成設(shè)備安裝，易造成重復(fù)施工，甚至引發(fā)設(shè)備故障，影響高速鐵路的正常行車。（2）施工單位未能高度重視并有效保障安裝電氣設(shè)備的質(zhì)量。部分施工單位片面重視安裝主體設(shè)備，相對(duì)忽視對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，而負(fù)責(zé)接收的相關(guān)單位，則缺乏充足時(shí)間檢查驗(yàn)收設(shè)備調(diào)試的各項(xiàng)內(nèi)容，導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行需要反復(fù)調(diào)試，并存在大量控制、聯(lián)動(dòng)方面的缺陷。（3）敷設(shè)安裝電纜存在的問題，主要表現(xiàn)在如下方面：電纜頭質(zhì)量不合格，縮短電纜的使用運(yùn)行壽命。在制作電纜頭的實(shí)際過程中，制作現(xiàn)場(chǎng)較為臟亂的環(huán)境下，存在諸多雜質(zhì)，極易進(jìn)入電纜頭內(nèi)，對(duì)其絕緣強(qiáng)度造成不良影響，甚至縮短其使用壽命。在敷設(shè)電纜的過程中，未對(duì)電纜溝進(jìn)行修砌，直埋電纜容易導(dǎo)致電纜運(yùn)行遭受外力因素破壞。在敷設(shè)電纜的操作過程中，電纜外皮發(fā)生損傷。對(duì)電纜實(shí)施放線操作時(shí)，部分施工單位未能嚴(yán)格遵循相關(guān)要求對(duì)放線滑輪進(jìn)行使用，導(dǎo)致電纜外皮發(fā)生損傷，縮短其使用壽命，甚至引發(fā)接地故障。（4）數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制系統(tǒng)在調(diào)試后期存在較多遺留問題。在設(shè)備開通運(yùn)行之初，發(fā)生頻繁拒動(dòng)和誤動(dòng)現(xiàn)象，還存在開關(guān)位置錯(cuò)誤的問題。當(dāng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)發(fā)生失效后，需安排相關(guān)人員到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施維修操作。

3 解決牽引變電所常見設(shè)計(jì)施工問題的措施

高質(zhì)量的房屋建筑、各項(xiàng)電氣設(shè)備安裝工程設(shè)計(jì)施工，是保障設(shè)備穩(wěn)定可靠運(yùn)行的根本。要從根本著手，有效控制解決各類問題，消除隱患，保障各項(xiàng)電氣設(shè)備實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠運(yùn)行。具體可從以下方面著手：（1）設(shè)計(jì)部門應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)展開深入全面的考察調(diào)研，對(duì)設(shè)備運(yùn)行和維護(hù)檢修存在的各類問題形成清晰明確的了解和全面準(zhǔn)確的把握，從設(shè)計(jì)層面著手，有效解決相關(guān)建筑、設(shè)備使用運(yùn)行后發(fā)生的問題。（2）對(duì)施工過程加強(qiáng)監(jiān)管，有效控制施工質(zhì)量，由負(fù)責(zé)接管運(yùn)營(yíng)電氣設(shè)備的單位設(shè)置提前介入工作小組，從施工階段即對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控。（3）嚴(yán)格遵循設(shè)計(jì)要求開展施工。例如，路面承載大型重載設(shè)備運(yùn)輸后，要及時(shí)修復(fù)發(fā)生破損的砂石路，并對(duì)之進(jìn)行硬化，延長(zhǎng)道路使用壽命。（4）牽引變電所與相關(guān)設(shè)備廠家針對(duì)設(shè)備試運(yùn)行簽訂盯控協(xié)議，督促重點(diǎn)設(shè)備廠家在設(shè)備試運(yùn)行期間實(shí)施全程盯控，組織設(shè)備使用和維護(hù)檢修人員開展系統(tǒng)全面的技能培訓(xùn)，并全天24 小時(shí)提供技術(shù)支持，保障設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。（5）安裝設(shè)備完成后，僅從通過外觀對(duì)之實(shí)施檢查，無法直接對(duì)設(shè)備內(nèi)部情況作出判斷，對(duì)此，要對(duì)安裝完成的設(shè)備重點(diǎn)實(shí)施電氣絕緣監(jiān)督，對(duì)于充油設(shè)備要重點(diǎn)實(shí)施油質(zhì)絕緣監(jiān)督，及時(shí)找準(zhǔn)設(shè)備內(nèi)部存在的缺陷和隱患。（6）在安裝調(diào)試SCADA 系統(tǒng)時(shí)，對(duì)之實(shí)施重點(diǎn)盯控。開通客運(yùn)專線后，對(duì)相關(guān)設(shè)備實(shí)施為期一年的整修，確保所內(nèi)各項(xiàng)設(shè)備保持正常運(yùn)行，對(duì)于系統(tǒng)存在的解決難度較大的聯(lián)調(diào)問題，要盡量提前進(jìn)行系統(tǒng)施工，騰出充足時(shí)間對(duì)設(shè)備聯(lián)調(diào)問題進(jìn)行解決，確保設(shè)備正常穩(wěn)定運(yùn)行。（7）強(qiáng)化相關(guān)人員培訓(xùn)。施工單位、設(shè)備驗(yàn)收單位以及運(yùn)行接管單位，均要篩選具有較高技術(shù)水平和業(yè)務(wù)素質(zhì)和較強(qiáng)學(xué)習(xí)能力的工作人員參加相關(guān)培訓(xùn)，并匯總實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)高素質(zhì)的專業(yè)團(tuán)隊(duì)，保障設(shè)備安裝質(zhì)量和設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 牽引變電所相關(guān)設(shè)施設(shè)計(jì)建設(shè)

4.1 設(shè)備基礎(chǔ)

遵循場(chǎng)坪承載力≥150kPa 的要求，對(duì)設(shè)備基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用混凝土基礎(chǔ)。設(shè)備基礎(chǔ)采用C30 等級(jí)的混凝土，墊層采用C25 等級(jí)的混凝土。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件與設(shè)計(jì)要求不符時(shí)，要將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況作為依據(jù)，因地制宜地實(shí)施基礎(chǔ)處理。

4.2 進(jìn)場(chǎng)道路

牽引變電所均需建設(shè)進(jìn)場(chǎng)道路，以滿足運(yùn)輸設(shè)備和開展日常維護(hù)工作的使用需求。要根據(jù)大型設(shè)備運(yùn)輸和消防要求，對(duì)進(jìn)所道路路面寬度進(jìn)行確定。通常，牽引變電所路面寬度為4.5m，其余路面寬度為4m。

4.3 場(chǎng)坪排水

對(duì)于場(chǎng)坪內(nèi)部，要做好排水設(shè)計(jì)，避免牽引變電所內(nèi)部出現(xiàn)積水。場(chǎng)坪適宜采用0.5%的設(shè)計(jì)坡度，要根據(jù)場(chǎng)坪附近地勢(shì)對(duì)排水方向進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。室外電纜溝適宜采用1%的排水坡度設(shè)計(jì)，電纜溝邊沿要高度地面100mm，避免場(chǎng)坪向溝內(nèi)流水。電纜溝應(yīng)與場(chǎng)坪排水方向相結(jié)合，通過統(tǒng)籌考慮，合理設(shè)計(jì)排水方向。當(dāng)出現(xiàn)排水困難的狀況時(shí)，應(yīng)在端部對(duì)集水井進(jìn)行設(shè)置，通過人工機(jī)械進(jìn)行排水，避免溝內(nèi)出現(xiàn)積水。

5 SCADA 系統(tǒng)技術(shù)方案

5.1 設(shè)置調(diào)度所

依托現(xiàn)有的高鐵調(diào)度系統(tǒng)，對(duì)電力牽引調(diào)度臺(tái)進(jìn)行設(shè)置，實(shí)時(shí)控制牽引供電所各項(xiàng)設(shè)施的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)之進(jìn)行監(jiān)視，并采集相關(guān)數(shù)據(jù)，以自動(dòng)化方式對(duì)供電設(shè)備實(shí)施調(diào)度管理。由各被控站設(shè)置的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)負(fù)責(zé)執(zhí)行端的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)發(fā)送，并對(duì)調(diào)度主站下達(dá)的各項(xiàng)命令落實(shí)執(zhí)行，系統(tǒng)具備遙測(cè)、遙信以及遙控等功能。對(duì)系統(tǒng)配套設(shè)置調(diào)度員工作站，據(jù)此開展日常調(diào)度和相關(guān)操作，實(shí)施調(diào)度管理。配置通信接口設(shè)備，接于通信接入交換機(jī)和通信系統(tǒng)傳輸設(shè)備之間，對(duì)遠(yuǎn)動(dòng)通道涉及的各類接口進(jìn)行實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換，據(jù)此完成主站系統(tǒng)與各被控站之間的數(shù)據(jù)通信。

5.2 遠(yuǎn)動(dòng)范圍

對(duì)綜合SCADA 系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置，沿線牽引變電所、接觸網(wǎng)開關(guān)站等作為該系統(tǒng)被控站。通過牽引調(diào)度臺(tái)實(shí)時(shí)控制牽引供電設(shè)施，對(duì)之進(jìn)行監(jiān)視，并采集相關(guān)信息，以自動(dòng)化方式對(duì)供電設(shè)備實(shí)施調(diào)度管理。

5.3 通道構(gòu)成

遠(yuǎn)動(dòng)通道實(shí)施雙環(huán)形通道結(jié)構(gòu)，包括主用通道和備用通道，兩類通道保持各自完全獨(dú)立的狀態(tài)，不能實(shí)施互訪。各被控站和調(diào)度中心均采用兩路FE(E)接口作為通信接口；沿線納入遠(yuǎn)動(dòng)的接觸網(wǎng)電動(dòng)隔離開關(guān)通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光纖數(shù)據(jù)通道就近接入相關(guān)所亭，并向調(diào)度中心上傳。各所至供電段均設(shè)置相應(yīng)的維護(hù)通道，向供電段上傳各類信號(hào)，包括油色譜在線監(jiān)測(cè)、電纜在線監(jiān)測(cè)以及環(huán)境監(jiān)控等信號(hào)。牽引變電所與相鄰AT 所、AT 分區(qū)所之間設(shè)置故障測(cè)距維護(hù)通道，對(duì)光纖通信進(jìn)行采用。

5.4 系統(tǒng)構(gòu)成及其技術(shù)要求

綜合SCADA 系統(tǒng)對(duì)分層分布式結(jié)構(gòu)進(jìn)行采用，系統(tǒng)主要包括調(diào)度管理層、通信傳輸網(wǎng)絡(luò)層以及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層。其中，通信網(wǎng)絡(luò)層主要包括連接調(diào)度所和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的通信傳輸承載網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層主要包括沿線設(shè)置的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)以及接觸網(wǎng)開關(guān)監(jiān)控系統(tǒng)。

5.5 接觸網(wǎng)開關(guān)監(jiān)控系統(tǒng)主要構(gòu)成

該系統(tǒng)主要包括監(jiān)控主站、監(jiān)控子站以及網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備。子站設(shè)備在沿線網(wǎng)上開關(guān)處集散布置，與開關(guān)采用同址安裝，主站設(shè)備和各子站設(shè)備之間利用光纜構(gòu)建現(xiàn)場(chǎng)總線，幫助主站與子站各自的設(shè)備相互傳遞信息；各監(jiān)控子站利用控制電纜連接管線范圍相應(yīng)的開關(guān)操作機(jī)構(gòu)。

將主控屏設(shè)置在牽引變電所亭內(nèi)部的監(jiān)控主站，將主控制箱設(shè)置在牽引變電所亭外的監(jiān)控主站。主站設(shè)備對(duì)可靠性較高的工業(yè)計(jì)算機(jī)進(jìn)行采用，具有美觀大方的外形。通過綜合自動(dòng)化系統(tǒng)將數(shù)據(jù)向調(diào)度端上傳，據(jù)此實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)控。主站設(shè)備與子站設(shè)備通過高性能光纖網(wǎng)絡(luò)搭建數(shù)據(jù)通道，形成現(xiàn)場(chǎng)總線。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，高速鐵路配套建設(shè)的牽引變電所工程設(shè)計(jì)施工質(zhì)量對(duì)相關(guān)電氣設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量和可靠性具有直接影響。對(duì)此，要增強(qiáng)設(shè)計(jì)合理性，保障各項(xiàng)設(shè)備施工運(yùn)行質(zhì)量，減少設(shè)備發(fā)生故障的可能性，延長(zhǎng)各項(xiàng)設(shè)備的使用壽命，減少設(shè)備維修，重點(diǎn)應(yīng)做好牽引變電所相關(guān)設(shè)施設(shè)計(jì)建設(shè)，并設(shè)計(jì)科學(xué)的SCADA 系統(tǒng)技術(shù)方案，保障設(shè)備的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。