箱式變電站在鐵路供配電系統中的應用

李家駿

1 鐵路供電的概述

鐵路是國民經濟的大動脈,電力是鐵路運輸生產的主要動力之一,鐵路電力部門擔負著對鐵路指揮系統、自動化系統、牽引系統及鐵路各行業供電的任務。隨著鐵路運輸事業的發展和自動化、電氣化程度的不斷提高,需要供電的部門越來越多,對鐵路供電可靠性的要求也越來越高。

鐵路負荷的特點是:1)負荷沿鐵路分布,且容量較小;2)要求不間斷供電的多為一級負荷。由于以上兩個特點,對于10 kV和35 kV電力線路的供電半徑,鐵路系統較電力系統長。

鐵路較早建成的配電設施均為傳統的土建變電房及桿上變電站,設備陳舊落后,容量小,維護工作量大,已不能適應目前用電負荷增長的需要,由于箱式變電站具有成套性強、體積小、占地少、能深入負荷中心、提高供電質量、減少線路損耗、縮短送電周期、選址靈活、對環境適應性強、安裝方便、運行安全可靠及投資少、見效快等一系列優點,所以箱式變電站在鐵路供配電系統中是一個值得推廣使用的新型變配電設備。

2 箱式變電站的結構及功能特點

2.1 箱式變電站的結構

箱式變電站是由高壓電氣設備,配電變壓器和低壓配電裝置按一定接線方案排成一體的工廠預制緊湊型的變配電成套設備(以下簡稱箱變)。箱內一般分為高壓室、低壓室及變壓器室。箱變的高壓室一般由高壓負荷開關、高壓熔斷器和避雷器組成,可進行停送電操作,并且有過負荷和短路保護功能;低壓室由低壓斷路器、電流互感器、電流表、電壓表等組成;變壓器室一般采用在四周壁填加隔熱材料、采用雙層夾板結構、頂板采用帶空氣墊等措施來防日照輻射,并采取自然通風和機械強制通風來保證電氣設備的散熱。另外還設置了一些去濕、調濕、防凝等保護裝置。

2.2 箱式變電站的功能特點

1)自動化程度高。整體采用智能化設計,保護系統采用變電站微機綜合自動化裝置,分散安裝,可實現“四遙”,可對運行參數進行遠方設置,根據需要還可實現圖像遠程監控。2)工廠預制化。所有設備在工廠一次安裝、調試合格,真正實現變電站建設工廠化,縮短了設計制造周期。現場安裝簡單高效,整個變電站從安裝到投運大約只需5 d～8 d的時間,大大縮短了建設工期。3)組合方式靈活,運輸、安裝簡便。箱式變電站結構比較緊湊,每個箱均構成一個獨立系統,箱式變電站沒有固定的組合模式,使用單位可根據實際情況自由組合一些模式,以滿足安全運行的需要。4)投資省見效快,運營維護成本低。箱式變電站較同規模常規變電所減少投資40%～50%,在箱式變電站中,由于先進設備的選用,特別是無油設備運行,從根本上徹底解決了常規變電所中的設備滲漏問題,變電站可實行狀態檢修,減少維護工作量,整體經濟效益十分可觀。5)占地面積小,外形美觀,易與環境協調。由于箱式變電站將配電裝置的大部分布置于封閉的箱體內,通過優化設計、合理組合,各部分之間的絕緣距離大大減小,縮小了占地面積和空間。箱體外殼采用鍍鋁鋅鋼板及集裝箱制造技術,外形設計美觀,在保證供電可靠性前提下,通過選擇箱式變電站的外殼顏色,從而極易與周圍環境協調一致。

3 箱式變電站在鐵路供配電系統中的應用

3.1 箱式變電站在站場供電的應用

車站信號、通信等一、二級負荷為雙路電源供電,設計為獨立的箱式變電站為之供電,箱式變電站兩路電源引入,分別接引自鐵路電力貫通電源和鐵路電力自閉電源,設計的箱變專用于10 kV鐵路信號電源系統的產品。它將高壓環網開關柜、變壓器、低壓開關柜、雙電源監測裝置和電力線路故障自動切除系統等組合在一起。在鐵路線路附近安裝,能夠有效避免干擾,并能對電源實時監控和高壓線路故障分段,車站的信號電源及戶外真空開關的參數均通過集成在箱變內的遠程終端“RTU”接入遠動系統受到監控。利用2 M專用鐵通光纜作為通信數據通道,調度站與被控站間的通信采用“環引”方式,將各個配電所及各站信號負荷主要開關狀態、電流、電壓、功率等參數值傳輸至調度端的主控站,由供電段調度統一調度監控。

車站綜合箱式變電站的變壓器容量在100 kVA左右,作為車站生產房屋照明、各種設備供電以及站場夜間貨運作業的照明等三級負荷的供電,高壓側接引自鐵路電力貫通電源;綜合箱變及信號專用箱變的高壓系統方案一致,如圖1所示。

3.2 箱變在區間供電的應用

以新建隧道供電為例,按照規定直線隧道長度超過1 km,曲線隧道長度超過500 m的,都應有隧道固定照明,并且需要設置維修插座箱以便對線路及隧道的維護;機械專業需要在隧道內設置機械強制排風系統,以上各負荷點大多都設在隧道內,在隧道壁預留洞口安裝箱式變電站,設計成專用于隧道內供電的緊湊型箱變。它將高壓環網開關柜、變壓器、低壓開關柜、雙電源監測裝置和電力線路故障自動切除系統等組合在一起。隧道內的避人洞中安裝。太興線工程的控制工程二青山隧道是一條長17 km的隧道,其隧道內的供電設備使用10 kV電壓等級的箱變,在隧道口各新設一座35 kV的箱式變電站作為隧道強制排風風機的電源。該變電站全部高壓設備集中在四套集裝箱內,“一”字形排列,從左至右依次為35 kV開關箱、主變壓器箱 10 kV開關箱(帶控制)、10 kV開關箱(帶補償電容),主變箱及帶電容器的開關箱箱頂采用隔層氣樓結構,箱體底部也有進出風口,以保證電氣設備通風散熱;35 kV和10 kV高壓斷路器選用手車式真空斷路器,主變、所變、電壓互感器均采用干式設備,這樣全面實現無油化運行,從根本上避免了由設備滲漏而引起的停電檢修。箱體內配裝煙霧報警系統及遠程圖像監控系統,將報警信號及圖像上傳至調度所進行24 h監控,可防止火災、爆炸等事故的發生和蔓延,另外還設有五防措施。二次設備采用DSA微機保護控制系統,分散布置,該系統集保護、“四遙”等功能于一體,保護電流與測控電流分別輸入,裝置機箱采用整板模壓成型,具有結構緊湊、密封性好、抗干擾、抗震能力強等特點。以上設備的選用使供電自動化程度大大提高,同時也降低了運行維護費用,符合鐵路電力發展的需要。

4 結語

我國在新的世紀對鐵路建設進行了跨越式的大發展,大力建設客運鐵路專線和高速鐵路,將鐵路運輸的能力提高到了一個新的臺階。而在鐵路供電系統中廣泛采用箱變是現代化發展的必然結果,箱變所具有的優點是土建變電站及桿式變電站都不能比擬的。相信箱式變電站在鐵路供電系統改造和新建鐵路供電系統中將繼續大有作為,為國家鐵路建設發展及運營所需要的可靠連續供電能力做出重要的貢獻。

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