神朔鐵路南梁牽引變電所布置型式研究

姚曉云，崔校玉

0 引言

神朔鐵路西起包神線和西沿線，東連北同蒲線和朔黃線，是為開發神府東勝煤田而修建的運煤專用鐵路，全線于2000 年10 月通車，2009 年為了滿足開行萬噸列車試驗的需要，新建了南梁牽引所。新設的南梁牽引所設計為既有線路上的110 kV插入所，其所址可選擇區段正好地處黃土高原的黃土梁峁區，地形復雜，且起伏變化大，歷年極端最低氣溫達-38.1℃。經比選后的所址正好地處轉龍灣隧道東口附近的山坡上，自然坡度20°～40°，高程相差10 m 以上，因此，如何合理有效地利用地形、地勢條件選用配電裝置進行場坪布置不僅關系到整個工程的建設速度、建設投資、土地資源利用的問題，而且對設備投入運行后的經濟性和安全性也起著關鍵作用。

1 電氣主接線

南梁牽引變電所采用110/27.5 kV，三相V/v接線形式。2 路電源進線，中間設有隔離開關分段的跨條。設置2 臺牽引變壓器，1 臺運行，1 臺備用。27.5 kV 側采用單母線隔離開關分段接線形式，每相牽引母線上設2 組并聯電容補償裝置。上行重車方向設不斷電自動過分相裝置（電氣主接線示意圖略）。

2 布置型式選擇

由于南梁牽引變電所地處山坡上，其進饋線方向正好與山坡走向一致，因此所區場坪縱向尺寸不能過大，否則會造成土石方開挖量過大及高護坡等問題。依據該特點，整個場坪的布置一是在設備選型上優化，二是在配電裝置布置方式上優化?？紤]工程施工、投資、現場情況等因素，在工程中選取了2 種方案進行綜合比較，再選擇最佳方案。方案1 是選用110 kV SF6全封閉組合電器（GIS）、集合式電容補償裝置等新技術進行場坪布置，方案2 是整所采用常規設備的敞開式布置。

2.1 技術經濟比較

2.1.1 技術比較

（1）采用GIS 及集合式電容補償裝置方案。GIS 全稱Gas Insulater Switchgear，其特點是將斷路器、隔離開關、電流互感器、母線、套管等高壓電氣設備組合密封在充有SF6氣體的金屬筒中，它具有以下優點：隔離化學污染、積塵、積雪等外部影響，可靠性高，抗震性能優良；對電磁和靜電實現屏蔽，減少了噪音和無線電干擾等外部不利影響；整機裝配以單元或間隔運抵現場，縮短了現場安裝工期；檢修周期長、維修工作量小、維護方便。但是由于GIS 集成度過高，一旦單體發生問題，整個開關場都需停電，擴大了事故停電范圍，且GIS檢修工作復雜，事故后平均停電時間比常規設備長。集合式電容補償裝置是近2 年出現的新型電容補償裝置，其顯著特點是采用大元件，占地面積小。

該方案配電裝置的具體布置：設備房屋采用2層樓房布置，110 kV GIS 組合電器布置在第2 層，27.5 kV 側高壓設備布置在第1 層。GIS 進出線套管采用“一”字形排列，2 臺主變壓器（下文簡稱主變）與110 kV 電源進線平行布置，主變在外，電源進線在里。進線架構采用雙層布置，進線用V形隔離開關布置于上層，避雷器布置于下層。檢壓用電壓互感器利用GIS 進線套管下的空閑場地布置。主變進出線利用1 個雙層門形架構進行布置，GIS 出線通過上層管形金具接至主變高壓側套管，主變低壓側出線下層利用1 個橫梁倒接至室內配電裝置。集合式電容補償裝置利用所區入口處的空閑場地布置。自動過分相裝置布置于2 個方向的上行之間，進線直接從變電所饋線出口處“T”接，避免了從接觸網上引線，節約了架空線距離。整所總平面布置圖見圖1。

可以看出，方案1 整個所區布置緊湊合理，占地面積僅80 m×40 m（長×寬），且高壓設備多布置在坡腳位置，大大減少了土石方的開挖量，節省了土建投資。110 kV 側進出線間隔斷面圖、GIS 平面布置圖分別見圖2、圖3。

圖1 總平面布置圖

圖2 110 kV 側進出線間隔斷面圖

敞開式布置的特點是進出線簡潔流暢，設備布置流暢，設備運行安全易監視，設備檢修方便。但是由于高壓設備多布置在戶外，因此易受雷雨、氣溫、日溫差、日照及腐蝕等各種自然條件影響，設備事故較多，且維修、維護工作量大。

圖3 GIS 平面布置圖

（2）敞開式常規布置方案。該方案110 kV 側高壓設備采用戶外中型布置，27.5 kV 側高壓設備采用戶內網柵隔間布置，電容補償裝置采用戶外低型布置。場坪占地面積80 m×75 m（長×寬），其中，110 kV 側高壓設備較采用GIS 占地面積多2 600 m2，電容補償裝置較集合式的單個間隔的面積大42 m2。該方案設備安裝周期長，運行可靠性低，110 kV 高壓設備只能布置在山坡上，因此土建開挖量大，并需做高擋墻。

（3）技術綜合比較。2 種方案技術綜合比較見表1。

表1 2 種方案技術綜合比較表

2.1.2 經濟比較

（1）一次投資。高壓配電裝置的一次投資主要包括設備造價、安裝費用、運輸保險費用、征地費用及土建費用。

2 種方案電氣設備投資主要的差別在于采用新技術設備的價差，土建投資則是征地及開挖土石方量的差別。表2 列出了2 種方案的具體比較。

表2 2 種方案的一次投資比較表 單位：萬元

（2）年運行折舊及維護費用。通過對運營單位調查，敞開式配電裝置的年運行折舊、維護費用一般為設備投資的7%～9%。GIS 配電裝置在投產初期有一定的維護費用，正常運行后維護費用很低，幾乎為零，年運行折舊、維護費用為敞開式維護費的12%。年運行折舊、維護費用比較見表3。

（3）投資綜合比較。依據上述各項指標，2種方案的投資綜合比較見表4。

由表4 可以看出，方案1 投資比方案2 投資多了6.5%。

表3 年運行折舊與維護費用比較表 單位：萬元

表4 2 種方案的投資綜合比較表 單位：萬元

2.2 綜合比較

方案1 布置緊湊美觀，有效地利用了地形、地勢條件，且占地面積小、土建開挖量小、安裝工期短、維護工作量小、檢修間隔周期長，更有利于實現“無人值班、少人職守”的運行模式。而方案2占地面積大、土石方開挖量大、維護工作量大，且投資僅比方案1 少了6.5%，從牽引站的長期運行、維護管理方面考慮，性價比并不高。因此，最終推薦采用了方案1。

3 結束語

南梁牽引變電所配電裝置合理地結合地形地質、因地制宜的布置，不僅為設備創造了良好的安全運行條件，減少了占地面積，還獲得了完美的建筑藝術效果，節省了投資。整個所區布置型式具有如下優點：

（1）110 kV 側高壓設備選用了GIS 組合電器，簡化了接線形式，提高了供電可靠性，使得繼電保護簡化，為實現“無人值班，少人職守”創造了條件。

（2）整個所區布置緊湊合理，充分利用地形、地勢條件將110 kV 電源進線與主變壓器成“一”字形布置，大大節省了占地面積。

（3）主變高壓進線和低壓出線同桿架設，高壓進線布置在上層，低壓出線布置在下層，不僅避免了采用27.5 kV 電纜進線，還節約了占地面積。

（4）將進線檢壓用電壓互感器布置在110 kV GIS 組合電器套管下面，有效地縮小了占地面積。

（5）并聯電容補償裝置選用了縮小型電容補償裝置，節省了面積。

（6）自動過分相裝置分置于2 個方向的上行中間，縮短了上網架空線，節省了投資。

2009 年11 月，南梁牽引變電所投產后運行正常，安全，可靠，用戶滿意。

[1] 楊振龍.神朔重載鐵路擴能工程電氣化新技術[J].電氣化鐵道，2010，（2）：1-4.

[2] 賀威俊，高仕斌，張淑琴，等.電力牽引供變電技術[M].成都：西南交通大學出版社，1998.