哈大鐵路客運專線特殊牽引所設計

王西勤

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司電化電信處，天津 300251)

哈大客運專線在路網規劃中，是“四縱四橫”的重要組成部分，全線主要采用AT供電方式，進線電源電壓等級為220 kV，傳統的AT牽引所一般采用戶外中型布置的設計模式，具體有2種布置方式。一種是220 kV高壓側及27.5 kV低壓側供電設備均采用單體設備，戶外布置，另一種是220 kV高壓側供電設備采用戶外布置，27.5 kV低壓側供電設備采用GIS開關柜，設置于戶內，但以上2種布置方式占地面積一般都比較大，在征地面積受到限制時，以上設計方案可能無法實施。本線遼陽牽引所由于征地困難，面積狹小，設計采用了高低壓側主要設備均為GIS開關柜的布置方式。該布置方式能有效減少征地面積。

1 主接線設計

牽引變電所進線側主接線采用分支形式，在進線上設置計費及保護用的電壓互感器，在進線隔離開關和變壓器斷路器間分別設置電流互感器。所內設置4臺單相牽引變壓器，兩兩組合成Ⅴ接，一組運行，一組固定備用。計費采用高壓側計費方式。

2×27.5kV側采用單母線分段的接線形式，饋線斷路器通過網上并聯電動隔離開關實現上下行互為備用方式。具體見圖1。

220 kV高壓側每一回進線的斷路器、隔離開關、流互、壓互及避雷器等采用GIS開關柜設置，為方便設備檢修，斷路器兩側的隔離開關均配有接地開關，起到斷路器檢修時兩側接地的作用，同時接地隔離開關與隔離開關組合在一起，共用1套動觸頭系統，不僅使GIS設計更緊湊而且徹底避免了接地開關與隔離開關同時合上的可能性事故。且解決了隔離開關和接地開關難以實現機械聯鎖的問題。為抑制潛供電流，加速潛供電弧的熄滅，提高重合閘成功率主要措施有并聯三相電抗器中性點小電抗接地和GIS上加裝快速接地開關［1］，由于該地區工頻過電壓比較小，且給該所供電的外電源線路比較短，因此本所采用了進線刀閘外側設置快速接地開關，用以熄滅潛供電弧。

圖1 主接線圖

2 房屋平面及室內相關設計

房屋中間采用兩層設計，兩頭為一層，其中一層房屋，中間設置27.5 kV GIS高壓室，所用變壓器室等，要求室內凈高為3.5 m，且下面設置半地下式電纜夾層，兩頭則分別設置220 kV GIS高壓室，室內凈高為10 m，具體見圖2。

圖2 一層房屋平面布置(單位:mm)

二層設置控制室，檢修室及休息室等，室內凈高要求不小于3.5 m，最終二層樓頂和一層220 kV GIS高壓室的樓頂齊平。具體見圖3。

圖3 二層房屋平面布置(單位:mm)

220 kV GIS開關設備室內部分采用化學錨栓固定，室內不做基礎土建預留，但GIS室內地面結構層厚度要大于220 mm，以防化學錨栓固定時，受力點強度不夠，同時設置高強度水泥壓光地面并刷漆，平整度符合有關要求。

為方便設備的裝配及檢修，室內設置雙速吊車，吊車承重能力大于100 kN，吊車最小提升速度不大于3 m/min，吊車的吊鉤鉤底最小高度6 000 mm。

220 kV GIS室由于電纜不多，不再考慮單獨設置電纜夾層，僅在室內設置電纜溝。電纜通過電纜溝進入27.5 kV GIS室下的電纜夾層，最終通過電纜夾層到二層的電纜豎井進入控制室。

3 總平面布置設計及電纜接地要求

由于所在位置限制，有效利用面積僅為57 m×40 m，為減少征地拆遷費用，故采用高低壓側主要設備均為室內布置的GIS開關柜，220 kV牽引變壓器為室外布置的設計方式。同時考慮220 kV電纜費用較高，外電源的進線采用架空方式引入，在房屋的二層頂部橫梁處預埋吊環，受力不小于每處4 kN，作為外電進線的接入點，220 kV GIS設備的高壓套管穿過房屋，接線端子設置在室外，分別通過架空線接到外電源進線及牽引變壓器上。由于所內設置4臺單相牽引變壓器，無法滿足防火要求，因此牽引變壓器間設置防火墻，牽引變壓器的高壓出線采用電纜，通過室外設置的電纜溝進入電纜夾層，最終接到27.5 kV GIS開關柜上，具體見圖4。

由于鐵路用的單相電，其導線和金屬護套的關系可以看做是變壓器的一次繞組和二次繞組，當電纜中通過電流時，其周圍產生的磁力線將于金屬護套交鏈，使護套產生感應電壓。感應電壓的大小和流過電纜的電流及電纜的長度成正比，如果金屬護套兩端同時直接接地，則在金屬護套中就產生電流，這樣導體和護套將同時發熱，加速了電纜的絕緣老化，降低絕緣性能，縮短電纜使用壽命。因此27.5 kV電纜的護層接地采用一端接地，一端用護層保護器接地，這樣當護層的電壓達到50 V時，護層保護器瞬間動作，釋放電流，達到保護電纜的作用。

4 220 kV GIS開關柜技術要求

采用全鋁合金外殼的設計，渦流損耗少，表面溫升低，防銹性能強，而且質量輕，可以大大節省土建費用。

采用三相共筒設計，所謂三相共筒，是指將主回路原件的三相裝在公共的接地外殼內，通過環氧樹脂澆筑絕緣子支撐和隔離［2］。三相共筒的優點有:電場強度比單相式減少約30%，因而不易發生電氣故障;SF6氣體密封面和結合面減少，大大減少了漏氣率;省去了相間復雜的連桿和連接件，從而簡化了操動系統，降低了操作機構的故障率;緊湊性更好，質量更輕，便于完整間隔出廠試驗和整體運輸。

在母線上通常裝設有伸縮節，該伸縮節主要有以下2個作用:一是補償母線上的熱脹冷縮，以延長密封系統和絕緣系統的壽命;二是便于中間間隔的拆卸，可以通過拆除伸縮節方便地拉出中間的故障間隔，而無需拆除相鄰的間隔。

隔離開關與維修用接地開關組合在一起，共用1套動觸頭系統，不僅使GIS設計更緊湊，而且徹底避免了接地開關與隔離開關同時合上的可能性事故。

GIS在結構布置上劃分為若干隔室，以滿足正常使用條件及限制隔室內部電弧的影響。電弧效應應能限制在起弧的隔室或故障段的另一些隔室(若該段的隔室之間有壓力釋放措施時)之內，將故障隔室或故障段隔離以后，余下的設備應具有繼續正常工作的能力。長母線應分成幾個隔室以利維修和氣體管理。當相鄰隔室因漏氣或維修作業而使壓力下降時，隔板應能確保本隔室的絕緣性能不發生顯著變化。隔板一般由絕緣材料制成，本身不對人身提供電氣安全性，對相鄰隔室中還存在的正常氣體壓力，隔板應提供機械安全性。充有SF6氣體的隔室間的隔板，不應出現任何影響2種介質絕緣性能的泄漏。

圖4 牽引變電所總平面布置(單位:mm)

采用一套數字式的多功能測控單元，實現對一次回路的控制(遠方、就地操作等)、監視(氣室壓力告警及閉鎖、裝置掉電、故障告警、控制回路斷線、液壓操動機構未儲能、斷路器隔離接地刀開關位置等)、測量(電壓、電流及功率等)、閉鎖(分閘、合閘及防跳躍等)等功能，并帶有與變電所綜合自動化聯網的通信接口，控制柜上設就地/遠方操作切換開關，實現就地—遠方選擇操作，端子排上應留有遠方控制合閘、分閘操作，遠方監視合閘及分閘位置的端子。T同GIS內的相關開關之間的閉鎖采用硬接點閉鎖。

5 結論

通過以上情況介紹，可以看出牽引所的高低壓側均采用GIS方案設計，能有效減少征地面積，且目前市場上這2種GIS也已經有了成熟的產品，同時后續工程中遇到征地困難地段，該方案可作為一個參考。

［1］鐘俊毅，呂飛鵬.基于GIS快速接地開關的自適應重合閘研究［J］.現代電力，2008(6):8-9.

［2］沈海鷺.220 kV GIS新技術的應用［J］.高壓開關，2009(3):55-56.

［3］戈東方.電力工程電氣設計手冊［M］.北京:中國電力出版社，2009.

［4］TB 10009—2005 鐵路電力牽引供電設計規范［S］.

［5］DL/T 5352—2006 高壓配電裝置設計技術規程［S］.

［6］TB 10621—2009 高速鐵路設計規范(試行)［S］.

［7］DL/T 5056—2007 變電站總布置設計技術規程［S］.

［8］GB50016—2006 建筑設計防火規范［S］.

［9］GB50229—2006 火力發電廠與變電站設計防火規范［S］.

［10］賀威俊，高仕斌，張淑琴，王勛.電力牽引供變電技術［M］.成都:西南交通大學出版社，1998:50-54.