鐵路供配電系統中的箱式變電站運用

(國家能源集團神朔鐵路分公司，陜西 榆林 719300)

0 引言

鐵路在我國現代化建設中發揮重要的作用，我國鐵路總營業里程達到12萬km，電氣化率60%，預計2020年鐵路電氣化率達到65%，供配電系統是現代鐵路建設中施工設計必須考慮的內容，鐵路供配電系統穩定運行受到地質地貌、施工工期等諸多因素影響。箱式變電站可以有效降低變電運行不良的影響。新時期背景下，鐵路供配電系統應重視提高運行的可靠性，為鐵路安全提供保障，箱式變電站的應用滿足了鐵路供配電系統的安全運行需求。

1 箱式變電站概述

鐵路是國民經濟的大動脈，鐵路電力部門擔負對鐵路指揮系統、牽引系統供電的任務，鐵路運輸事業的發展與電氣化程度提高，對鐵路供電可靠性要求不斷提高。鐵路負荷的特點是要求不間斷供電，負荷沿鐵路分布，對10 kV與35 kV電力線路的供電半徑，鐵路電力系統較長[1]。

箱式變電站是變配電成套設備，其中的配電裝置根據特定接線方式排列。箱變主要分為高低壓室與變壓器，高壓室主要包括避雷器及負荷開關等，主要功能是停送電與短路保護等。低壓室主要包括電流及斷路器等設備。變壓器室主要是為防止太陽輻射，通常為雙層夾板式結構，頂板建設時需用到隔熱材料。變壓器需要經常通風散熱，采取有效的措施降低環境對設備的影響。

箱式變電站具有體積小、成套性強，能提供高供電質量、縮短送電周期、對環境適應性強、運行安全可靠等系列優點，箱式變電站在鐵路供配電系統中廣泛應用。20世紀70年代后期我國從歐洲國家引進箱變，由于仿歐箱變是將電氣簡單組合在金屬殼內，性能不佳。1994年我國引進美式箱式變電站制造技術，目前國產的箱式變電站主要用于3～35 kV配電系統用戶。箱式變電站是取代傳統土建點電站的產品，可用于環網配電系統，是目前城鄉變電站建設的新型成套設備。

2 箱式變電站的主要特點

常見的緊湊型箱式變電站有國產緊湊型變電站、美式預裝式變電站。美式預裝式變電站將高壓負荷開關與斷路器組合，放置在封閉的盛滿絕緣油的油箱中，可以降低絕緣材質的外形尺寸，發揮冷卻的作用，延長設備的使用壽命。配備有油溫表，壓力釋放閥等檢測儀器；歐式預裝式變電站中，不同隔室配備低壓配電裝置，高壓開關設備；國產緊湊型變電站是綜合歐式與美式變電站的優點，在國內有廣泛的應用。

箱式變電站的優點主要體現在自動化程度高，箱體性能可靠，設計方式相對靈活，工廠預制化安裝快捷。現代信息技術發展促使鐵路變電站發生很大的改變，低壓控制中應用微機保護技術，配合計算機技術解決人為操作提供自動化系統運行效果。數據收集整理中提高數據的可靠性，有效開展遠程監控操作，節省大量鐵路運行成本，有效監控箱內溫濕度與設備運行參數，提高其安全性。箱式變電站受到現代科技的支持，得到了廣泛的應用，滿足了國際標準體系認證要求，為提高箱體自身性能可靠性，需用鍍鋁鋅鋼塑箱體外殼，可選用集裝箱標準型材制造框架，夾層具有良好的防火等性能，保證外界±40 ℃不會影響箱變箱體安全。

箱式變電站內部結構設計更加緊湊，布局合理，箱體體積小，箱體安裝根據環境等方面因素確定合理的作業方案，更好地滿足供電需要，一體化箱體占據空間較小，能夠節約成本。常規鐵路變電站建設中需要耗費大量的資金，箱變建設安裝僅需考察工程實際情況，在工程預制到現場組裝，箱變制作到使用僅需一周時間。

3 箱式變電站內部元件選型技術要點

10 kV容量的電力用戶，其高壓負荷開關常用于開斷負荷電流，10 kV箱式變電站設計時，通常采用高壓負荷開關加熔斷器代替高壓熔斷器，可以提高設備綜合經濟投資效益。由于高壓負荷開關實現開關變電站系統負荷電流，熔斷器實現系統故障短路電流。高壓斷路器與加熔斷器相比造價較高，不適于內部空間狹小的箱式變電站結構。

箱式變電站變壓器通常選用節能型干式配電變壓器，根據電力負荷特點選擇變壓器容量，單臺配電變壓器設計容量不超過1 250 kVA，如統計負荷容量較大選用2臺變壓器切換運行，干式變壓器不需檢查油溫、油壓等特性參數，具有阻燃等優點，在其設計中成為優選的變壓器類型。根據使用環境條件等要求，可加裝防凝露等自動控制系統裝置，殼體結構應具有良好的耐久性，10 kV末端箱式變電站如容量小于500 kVA，建議選用非金屬殼體。

普通配電房中選用的低壓配電柜按低壓配電功能單元組合布置，分為進線柜、饋線柜等，其內部集成度較高，通常包括進出線、補償功能，為減少低壓柜的占面，應優化低壓電器布置結構。選用多功能的萬能式斷路器，配有短路短延時、失壓分勵等多種自動脫口器，構成完善的綜合保護系統，分支饋線電路應選用塑料外殼斷路器，利用熱脫扣裝置，提高饋線回路安全性。

4 箱式變電站設計技術要點

選擇箱式變電站變壓器容量要以電力用戶負荷特性為依據，考慮電力負荷未來發展，如電力負荷未來一段時間內進行電力規劃，負荷容量存在不大變動，箱式變電站變壓器容量選型可考慮5年內電力負荷波動情況，要求變電站當年運行負荷不低于變壓器容量的30%箱式變電站運行中溫升效應主要取決于自身殼體結構，配電變壓器形式，選型中應考慮溫升設計富裕度，高點電器設備允許溫升按照《高壓開關設備標準共用技術要求》低壓電器設備按照《低壓開關設備新標準》中技術要求進行設計。

5 箱式變電站在鐵路供配電系統中的應用

車站信號，二級負荷中供電采用雙路電源，兩路電源引入箱變中，與鐵路電力自閉電源連接，設計的箱式變電站中組合了雙電源檢測裝置，變壓器等系統，安裝在鐵路線路附近，可實時監控高壓線路故障，通過遠程終端RUT監控車站信號電源等參數，通過2 M專用鐵路光纜連接調度站與被控站。主控站得到配電所信號，電流等信號統一監控。 車站綜合變電站負責設備等三級負荷供電，變壓器在100 kVA左右，鐵路電力貫通電源提供接引電源。

以某隧道供電為例，隧道直線長度≥1 000 m隧道中照明采用固定照明方式，為保證隧道內空氣質量等，需機械強制排放，要依靠電源供應保證正常運轉。選擇在隧道壁預留洞口安裝箱變，用于為隧道內提供電源。隧道中的箱式變電站電壓等級為10 kV，強制排風風機電源為隧道出入口35 kV箱變，設備呈現一字型排列，包括主變壓器箱10 kV開關箱，35 kV開關箱，隔層氣樓結構充分保證主變箱等電氣設備通風散熱。為避免設備滲漏引起停電事故，主變，電壓互感器采用干式設備，箱體內配有監控報警系統，便于及時采取措施。采用DSA微機控制系統保證電流與測控電流分別輸入，具有良好的抗震性，有較長的使用壽命，能夠降低設備故障率。

在大型樞紐戰場改造中，需設置開閉所，由于既有場坪有限，無法按常規方式建設，設計為獨立箱式變電站，箱式開閉所兩路電源從正線上下行引入，實現閉鎖功能，專用于電氣化鐵路開閉所產品。將高壓斷路器、隔離開關、饋線保護柜、遠東設備等組合。樞紐站場空地安裝降低既有線路運營干擾，實時監控正線上下行網壓，樞紐站場供電運行參數通過集成在箱變的遠程終端接入遠動系統受到監控。利用專用鐵通電纜為通信數據通道，采用環引方式實現調度站的通信，將開閉所主要開關狀態，電壓等參數傳輸至調度端主控站。

6 結語

國民經濟的發展離不開交通事業的進步，供配電系統在鐵路交通中發揮重要的作用，與國民經濟持續發展有密切的聯系。為保證鐵路運輸系統發展，要不斷完善電力系統。箱式變電站相比傳統鐵路變電站有很大的優勢。