高速鐵路牽引變電所改造技術

李 濤

(中國鐵建電氣化局集團有限公司 北京 100043)

1 前言

隨著高速鐵路的飛速發展，列車密度不斷增大，鐵路牽引供電系統負荷大幅增加[1－2]，使得諸多設備供電能力緊張。牽引變電所作為電氣化鐵路運輸的動力來源，已經無法滿足牽引負荷的要求。為了確保高速鐵路安全暢通，需要對鐵路牽引變電所進行擴能改造。既有牽引變電所擴能改造，要求不影響既有設備的正常運行，主要是指不影響給接觸網供電，施工過程中可短時間內沒有備用供電；出現故障時，隨時停止作業，短時間內可恢復備用供電；每日作業結束，必須恢復備用方式。其作業范圍、安全距離以及安全防護均應符合牽引變電所安全規程要求。作業空間也應符合施工作業要求，確保作業按工藝進行，保證安裝、調試要求，達到施工質量標準。

對于現階段高速鐵路牽引變電所的改造，需要在改造前后注意多個方面的技術控制，也需要在分段進行施工作業的同時，做好一系列的前期準備工作。根據各種改造技術的運用，現將高速鐵路牽引變電所擴能改造工作劃分為技術準備階段、技術實施階段，以及其余區間的改造內容等進行分析探討。

2 首例高鐵牽引變電所改造項目概況

李營牽引變電所隸屬北京至雄安新區鐵路區間調度所新增北京段管轄區域，位于北京市豐臺區白盆窯，為京滬高鐵以及北京動車段等營運車次提供牽引負荷供電。改造之后的李營牽引變電所，要求維持兩路三相電源，拆除現有變壓器，并將全部負荷接至更大容量的變壓器上，為原有京滬高鐵牽引負荷供電；另外新增兩臺同容量的單相接線牽引變壓器，保障京雄鐵路牽引負荷供電，單母線執行分段接線型式，饋線則采用上下行互為備用方式。

改造過程中需要對全所的綜合自動化系統進行一并改造換新，并采用兩種方式確保期間變電所的主變有效運行。綜自改造技術的運用發揮，在整個改造的過程當中，都將影響到整個高鐵的有效運行，并對牽引所造成相應影響。這就要求牽引所自身能夠為分段綜自系統的改造做好前期工作準備。

3 牽引變電所改造技術準備

考慮到施工過程對設備安全運行的影響，牽引變電所施工要把安全放在首位，所有環節都必須在安全的條件下進行，因此所有施工步驟必須有序進行。

編制專項方案:細化總體方案，使每個工序都有詳盡具體的施工方案；另外每個施工方案需要編制相應的應急預案，確保整個施工過程安全可靠。

技術交底:對現場技術人員和作業人員進行技術交底和安全交底，使現場每一個作業人員了解和熟悉施工方案、應急預案、施工過程的危險源等。

對于既有綜自改造的技術準備，應將既有設備的二次接線進行緊固，并在需更新保護測控屏前制作基礎槽鋼，且與原有基礎槽鋼保持一致標高。施工部位使用防塵布進行隔離，現場配備抽風設備，并保持室內的良好通風，隨時將產生的灰塵排至室外；新保護測控屏的排列順序應與舊保護測控屏朝向保持統一，并與原有屏體以及槽鋼進行固定。

除了硬件設備的前期技術準備外，還應當根據變電所當前運行方式，減少進線側電源的倒接次數，從而節約部分倒接所花費的時間。在對設備進行更換時，要求優先更換備用電源系統設備，尤其是前期的配套或者天窗點外的設備可先行改移。

4 系統改造流程及實施技術

牽引所技術改造流程見圖1。

圖1 牽引所技術改造流程

4.1 分段綜自系統改造技術運用

首先將原有開閉所所屬的開關柜切換至其他開關柜，并將其中的高壓電纜一并進行倒切，同時將其編號進行互換。所調換的開關柜應盡量處于同一開關柜室內，一方面是基于日常管理的實際操作，另一方面是為避免高壓電纜遷移過程中，由于預留長度不足、通行軌跡受阻等問題存在安全隱患。

上述工序完成之后，可在剩余饋線綜自系統改造環節當中，采用單回路供電系統以支撐動車所的正常運行。若在高壓電纜拔除過程中造成了電纜頭的損壞，應立即現場重新制作電纜頭，因此施工現場需要配備電纜頭制作人員以及臨時應急所需的插拔式電纜頭若干和電纜耐壓試驗儀器，以求保證在有限的改造天窗時間內進行有序操作，否則應當利用次日后續的饋線綜自系統改造天窗進行施工。

無論是在母線改造過程還是在饋線改造過程中，發生天窗時間無法有效完成既定改造任務時，則強制要求閉合接觸網上下行并聯開關，從而進行定值的有效修改。次段綜自系統改造依舊遵循該順序，實現一個天窗點內完成一條饋線的改造，并逐步更換完畢現有開關柜的高壓電纜，從而最終有效保障綜自系統改造目標。另外在改造過程中，需要注意帶電設備的帶電區域變化，在區域內設置好各接地封線以及警戒帶，停電區域送電之前需要將施工人員及時撤離送電區域。

4.2 變壓器更換技術

在牽引變電所變壓器就位作業前，應當編制完善的就位作業組織方案，利用進線系統倒相序時間，對主體變壓器進行推移更換就位[4－6]。

在分段改造間隙應當及時更換變壓器，在拆除低壓側母線、高壓電纜、二次電纜之后，整體推移變壓器。在推移期間應將高壓電纜的接線區域進行隔離，而施工人員在該過程當中，嚴禁在隔離區域停留，且禁止進行任何作業內容。所有參與變壓器安裝的人員均要求穿緊袖口工作服，口袋內不準攜帶任何物品，安裝使用的每一個工具均要系好白布帶同手腕栓牢。均使用呆扳手，并采取各種措施防止將料具掉入設備內部。吊運及安裝設專人監護，保持設備與帶電部分保持足夠安全距離。

若傳動試驗及自投試驗成功，可利用天窗將高壓側接線拆解并固定，確保與周邊接地體的安全絕緣距離，為階段性綜自系統變壓器的更換提前做好準備；反之，應當迅速將設備恢復到原有的工作狀態，確保不影響變電所的按時恢復送電系統，并在過程中查找相關導致試驗失敗的主要原因，總結經驗用于再次試驗的實施。

在主體變壓器更換完畢之后，需對進線系統進行改造，并在改造期間做好相應的應急處置方案。該改造技術的目標在于改造之后新舊綜自系統能夠在單線出現跳閘情況之后，及時進行倒閘；隨后申請施工天窗對原有的變壓器進行沖擊，從而進行空載試驗，確保舊線故障期間能夠轉化變壓器；最后再次重復上述動作，確保系統完成全部更換。

電纜、電纜頭敷設到位之后，利用原有電纜接入新增開關柜天窗，并將斷路器與高壓電纜進行連接，成為母聯斷路器，最終將變壓器由冷備轉化成熱備。在進行二次舊電纜的拆除工作時，應當認真核對施工設計圖紙與實際布線的情況是否吻合，并征得運營單位以及監管人員同意后方可實施，若在操作過程中發現問題，應當立即上報并做必要的防護措施。

4.3 新增型綜自系統設備安裝技術

新增設備包括集中接地箱、高壓開關柜、綜自盤、網開關屏、交流屏以及變壓器附件、在線監測等裝置安裝。這些設備在施工期間都強制要求做好相應的安裝安全防護技術措施，即在施工之前都要將現有的運行設備用警戒帶進行有效隔離，嚴禁施工作業人員進入隔離區域，從而確保施工人員自身安全以及各設備的有序運行。

首先，新增的集中接地箱，應安裝在室外電纜溝上，并根據施工設計圖紙相關要求，對集中接地箱安裝位置進行加固，避免安裝過程中由于基礎出現失穩導致接地箱出現傾斜；其次，新增高壓開關柜的安裝，根據安裝要求進行基礎槽鋼制作，并根據安裝數量以及位置增設電纜橋架來滿足高壓開關柜的電纜敷設。在安裝完畢之后需進行單體試驗，并做適當調試。對新增綜自盤、網開關屏、交流屏進行安裝，可充分利用原有預留的基礎槽鋼，當長度不能滿足需求時可適當加長。在施工天窗內從既有交流盤母線接引兩路電源至新安裝交流盤，進行新安裝交流盤調試試驗。在進行新二次電纜敷設前，應當先行整理好原有二次電纜，為新二次電纜敷設騰出空間。為了方便在綜自系統改造之后拆除原有二次電纜，應將接線產生的垃圾進行清理。由于新增變壓器主體龐大，對各項附件進行調試都應在寬闊區域進行。在線監測裝置主要是電纜頭以及SF6的安裝，都需進行必要的接入調試[7－9]。

4.4 過渡期綜自系統自投的技術改造

過渡運行期間，將兩主變測控裝置進行自投配合，改變以往正常運行階段的單組主變保護測控，即通過采集兩變壓器之間的信號將對應斷路器退出后進行拆除，改用同側位置信號代替。而通過技術改造能夠使得既有綜自系統在保護測控軟件的前提下，無需進行任何變化，僅需根據實際運行需求進行調整即可，并按設計部門提供的過渡期間運行方式來設定值，從而保護取值在可控的合理范圍之內。而當保護整定值出現較大偏差時，則只需重新對相關取值范圍進行設定。這樣將斷路器控制合閘回路與控制分閘回路端子進行短接時，可實現多點位之間的兩兩短接，及時通過自投技術改造系統發出分、合閘指令，從而避免了穩定運行的軟件更改之后，可能產生的不確定風險因素[10－12]。

為了進一步實現既有綜自系統在過渡運行時，各裝置保護測控能夠與實際運行設備形成完全對應，應當在其運行階段將開關柜的主變更換到已經退出運行并拆除的對應信號的并接位置，通過調度提示，確保改造期間的位置信號能夠同步，正確反映出自投功能的運行狀況。當更換內容涉及到主變運行方式的改變時，需要根據定值及時確定是否修改“主變備”的低壓側保護值，以便保障原有運行方式能夠滿足技術改造過渡期的定值差額。通過后期技術觀察以及運行記錄，可以發現該項技術改造僅需綜自系統供應廠商依據日常運行保養服務內容，對該系統裝置軟硬件進行保養就可以實現過渡期間的正常自投。

為避免改造過程中發生故障出現解列問題，技術改造之前編制完善越區供電應急預案，即由相鄰的牽引變電所對本區提供必要的越區供電，并在AT所、分區所和末端解列變電所處實現上、下行牽引網全并聯供電，保障編組列車能夠以正常時速運行。

5 結論

作為高速鐵路牽引變電所首例綜自系統改造項目，在實施過程當中，本著充分利用現有牽引變電所空間以實現在有限空間以及時間節點上的綜自系統的更新以及增容改造，從而促進高速鐵路正常運作下，各個牽引變電所的逐步轉型以及技術推廣，使得既有牽引變電所能夠滿足當前高速鐵路營運需求。在后續的類似改造項目中，結合此次首例改造所總結出的寶貴經驗，使得整體高速鐵路牽引變電所綜合自動化系統改造技術更加成熟、穩定，最終實現高速鐵路的飛速發展。