預裝式牽引變電站在鐵路牽引變電站工程中的應用

杜康

（中國鐵建電氣化局集團有限公司北方分公司，太原 030053）

1 引言

作為鐵路電力系統運作中的一項組成部分，變電站在供電方面起著至關重要的決定性作用。傳統的牽引變電站在建設方面雖較保守，但依托時代與科技的飛速進步及國際化的市場要求，傳統的牽引變電站的建設也添加了一些更為智能化的方法，以實現項目的按時完成和項目的順利啟用。將先進的預裝方式作為變電站的突破和改進之一，貫穿于項目前期的設計、施工，后期的運維及調整，可以快速提升傳統的牽引變電站的工程建設周期，滿足新時代下高鐵項目在建設與運營方面的規范化及標準化要求。

2 預裝式牽引變電站概述

預裝式牽引變電站在鐵路供電系統中體現著重要的電力傳輸和儲存作用，基于國家電網“標準配送式”的全新理念，加之技術人員的大量研究與總結，最終將預制艙作為戶外變電站的主要建設形式，且保持其具備一定智能化的操作效果。作為電力系統中的一員“新寵”，預制艙在建設期間需要借助變電站的二次設備來做電力傳輸的載體，艙體結構比較明顯簡約。介于電網建設速度的快速提升及智能化的不斷展現，傳統的牽引變電站建設方案已經處于滯后狀態，伴隨著電網建設政策的逐步完善和統一，預制化、標準化、智能化、便捷化是當下電力工程系統在建設方面的最新要求，預制艙也由此應運而生，并得到了推廣。作為全壽命理念與標準化設計融合的產物之一，其所應用到的技術、材料、設備等都是最為先進的，結構涵蓋預制艙體、二次設備屏柜及艙體輔助等設施，并提前在專業的工廠內進行預制，合格后被第一時間運輸到施工現場進行安裝。其內部的二次設備都由廠家集成統一組裝，工廠化加工優勢非常明顯。智能化體現方面，也凸顯在設計、二次接線、施工及調試等工作量大大縮減等方面，簡化運維程序的同時，為電網的建設速度提供了一定的基礎保障[1]。

新興的預制艙兼具標準化、模塊化和預制化的智能特點，工廠可根據設備的自身柜體尺寸進行量身定制，便于設備在安裝結束后的高效運轉。尺寸方面，其在制作期間首先與集裝箱的具體尺寸進行參考，在此基礎上依據實際情況進行專業的改良，以標準性、適用性作為設備制造的目標。功能方面，其體現出較大的靈活性，制造期間從設備的不同參數、不同功能著手，將制作模塊細化為蓄電池預制艙、公用設備預制艙、交直流電源預制艙及間隔設備預制艙幾種主要類型，再依據不同的電壓等級對其進行子模塊的劃分。預制艙在被運輸到施工作業場地時，其艙體結構、內部設備及各級線路的安裝、調試等工作都已在工廠內被統一完成，以整體的預制形式運輸至作業場地，便于整個項目建設進度的順利完成。

3 預裝式牽引變電站建站方案分析

3.1 方案設計

傳統的牽引變電站項目在整個建設周期中，存在占地面積大、施工程序多、運維不方便等缺點，基于此，一種全新的預裝式牽引變電站建設方案順理成章地被項目引用。該建設方案在設備方面做了小幅的調整，用小型化氣體絕緣開關替代原有的電力設備，同時將整體的設備艙用于二次設備室的更換，將變電站內的主控樓生活房間換為標準的生活艙。

通過該方案的替換及實施，站內原有的土建房屋被標準高效的預制艙取代，實現工廠預制化的同時，也體現出項目建設的集成化，同時在制造和調試全部合格后，預制艙被運輸至施工現場，還可實現靈活的“隨插隨用”特點，以提升工程建設的整體效率。預制艙可在封閉的專有空間內獨立運行，伴隨著設備環境的狀態維穩，艙體內的各項設備均能發揮最佳的運作效果，同時還可隔絕小型動物的進入，降低變電站被破壞的可能，提升整個艙體的保護效果。除此之外，變電站內的人員與運行設備處于安全的分開狀態，實現人員保護的同時，也不影響整個變電站的高效運轉。介于預制艙占地小、維修快等特點，安裝時可將其進行整體吊裝，非常適合山區環境下的變電站建設。

3.2 站體模塊劃分

預裝式牽引變電站的設計可參照電力系統內成熟的模塊進行，介于牽引變電站的傳統性，在模塊細分方面需要做調整，具體可分為：（1）土建模塊，以預裝式的圍墻、構建物及標準化通用的基礎建筑結構為主要展現形式，具備高效率、快施工及濕地作業少等優勢；（2）高壓開關模塊，借助先進的HGIS開關設備，展現易施工、性能高、占地小的優勢；（3）二次設備模塊，此模塊為預制艙式的二次組合設備，具有整體安裝、線纜制作、現場插接施工等優勢；（4）低壓一次設備模塊，與二次設備模塊不同，該模塊為預制艙式一次組合設備，展現的優勢為整體安裝、線纜制作及現場插接作業；（5）變壓器模塊，最后一個模塊，涵蓋主變和自耦變兩種子模塊。

3.3 預裝式牽引變電站平面布置

預裝式方案借用二次設備預制艙及生活艙來取代原方案中的中控樓，以實現生活區與設備區的安全分離，同時便于后期站內的設備維護工作；采用小型化的一次開關設備，在設備維護、站址安全性等方面有提升。介于預制艙占地小、布局緊湊等特點，預制式牽引變電站的建站效率也得到了快速提升。方案中預裝式牽引變電站的平面總布局如圖1所示。

圖1 預裝式牽引變電站平面布置圖

4 預裝式牽引變電站組成模塊

4.1 土建模塊

土建模塊全站建設中唯一涵蓋濕作業的一次操作，該模塊在取消全站土建房屋的同時，將預制艙作為基礎的設備，大大降低濕作業的操作范圍，提升項目建設的安全性。選用的墻體材料為預裝式，整個施工現場工作人員只需建造基礎的圍墻，其通過吊裝的形式實現拼裝，快速且高效；站內通道改用預制水泥板+預制電纜溝相結合的統一形式，二次電纜和通信線纜利用地上槽盒方式予以解決，剔除傳統的電纜溝形式；基礎的道路和設備模塊等土建工作，只有艙體的尺寸和規格相對固定，才可在操作期間更加便捷，明顯地降低了施工作業的難度，也有效縮短了整個工程的建設進度[2]。

4.2 高壓設備模塊

該模塊的設立需借助先進的HGIS電器設備，在運行、維護和檢修方面具備一定的提升作用，安裝時也較為便捷，抗污和抗震性能也優于其他設備，使用期間發生停電的概率較小。

4.3 低壓一次設備模塊

方案在27.5 kV低壓條件下，配備了預制艙式一次組合設備，沿用Ⅲ型預制艙的尺寸，具體參數為2.2 m×2.8 m×3.2 m。艙體結構選用模塊化的拼裝結構，并將帶母線的插接技術用于開關柜處，型號為智能型的KEM-31.5充氣形式，以單列的形式逐一布置；艙體內分別放置4面進線柜和4面出線柜、2面PT柜、1面站用變壓器組合柜及1面配套用負荷開關柜和1臺低壓變壓器。同時在10 kV氣壓位置的貫通線部位設置了1面自用變開關柜和1臺1 kV變壓器。艙體內的所有二次設備控制系統的工作運行均處于封閉狀態，隔絕性能強，同時實現安全高效的雙重效果。此外，工作人員和設備區域處于安全的劃分狀態。預制艙也是在整體完成組裝和調試后被運輸至施工現場。

4.4 二次設備模塊

此次方案中的二次設備模塊先用預制艙式二次組合設備，在預制結束后被整體運輸至施工現場，安裝時采用吊裝方式一次性完成，大大提升施工的便捷性。該設備模塊依據功能劃分，同時兼顧變電站日后的擴建和檢修，在尺寸方面選用了12.2 m×2.8 m×3.2 m作為艙體設備實際參數，盤柜用雙列形式布置，兩側靠側壁各布置一列盤柜，同時在兩端預留出1.3 m的空間，便于艙門的順利開啟和后期檢修人員來回走動。具體布設如圖2所示。

圖2 二次組合設備預制艙布置圖

對于盤柜內不同電壓下的設備配置，可分別參照以下情況：

1P和4P：主變保護測控盤；5P和6P：饋線保護測控盤，電壓為27.5kV；5P：環境控制盤；8P：監控盤；9P：視頻監控盤；10P：網開關盤；11P：通信盤；12P：故障錄波盤；13P：計量盤；14P和17P：交直流電源盤；18P：蓄電池盤；19P：油色譜盤；20P：高壓電纜在線監測盤；21P到24P：備用盤。

4.5 主變模塊

主變模塊為牽引變壓器和AT所配置的節能型自耦變壓器，配置時選用油浸式、干式或非結晶型變壓器，對變壓器自身損耗和空載損耗有明顯的改善作用。

4.6 輔助生活模塊

該模塊選用標準與低壓一次設備模塊為一個模型，原有的中警衛室、生活室、會議室、資料室及工具室被現有的預制資料室、會議室、工具室取代，大大滿足小型值守站工作人員工作生活需求。

5 預裝式牽引變電站方案優勢分析

與傳統的牽引變電站建設相比，預裝式牽引變電站的優勢有以下幾點：

1）占地少，實現用地成本的節約性。本次預裝式變電站總占地面積為4 800 m2，小于傳統的牽引變電站面積，節省空間高達30%左右，在定期維護方面也具備一定的提升和優化作用。

2）具備智能化、標準化、機械化的特點。從設計到制作，再到最后的運輸和安裝使用，預制艙的便捷性和快速性體現得非常明顯，操作機械化，工藝水平先進，降低人力成本的同時，大大提升了電網項目的建設進度。

3）預制化優勢突出。預制艙以集中的方式在工廠內制作完成，合格后被運輸至作業現場，以吊裝的方式一次性完成安裝，省去土建施工的作業時間，可將建設周期提高20%左右。

4）使用壽命長，抗老化、抗震性、安全性、可靠性要明顯優于傳統的牽引變電站[3]。

6 結語

綜上，將預制艙體引入傳統的牽引變電站的建設當中，可有效提升整個工程項目的建設質量和使用質量，解決占地大、維修難、土建濕作業量多等短板問題。該項技術的成功應用，也加快了電網工程系統的建設和發展，適合山區地帶建設和使用，前景廣闊。