高速鐵路牽引變電所常見設計、施工問題研究

唐德銀

（中國鐵建電氣化局集團第五工程有限公司，四川 成都 610091）

高速鐵路配套建設的牽引供電系統主要包括牽引變電所、牽引網以及電力機車。其中，牽引變電所承擔著降壓、分相的功能，為牽引機車供應電能。建設牽引變電所，主要包括兩部分施工內容，一部分是建筑施工相關內容，另一部分是安裝調試各項電氣設備的施工內容。牽引變電所的建設施工質量對各項電氣設備的運行質量具有決定性影響。為保障各項電氣設備的穩定可靠運行，減少故障，要從根源上重視牽引變電所的設計施工，確保牽引變電所的建設施工質量。

1 牽引變電所建筑工程設計施工存在的問題

牽引變電所主要包括以下建筑工程：各類隱蔽工程，包括敷設地網和配設接地裝置、防腐處理等；房屋土建涉及的各類支柱基礎施工。牽引變電所包含的各類建筑工程在設計施工方面存在的問題如下：（1）設備接地線存在嚴重腐蝕的不良現象。究其原因，未能采取全面有效的措施對設備接地線實施防腐處理，導致一些設備接地線遭到嚴重腐蝕；未能針對銅鋁接觸面實施有效的搪錫處理，導致搭接面形成電腐蝕。（2）受工期、建材等因素影響，房屋建筑和各項設備基礎缺乏足夠的強度，其支柱發生傾斜、墻體形成開裂，甚至發生倒塌。（3）房屋建筑和電纜井發生滲漏。電纜溝容易形成嚴重的積水，房屋建筑容易形成嚴重滲漏。究其原因，在壘砌修筑電纜溝時，未能嚴密封堵電纜口，導致電纜溝灌水形成嚴重積水。屋頂缺乏足夠的坡度，難以快速將積水排出，在冬季，部分地區屋頂積水還會結冰，進而將排水口堵住，導致屋面發生滲漏。未能做好防水相關處理，僅將防水涂料涂刷在電纜溝內側，未對外側涂刷防水涂料，縮短防水壽命，引發嚴重漏水。季節、溫度等因素變化，會對屋面產生不良影響，引發屋面變形，產生裂縫，進而形成滲漏。（4）沿線設置的變配電亭未能設計配置生活用水供應系統。高速鐵路沿線設置的供電設備，普遍采用遠程操控設計，其運行無須派人值守。因此，在設計之初，未配置生活用水供應系統。但開通運行變配電亭的初期，各項設備處于運行過渡的階段，需要安排相關人員值守。設備運行穩定后，每年度均需要對設備進行維護清掃，這些活動的開展均需要對之供應生活用水。變配電亭未設計配置生活用水供應系統，即對上述活動的開展造成阻礙。（5）變配電亭附近道路存在的問題。高速鐵路的線路選址通常會規避主要干路和居民區，以減少拆遷補償耗費的成本。牽引變電所普遍設置于高速鐵路沿線，通常盡量對供電電纜的實際長度進行縮短，降低電纜被破壞的概率。對此，牽引變電所通常在距離公路較遠的地方建設。在安裝各項設備期間，施工單位通常臨時鋪設砂石路，用于將相關物資運送至場地。進入牽引變電所的道路長期承受重載運輸，臨時鋪設的砂石路被破壞殆盡，加上各類惡劣天氣，諸如雨、雪的影響，導致進入牽引變電所的道路泥濘難行，各類車輛難以進入牽引變電所。

2 牽引變電所電氣設備安裝工程存在的問題

牽引變電所涉及的安裝電氣設備的相關工程包括：在室內、室外安裝一次高壓設備和二次高壓設備、安裝調試二次系統綜自系統、安裝調試遠動系統等。上述工程存在的問題如下：（1）負責安裝電氣設備的工作人員缺乏較高的技術水平和綜合素質，在安裝過程中未能嚴格遵循相關標準。牽引變電所需安裝多個廠家的不同設備（220kV 隔離開關、220kV 斷路器、牽引變壓器、27.5kV 高壓開關柜、27.5kV 斷路器、27.5kV 隔離開關、交直流屏柜、綜自保護屏等），不同設備安裝時，采用的安裝標準和安裝工藝方面存在的差異較大。安裝人員采用不恰當的方法對設備進行安裝，難以快速準確完成設備安裝，易造成重復施工，甚至引發設備故障，影響高速鐵路的正常行車。（2）施工單位未能高度重視并有效保障安裝電氣設備的質量。部分施工單位片面重視安裝主體設備，相對忽視對系統進行調試，而負責接收的相關單位，則缺乏充足時間檢查驗收設備調試的各項內容，導致設備運行需要反復調試，并存在大量控制、聯動方面的缺陷。（3）敷設安裝電纜存在的問題，主要表現在如下方面：電纜頭質量不合格，縮短電纜的使用運行壽命。在制作電纜頭的實際過程中，制作現場較為臟亂的環境下，存在諸多雜質，極易進入電纜頭內，對其絕緣強度造成不良影響，甚至縮短其使用壽命。在敷設電纜的過程中，未對電纜溝進行修砌，直埋電纜容易導致電纜運行遭受外力因素破壞。在敷設電纜的操作過程中，電纜外皮發生損傷。對電纜實施放線操作時，部分施工單位未能嚴格遵循相關要求對放線滑輪進行使用，導致電纜外皮發生損傷，縮短其使用壽命，甚至引發接地故障。（4）數據采集和監視控制系統在調試后期存在較多遺留問題。在設備開通運行之初，發生頻繁拒動和誤動現象，還存在開關位置錯誤的問題。當遠程控制系統發生失效后，需安排相關人員到現場實施維修操作。

3 解決牽引變電所常見設計施工問題的措施

高質量的房屋建筑、各項電氣設備安裝工程設計施工，是保障設備穩定可靠運行的根本。要從根本著手，有效控制解決各類問題，消除隱患，保障各項電氣設備實現穩定可靠運行。具體可從以下方面著手：（1）設計部門應對現場展開深入全面的考察調研，對設備運行和維護檢修存在的各類問題形成清晰明確的了解和全面準確的把握，從設計層面著手，有效解決相關建筑、設備使用運行后發生的問題。（2）對施工過程加強監管，有效控制施工質量，由負責接管運營電氣設備的單位設置提前介入工作小組，從施工階段即對施工質量進行監控。（3）嚴格遵循設計要求開展施工。例如，路面承載大型重載設備運輸后，要及時修復發生破損的砂石路，并對之進行硬化，延長道路使用壽命。（4）牽引變電所與相關設備廠家針對設備試運行簽訂盯控協議，督促重點設備廠家在設備試運行期間實施全程盯控，組織設備使用和維護檢修人員開展系統全面的技能培訓，并全天24 小時提供技術支持，保障設備運行的穩定性和可靠性。（5）安裝設備完成后，僅從通過外觀對之實施檢查，無法直接對設備內部情況作出判斷，對此，要對安裝完成的設備重點實施電氣絕緣監督，對于充油設備要重點實施油質絕緣監督，及時找準設備內部存在的缺陷和隱患。（6）在安裝調試SCADA 系統時，對之實施重點盯控。開通客運專線后，對相關設備實施為期一年的整修，確保所內各項設備保持正常運行，對于系統存在的解決難度較大的聯調問題，要盡量提前進行系統施工，騰出充足時間對設備聯調問題進行解決，確保設備正常穩定運行。（7）強化相關人員培訓。施工單位、設備驗收單位以及運行接管單位，均要篩選具有較高技術水平和業務素質和較強學習能力的工作人員參加相關培訓，并匯總實踐經驗，培養高素質的專業團隊，保障設備安裝質量和設備安全穩定運行。

4 牽引變電所相關設施設計建設

4.1 設備基礎

遵循場坪承載力≥150kPa 的要求，對設備基礎進行設計，采用混凝土基礎。設備基礎采用C30 等級的混凝土，墊層采用C25 等級的混凝土。當現場地質條件與設計要求不符時，要將現場實際情況作為依據，因地制宜地實施基礎處理。

4.2 進場道路

牽引變電所均需建設進場道路，以滿足運輸設備和開展日常維護工作的使用需求。要根據大型設備運輸和消防要求，對進所道路路面寬度進行確定。通常，牽引變電所路面寬度為4.5m，其余路面寬度為4m。

4.3 場坪排水

對于場坪內部，要做好排水設計，避免牽引變電所內部出現積水。場坪適宜采用0.5%的設計坡度，要根據場坪附近地勢對排水方向進行合理設計。室外電纜溝適宜采用1%的排水坡度設計，電纜溝邊沿要高度地面100mm，避免場坪向溝內流水。電纜溝應與場坪排水方向相結合，通過統籌考慮，合理設計排水方向。當出現排水困難的狀況時，應在端部對集水井進行設置，通過人工機械進行排水，避免溝內出現積水。

5 SCADA 系統技術方案

5.1 設置調度所

依托現有的高鐵調度系統，對電力牽引調度臺進行設置，實時控制牽引供電所各項設施的實際運行狀態，對之進行監視，并采集相關數據，以自動化方式對供電設備實施調度管理。由各被控站設置的綜合自動化系統負責執行端的數據采集、數據發送，并對調度主站下達的各項命令落實執行，系統具備遙測、遙信以及遙控等功能。對系統配套設置調度員工作站，據此開展日常調度和相關操作，實施調度管理。配置通信接口設備，接于通信接入交換機和通信系統傳輸設備之間，對遠動通道涉及的各類接口進行實時轉換，據此完成主站系統與各被控站之間的數據通信。

5.2 遠動范圍

對綜合SCADA 系統進行設置，沿線牽引變電所、接觸網開關站等作為該系統被控站。通過牽引調度臺實時控制牽引供電設施，對之進行監視，并采集相關信息，以自動化方式對供電設備實施調度管理。

5.3 通道構成

遠動通道實施雙環形通道結構，包括主用通道和備用通道，兩類通道保持各自完全獨立的狀態，不能實施互訪。各被控站和調度中心均采用兩路FE(E)接口作為通信接口；沿線納入遠動的接觸網電動隔離開關通過點對點光纖數據通道就近接入相關所亭，并向調度中心上傳。各所至供電段均設置相應的維護通道，向供電段上傳各類信號，包括油色譜在線監測、電纜在線監測以及環境監控等信號。牽引變電所與相鄰AT 所、AT 分區所之間設置故障測距維護通道，對光纖通信進行采用。

5.4 系統構成及其技術要求

綜合SCADA 系統對分層分布式結構進行采用，系統主要包括調度管理層、通信傳輸網絡層以及現場設備層。其中，通信網絡層主要包括連接調度所和現場設備的通信傳輸承載網絡。現場設備層主要包括沿線設置的綜合自動化系統以及接觸網開關監控系統。

5.5 接觸網開關監控系統主要構成

該系統主要包括監控主站、監控子站以及網絡通信設備。子站設備在沿線網上開關處集散布置，與開關采用同址安裝，主站設備和各子站設備之間利用光纜構建現場總線，幫助主站與子站各自的設備相互傳遞信息；各監控子站利用控制電纜連接管線范圍相應的開關操作機構。

將主控屏設置在牽引變電所亭內部的監控主站，將主控制箱設置在牽引變電所亭外的監控主站。主站設備對可靠性較高的工業計算機進行采用，具有美觀大方的外形。通過綜合自動化系統將數據向調度端上傳，據此實施遠程監控。主站設備與子站設備通過高性能光纖網絡搭建數據通道，形成現場總線。

6 結語

綜上所述，高速鐵路配套建設的牽引變電所工程設計施工質量對相關電氣設備運行質量和可靠性具有直接影響。對此，要增強設計合理性，保障各項設備施工運行質量，減少設備發生故障的可能性，延長各項設備的使用壽命，減少設備維修，重點應做好牽引變電所相關設施設計建設，并設計科學的SCADA 系統技術方案，保障設備的穩定可靠運行。