哈大鐵路客運(yùn)專線特殊牽引所設(shè)計

王西勤

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司電化電信處，天津 300251)

哈大客運(yùn)專線在路網(wǎng)規(guī)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(jìn)線電源電壓等級為220 kV，傳統(tǒng)的AT牽引所一般采用戶外中型布置的設(shè)計模式，具體有2種布置方式。一種是220 kV高壓側(cè)及27.5 kV低壓側(cè)供電設(shè)備均采用單體設(shè)備，戶外布置，另一種是220 kV高壓側(cè)供電設(shè)備采用戶外布置，27.5 kV低壓側(cè)供電設(shè)備采用GIS開關(guān)柜，設(shè)置于戶內(nèi)，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(shè)計方案可能無法實(shí)施。本線遼陽牽引所由于征地困難，面積狹小，設(shè)計采用了高低壓側(cè)主要設(shè)備均為GIS開關(guān)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(shè)計

牽引變電所進(jìn)線側(cè)主接線采用分支形式，在進(jìn)線上設(shè)置計費(fèi)及保護(hù)用的電壓互感器，在進(jìn)線隔離開關(guān)和變壓器斷路器間分別設(shè)置電流互感器。所內(nèi)設(shè)置4臺單相牽引變壓器，兩兩組合成Ⅴ接，一組運(yùn)行，一組固定備用。計費(fèi)采用高壓側(cè)計費(fèi)方式。

2×27.5kV側(cè)采用單母線分段的接線形式，饋線斷路器通過網(wǎng)上并聯(lián)電動隔離開關(guān)實(shí)現(xiàn)上下行互為備用方式。具體見圖1。

220 kV高壓側(cè)每一回進(jìn)線的斷路器、隔離開關(guān)、流互、壓互及避雷器等采用GIS開關(guān)柜設(shè)置，為方便設(shè)備檢修，斷路器兩側(cè)的隔離開關(guān)均配有接地開關(guān)，起到斷路器檢修時兩側(cè)接地的作用，同時接地隔離開關(guān)與隔離開關(guān)組合在一起，共用1套動觸頭系統(tǒng)，不僅使GIS設(shè)計更緊湊而且徹底避免了接地開關(guān)與隔離開關(guān)同時合上的可能性事故。且解決了隔離開關(guān)和接地開關(guān)難以實(shí)現(xiàn)機(jī)械聯(lián)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(lián)三相電抗器中性點(diǎn)小電抗接地和GIS上加裝快速接地開關(guān)［1］，由于該地區(qū)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(jìn)線刀閘外側(cè)設(shè)置快速接地開關(guān)，用以熄滅潛供電弧。

圖1 主接線圖

2 房屋平面及室內(nèi)相關(guān)設(shè)計

房屋中間采用兩層設(shè)計，兩頭為一層，其中一層房屋，中間設(shè)置27.5 kV GIS高壓室，所用變壓器室等，要求室內(nèi)凈高為3.5 m，且下面設(shè)置半地下式電纜夾層，兩頭則分別設(shè)置220 kV GIS高壓室，室內(nèi)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(shè)置控制室，檢修室及休息室等，室內(nèi)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(guān)設(shè)備室內(nèi)部分采用化學(xué)錨栓固定，室內(nèi)不做基礎(chǔ)土建預(yù)留，但GIS室內(nèi)地面結(jié)構(gòu)層厚度要大于220 mm，以防化學(xué)錨栓固定時，受力點(diǎn)強(qiáng)度不夠，同時設(shè)置高強(qiáng)度水泥壓光地面并刷漆，平整度符合有關(guān)要求。

為方便設(shè)備的裝配及檢修，室內(nèi)設(shè)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(dú)設(shè)置電纜夾層，僅在室內(nèi)設(shè)置電纜溝。電纜通過電纜溝進(jìn)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(jìn)入控制室。

3 總平面布置設(shè)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(fèi)用，故采用高低壓側(cè)主要設(shè)備均為室內(nèi)布置的GIS開關(guān)柜，220 kV牽引變壓器為室外布置的設(shè)計方式。同時考慮220 kV電纜費(fèi)用較高，外電源的進(jìn)線采用架空方式引入，在房屋的二層頂部橫梁處預(yù)埋吊環(huán)，受力不小于每處4 kN，作為外電進(jìn)線的接入點(diǎn)，220 kV GIS設(shè)備的高壓套管穿過房屋，接線端子設(shè)置在室外，分別通過架空線接到外電源進(jìn)線及牽引變壓器上。由于所內(nèi)設(shè)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(shè)置防火墻，牽引變壓器的高壓出線采用電纜，通過室外設(shè)置的電纜溝進(jìn)入電纜夾層，最終接到27.5 kV GIS開關(guān)柜上，具體見圖4。

由于鐵路用的單相電，其導(dǎo)線和金屬護(hù)套的關(guān)系可以看做是變壓器的一次繞組和二次繞組，當(dāng)電纜中通過電流時，其周圍產(chǎn)生的磁力線將于金屬護(hù)套交鏈，使護(hù)套產(chǎn)生感應(yīng)電壓。感應(yīng)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(hù)套兩端同時直接接地，則在金屬護(hù)套中就產(chǎn)生電流，這樣導(dǎo)體和護(hù)套將同時發(fā)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(hù)層接地采用一端接地，一端用護(hù)層保護(hù)器接地，這樣當(dāng)護(hù)層的電壓達(dá)到50 V時，護(hù)層保護(hù)器瞬間動作，釋放電流，達(dá)到保護(hù)電纜的作用。

4 220 kV GIS開關(guān)柜技術(shù)要求

采用全鋁合金外殼的設(shè)計，渦流損耗少，表面溫升低，防銹性能強(qiáng)，而且質(zhì)量輕，可以大大節(jié)省土建費(fèi)用。

采用三相共筒設(shè)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(nèi)，通過環(huán)氧樹脂澆筑絕緣子支撐和隔離［2］。三相共筒的優(yōu)點(diǎn)有:電場強(qiáng)度比單相式減少約30%，因而不易發(fā)生電氣故障;SF6氣體密封面和結(jié)合面減少，大大減少了漏氣率;省去了相間復(fù)雜的連桿和連接件，從而簡化了操動系統(tǒng)，降低了操作機(jī)構(gòu)的故障率;緊湊性更好，質(zhì)量更輕，便于完整間隔出廠試驗(yàn)和整體運(yùn)輸。

在母線上通常裝設(shè)有伸縮節(jié)，該伸縮節(jié)主要有以下2個作用:一是補(bǔ)償母線上的熱脹冷縮，以延長密封系統(tǒng)和絕緣系統(tǒng)的壽命;二是便于中間間隔的拆卸，可以通過拆除伸縮節(jié)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(guān)與維修用接地開關(guān)組合在一起，共用1套動觸頭系統(tǒng)，不僅使GIS設(shè)計更緊湊，而且徹底避免了接地開關(guān)與隔離開關(guān)同時合上的可能性事故。

GIS在結(jié)構(gòu)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(nèi)部電弧的影響。電弧效應(yīng)應(yīng)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(nèi)，將故障隔室或故障段隔離以后，余下的設(shè)備應(yīng)具有繼續(xù)正常工作的能力。長母線應(yīng)分成幾個隔室以利維修和氣體管理。當(dāng)相鄰隔室因漏氣或維修作業(yè)而使壓力下降時，隔板應(yīng)能確保本隔室的絕緣性能不發(fā)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(yīng)提供機(jī)械安全性。充有SF6氣體的隔室間的隔板，不應(yīng)出現(xiàn)任何影響2種介質(zhì)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(shù)字式的多功能測控單元，實(shí)現(xiàn)對一次回路的控制(遠(yuǎn)方、就地操作等)、監(jiān)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(jī)構(gòu)未儲能、斷路器隔離接地刀開關(guān)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(lián)網(wǎng)的通信接口，控制柜上設(shè)就地/遠(yuǎn)方操作切換開關(guān)，實(shí)現(xiàn)就地—遠(yuǎn)方選擇操作，端子排上應(yīng)留有遠(yuǎn)方控制合閘、分閘操作，遠(yuǎn)方監(jiān)視合閘及分閘位置的端子。T同GIS內(nèi)的相關(guān)開關(guān)之間的閉鎖采用硬接點(diǎn)閉鎖。

5 結(jié)論

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

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