鐵路供配電系統(tǒng)中的箱式變電站運(yùn)用

(國家能源集團(tuán)神朔鐵路分公司，陜西 榆林 719300)

0 引言

鐵路在我國現(xiàn)代化建設(shè)中發(fā)揮重要的作用，我國鐵路總營業(yè)里程達(dá)到12萬km，電氣化率60%，預(yù)計(jì)2020年鐵路電氣化率達(dá)到65%，供配電系統(tǒng)是現(xiàn)代鐵路建設(shè)中施工設(shè)計(jì)必須考慮的內(nèi)容，鐵路供配電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行受到地質(zhì)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(yùn)行不良的影響。新時(shí)期背景下，鐵路供配電系統(tǒng)應(yīng)重視提高運(yùn)行的可靠性，為鐵路安全提供保障，箱式變電站的應(yīng)用滿足了鐵路供配電系統(tǒng)的安全運(yùn)行需求。

1 箱式變電站概述

鐵路是國民經(jīng)濟(jì)的大動(dòng)脈，鐵路電力部門擔(dān)負(fù)對(duì)鐵路指揮系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)供電的任務(wù)，鐵路運(yùn)輸事業(yè)的發(fā)展與電氣化程度提高，對(duì)鐵路供電可靠性要求不斷提高。鐵路負(fù)荷的特點(diǎn)是要求不間斷供電，負(fù)荷沿鐵路分布，對(duì)10 kV與35 kV電力線路的供電半徑，鐵路電力系統(tǒng)較長[1]。

箱式變電站是變配電成套設(shè)備，其中的配電裝置根據(jù)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(fù)荷開關(guān)等，主要功能是停送電與短路保護(hù)等。低壓室主要包括電流及斷路器等設(shè)備。變壓器室主要是為防止太陽輻射，通常為雙層夾板式結(jié)構(gòu)，頂板建設(shè)時(shí)需用到隔熱材料。變壓器需要經(jīng)常通風(fēng)散熱，采取有效的措施降低環(huán)境對(duì)設(shè)備的影響。

箱式變電站具有體積小、成套性強(qiáng)，能提供高供電質(zhì)量、縮短送電周期、對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、運(yùn)行安全可靠等系列優(yōu)點(diǎn)，箱式變電站在鐵路供配電系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。20世紀(jì)70年代后期我國從歐洲國家引進(jìn)箱變，由于仿歐箱變是將電氣簡單組合在金屬殼內(nèi)，性能不佳。1994年我國引進(jìn)美式箱式變電站制造技術(shù)，目前國產(chǎn)的箱式變電站主要用于3～35 kV配電系統(tǒng)用戶。箱式變電站是取代傳統(tǒng)土建點(diǎn)電站的產(chǎn)品，可用于環(huán)網(wǎng)配電系統(tǒng)，是目前城鄉(xiāng)變電站建設(shè)的新型成套設(shè)備。

2 箱式變電站的主要特點(diǎn)

常見的緊湊型箱式變電站有國產(chǎn)緊湊型變電站、美式預(yù)裝式變電站。美式預(yù)裝式變電站將高壓負(fù)荷開關(guān)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(zhì)的外形尺寸，發(fā)揮冷卻的作用，延長設(shè)備的使用壽命。配備有油溫表，壓力釋放閥等檢測(cè)儀器；歐式預(yù)裝式變電站中，不同隔室配備低壓配電裝置，高壓開關(guān)設(shè)備；國產(chǎn)緊湊型變電站是綜合歐式與美式變電站的優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)有廣泛的應(yīng)用。

箱式變電站的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在自動(dòng)化程度高，箱體性能可靠，設(shè)計(jì)方式相對(duì)靈活，工廠預(yù)制化安裝快捷?，F(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展促使鐵路變電站發(fā)生很大的改變，低壓控制中應(yīng)用微機(jī)保護(hù)技術(shù)，配合計(jì)算機(jī)技術(shù)解決人為操作提供自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行效果。數(shù)據(jù)收集整理中提高數(shù)據(jù)的可靠性，有效開展遠(yuǎn)程監(jiān)控操作，節(jié)省大量鐵路運(yùn)行成本，有效監(jiān)控箱內(nèi)溫濕度與設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，提高其安全性。箱式變電站受到現(xiàn)代科技的支持，得到了廣泛的應(yīng)用，滿足了國際標(biāo)準(zhǔn)體系認(rèn)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(biāo)準(zhǔn)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(huì)影響箱變箱體安全。

箱式變電站內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加緊湊，布局合理，箱體體積小，箱體安裝根據(jù)環(huán)境等方面因素確定合理的作業(yè)方案，更好地滿足供電需要，一體化箱體占據(jù)空間較小，能夠節(jié)約成本。常規(guī)鐵路變電站建設(shè)中需要耗費(fèi)大量的資金，箱變建設(shè)安裝僅需考察工程實(shí)際情況，在工程預(yù)制到現(xiàn)場(chǎng)組裝，箱變制作到使用僅需一周時(shí)間。

3 箱式變電站內(nèi)部元件選型技術(shù)要點(diǎn)

10 kV容量的電力用戶，其高壓負(fù)荷開關(guān)常用于開斷負(fù)荷電流，10 kV箱式變電站設(shè)計(jì)時(shí)，通常采用高壓負(fù)荷開關(guān)加熔斷器代替高壓熔斷器，可以提高設(shè)備綜合經(jīng)濟(jì)投資效益。由于高壓負(fù)荷開關(guān)實(shí)現(xiàn)開關(guān)變電站系統(tǒng)負(fù)荷電流，熔斷器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)故障短路電流。高壓斷路器與加熔斷器相比造價(jià)較高，不適于內(nèi)部空間狹小的箱式變電站結(jié)構(gòu)。

箱式變電站變壓器通常選用節(jié)能型干式配電變壓器，根據(jù)電力負(fù)荷特點(diǎn)選擇變壓器容量，單臺(tái)配電變壓器設(shè)計(jì)容量不超過1 250 kVA，如統(tǒng)計(jì)負(fù)荷容量較大選用2臺(tái)變壓器切換運(yùn)行，干式變壓器不需檢查油溫、油壓等特性參數(shù)，具有阻燃等優(yōu)點(diǎn)，在其設(shè)計(jì)中成為優(yōu)選的變壓器類型。根據(jù)使用環(huán)境條件等要求，可加裝防凝露等自動(dòng)控制系統(tǒng)裝置，殼體結(jié)構(gòu)應(yīng)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(jìn)線柜、饋線柜等，其內(nèi)部集成度較高，通常包括進(jìn)出線、補(bǔ)償功能，為減少低壓柜的占面，應(yīng)優(yōu)化低壓電器布置結(jié)構(gòu)。選用多功能的萬能式斷路器，配有短路短延時(shí)、失壓分勵(lì)等多種自動(dòng)脫口器，構(gòu)成完善的綜合保護(hù)系統(tǒng)，分支饋線電路應(yīng)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(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)

選擇箱式變電站變壓器容量要以電力用戶負(fù)荷特性為依據(jù)，考慮電力負(fù)荷未來發(fā)展，如電力負(fù)荷未來一段時(shí)間內(nèi)進(jìn)行電力規(guī)劃，負(fù)荷容量存在不大變動(dòng)，箱式變電站變壓器容量選型可考慮5年內(nèi)電力負(fù)荷波動(dòng)情況，要求變電站當(dāng)年運(yùn)行負(fù)荷不低于變壓器容量的30%箱式變電站運(yùn)行中溫升效應(yīng)主要取決于自身殼體結(jié)構(gòu)，配電變壓器形式，選型中應(yīng)考慮溫升設(shè)計(jì)富裕度，高點(diǎn)電器設(shè)備允許溫升按照《高壓開關(guān)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)共用技術(shù)要求》低壓電器設(shè)備按照《低壓開關(guān)設(shè)備新標(biāo)準(zhǔn)》中技術(shù)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。

5 箱式變電站在鐵路供配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

車站信號(hào)，二級(jí)負(fù)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(shè)計(jì)的箱式變電站中組合了雙電源檢測(cè)裝置，變壓器等系統(tǒng)，安裝在鐵路線路附近，可實(shí)時(shí)監(jiān)控高壓線路故障，通過遠(yuǎn)程終端RUT監(jiān)控車站信號(hào)電源等參數(shù)，通過2 M專用鐵路光纜連接調(diào)度站與被控站。主控站得到配電所信號(hào)，電流等信號(hào)統(tǒng)一監(jiān)控。 車站綜合變電站負(fù)責(zé)設(shè)備等三級(jí)負(fù)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(nèi)空氣質(zhì)量等，需機(jī)械強(qiáng)制排放，要依靠電源供應(yīng)保證正常運(yùn)轉(zhuǎn)。選擇在隧道壁預(yù)留洞口安裝箱變，用于為隧道內(nèi)提供電源。隧道中的箱式變電站電壓等級(jí)為10 kV，強(qiáng)制排風(fēng)風(fēng)機(jī)電源為隧道出入口35 kV箱變，設(shè)備呈現(xiàn)一字型排列，包括主變壓器箱10 kV開關(guān)箱，35 kV開關(guān)箱，隔層氣樓結(jié)構(gòu)充分保證主變箱等電氣設(shè)備通風(fēng)散熱。為避免設(shè)備滲漏引起停電事故，主變，電壓互感器采用干式設(shè)備，箱體內(nèi)配有監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)，便于及時(shí)采取措施。采用DSA微機(jī)控制系統(tǒng)保證電流與測(cè)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(shè)備故障率。

在大型樞紐戰(zhàn)場(chǎng)改造中，需設(shè)置開閉所，由于既有場(chǎng)坪有限，無法按常規(guī)方式建設(shè)，設(shè)計(jì)為獨(dú)立箱式變電站，箱式開閉所兩路電源從正線上下行引入，實(shí)現(xiàn)閉鎖功能，專用于電氣化鐵路開閉所產(chǎn)品。將高壓斷路器、隔離開關(guān)、饋線保護(hù)柜、遠(yuǎn)東設(shè)備等組合。樞紐站場(chǎng)空地安裝降低既有線路運(yùn)營干擾，實(shí)時(shí)監(jiān)控正線上下行網(wǎng)壓，樞紐站場(chǎng)供電運(yùn)行參數(shù)通過集成在箱變的遠(yuǎn)程終端接入遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)受到監(jiān)控。利用專用鐵通電纜為通信數(shù)據(jù)通道，采用環(huán)引方式實(shí)現(xiàn)調(diào)度站的通信，將開閉所主要開關(guān)狀態(tài)，電壓等參數(shù)傳輸至調(diào)度端主控站。

6 結(jié)語

國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展離不開交通事業(yè)的進(jìn)步，供配電系統(tǒng)在鐵路交通中發(fā)揮重要的作用，與國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展有密切的聯(lián)系。為保證鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)發(fā)展，要不斷完善電力系統(tǒng)。箱式變電站相比傳統(tǒng)鐵路變電站有很大的優(yōu)勢(shì)。