預(yù)裝式牽引變電站在鐵路牽引變電站工程中的應(yīng)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(tǒng)運作中的一項組成部分，變電站在供電方面起著至關(guān)重要的決定性作用。傳統(tǒng)的牽引變電站在建設(shè)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(tǒng)的牽引變電站的建設(shè)也添加了一些更為智能化的方法，以實現(xiàn)項目的按時完成和項目的順利啟用。將先進的預(yù)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(shè)計、施工，后期的運維及調(diào)整，可以快速提升傳統(tǒng)的牽引變電站的工程建設(shè)周期，滿足新時代下高鐵項目在建設(shè)與運營方面的規(guī)范化及標準化要求。

2 預(yù)裝式牽引變電站概述

預(yù)裝式牽引變電站在鐵路供電系統(tǒng)中體現(xiàn)著重要的電力傳輸和儲存作用，基于國家電網(wǎng)“標準配送式”的全新理念，加之技術(shù)人員的大量研究與總結(jié)，最終將預(yù)制艙作為戶外變電站的主要建設(shè)形式，且保持其具備一定智能化的操作效果。作為電力系統(tǒng)中的一員“新寵”，預(yù)制艙在建設(shè)期間需要借助變電站的二次設(shè)備來做電力傳輸?shù)妮d體，艙體結(jié)構(gòu)比較明顯簡約。介于電網(wǎng)建設(shè)速度的快速提升及智能化的不斷展現(xiàn)，傳統(tǒng)的牽引變電站建設(shè)方案已經(jīng)處于滯后狀態(tài)，伴隨著電網(wǎng)建設(shè)政策的逐步完善和統(tǒng)一，預(yù)制化、標準化、智能化、便捷化是當下電力工程系統(tǒng)在建設(shè)方面的最新要求，預(yù)制艙也由此應(yīng)運而生，并得到了推廣。作為全壽命理念與標準化設(shè)計融合的產(chǎn)物之一，其所應(yīng)用到的技術(shù)、材料、設(shè)備等都是最為先進的，結(jié)構(gòu)涵蓋預(yù)制艙體、二次設(shè)備屏柜及艙體輔助等設(shè)施，并提前在專業(yè)的工廠內(nèi)進行預(yù)制，合格后被第一時間運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場進行安裝。其內(nèi)部的二次設(shè)備都由廠家集成統(tǒng)一組裝，工廠化加工優(yōu)勢非常明顯。智能化體現(xiàn)方面，也凸顯在設(shè)計、二次接線、施工及調(diào)試等工作量大大縮減等方面，簡化運維程序的同時，為電網(wǎng)的建設(shè)速度提供了一定的基礎(chǔ)保障[1]。

新興的預(yù)制艙兼具標準化、模塊化和預(yù)制化的智能特點，工廠可根據(jù)設(shè)備的自身柜體尺寸進行量身定制，便于設(shè)備在安裝結(jié)束后的高效運轉(zhuǎn)。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(chǔ)上依據(jù)實際情況進行專業(yè)的改良，以標準性、適用性作為設(shè)備制造的目標。功能方面，其體現(xiàn)出較大的靈活性，制造期間從設(shè)備的不同參數(shù)、不同功能著手，將制作模塊細化為蓄電池預(yù)制艙、公用設(shè)備預(yù)制艙、交直流電源預(yù)制艙及間隔設(shè)備預(yù)制艙幾種主要類型，再依據(jù)不同的電壓等級對其進行子模塊的劃分。預(yù)制艙在被運輸?shù)绞┕ぷ鳂I(yè)場地時，其艙體結(jié)構(gòu)、內(nèi)部設(shè)備及各級線路的安裝、調(diào)試等工作都已在工廠內(nèi)被統(tǒng)一完成，以整體的預(yù)制形式運輸至作業(yè)場地，便于整個項目建設(shè)進度的順利完成。

3 預(yù)裝式牽引變電站建站方案分析

3.1 方案設(shè)計

傳統(tǒng)的牽引變電站項目在整個建設(shè)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(yù)裝式牽引變電站建設(shè)方案順理成章地被項目引用。該建設(shè)方案在設(shè)備方面做了小幅的調(diào)整，用小型化氣體絕緣開關(guān)替代原有的電力設(shè)備，同時將整體的設(shè)備艙用于二次設(shè)備室的更換，將變電站內(nèi)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(nèi)原有的土建房屋被標準高效的預(yù)制艙取代，實現(xiàn)工廠預(yù)制化的同時，也體現(xiàn)出項目建設(shè)的集成化，同時在制造和調(diào)試全部合格后，預(yù)制艙被運輸至施工現(xiàn)場，還可實現(xiàn)靈活的“隨插隨用”特點，以提升工程建設(shè)的整體效率。預(yù)制艙可在封閉的專有空間內(nèi)獨立運行，伴隨著設(shè)備環(huán)境的狀態(tài)維穩(wěn)，艙體內(nèi)的各項設(shè)備均能發(fā)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(nèi)的人員與運行設(shè)備處于安全的分開狀態(tài)，實現(xiàn)人員保護的同時，也不影響整個變電站的高效運轉(zhuǎn)。介于預(yù)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(qū)環(huán)境下的變電站建設(shè)。

3.2 站體模塊劃分

預(yù)裝式牽引變電站的設(shè)計可參照電力系統(tǒng)內(nèi)成熟的模塊進行，介于牽引變電站的傳統(tǒng)性，在模塊細分方面需要做調(diào)整，具體可分為：（1）土建模塊，以預(yù)裝式的圍墻、構(gòu)建物及標準化通用的基礎(chǔ)建筑結(jié)構(gòu)為主要展現(xiàn)形式，具備高效率、快施工及濕地作業(yè)少等優(yōu)勢；（2）高壓開關(guān)模塊，借助先進的HGIS開關(guān)設(shè)備，展現(xiàn)易施工、性能高、占地小的優(yōu)勢；（3）二次設(shè)備模塊，此模塊為預(yù)制艙式的二次組合設(shè)備，具有整體安裝、線纜制作、現(xiàn)場插接施工等優(yōu)勢；（4）低壓一次設(shè)備模塊，與二次設(shè)備模塊不同，該模塊為預(yù)制艙式一次組合設(shè)備，展現(xiàn)的優(yōu)勢為整體安裝、線纜制作及現(xiàn)場插接作業(yè)；（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(yù)裝式牽引變電站平面布置

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

圖1 預(yù)裝式牽引變電站平面布置圖

4 預(yù)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(shè)中唯一涵蓋濕作業(yè)的一次操作，該模塊在取消全站土建房屋的同時，將預(yù)制艙作為基礎(chǔ)的設(shè)備，大大降低濕作業(yè)的操作范圍，提升項目建設(shè)的安全性。選用的墻體材料為預(yù)裝式，整個施工現(xiàn)場工作人員只需建造基礎(chǔ)的圍墻，其通過吊裝的形式實現(xiàn)拼裝，快速且高效；站內(nèi)通道改用預(yù)制水泥板+預(yù)制電纜溝相結(jié)合的統(tǒng)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(tǒng)的電纜溝形式；基礎(chǔ)的道路和設(shè)備模塊等土建工作，只有艙體的尺寸和規(guī)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(yè)的難度，也有效縮短了整個工程的建設(shè)進度[2]。

4.2 高壓設(shè)備模塊

該模塊的設(shè)立需借助先進的HGIS電器設(shè)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(yōu)于其他設(shè)備，使用期間發(fā)生停電的概率較小。

4.3 低壓一次設(shè)備模塊

方案在27.5 kV低壓條件下，配備了預(yù)制艙式一次組合設(shè)備，沿用Ⅲ型預(yù)制艙的尺寸，具體參數(shù)為2.2 m×2.8 m×3.2 m。艙體結(jié)構(gòu)選用模塊化的拼裝結(jié)構(gòu)，并將帶母線的插接技術(shù)用于開關(guān)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(nèi)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(guān)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(shè)置了1面自用變開關(guān)柜和1臺1 kV變壓器。艙體內(nèi)的所有二次設(shè)備控制系統(tǒng)的工作運行均處于封閉狀態(tài)，隔絕性能強，同時實現(xiàn)安全高效的雙重效果。此外，工作人員和設(shè)備區(qū)域處于安全的劃分狀態(tài)。預(yù)制艙也是在整體完成組裝和調(diào)試后被運輸至施工現(xiàn)場。

4.4 二次設(shè)備模塊

此次方案中的二次設(shè)備模塊先用預(yù)制艙式二次組合設(shè)備，在預(yù)制結(jié)束后被整體運輸至施工現(xiàn)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(shè)備模塊依據(jù)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(shè)備實際參數(shù)，盤柜用雙列形式布置，兩側(cè)靠側(cè)壁各布置一列盤柜，同時在兩端預(yù)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(shè)如圖2所示。

圖2 二次組合設(shè)備預(yù)制艙布置圖

對于盤柜內(nèi)不同電壓下的設(shè)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(huán)境控制盤；8P：監(jiān)控盤；9P：視頻監(jiān)控盤；10P：網(wǎng)開關(guān)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(jiān)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(jié)能型自耦變壓器，配置時選用油浸式、干式或非結(jié)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(shè)備模塊為一個模型，原有的中警衛(wèi)室、生活室、會議室、資料室及工具室被現(xiàn)有的預(yù)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(yù)裝式牽引變電站方案優(yōu)勢分析

與傳統(tǒng)的牽引變電站建設(shè)相比，預(yù)裝式牽引變電站的優(yōu)勢有以下幾點：

1）占地少，實現(xiàn)用地成本的節(jié)約性。本次預(yù)裝式變電站總占地面積為4 800 m2，小于傳統(tǒng)的牽引變電站面積，節(jié)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(yōu)化作用。

2）具備智能化、標準化、機械化的特點。從設(shè)計到制作，再到最后的運輸和安裝使用，預(yù)制艙的便捷性和快速性體現(xiàn)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(wǎng)項目的建設(shè)進度。

3）預(yù)制化優(yōu)勢突出。預(yù)制艙以集中的方式在工廠內(nèi)制作完成，合格后被運輸至作業(yè)現(xiàn)場，以吊裝的方式一次性完成安裝，省去土建施工的作業(yè)時間，可將建設(shè)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(yōu)于傳統(tǒng)的牽引變電站[3]。

6 結(jié)語

綜上，將預(yù)制艙體引入傳統(tǒng)的牽引變電站的建設(shè)當中，可有效提升整個工程項目的建設(shè)質(zhì)量和使用質(zhì)量，解決占地大、維修難、土建濕作業(yè)量多等短板問題。該項技術(shù)的成功應(yīng)用，也加快了電網(wǎng)工程系統(tǒng)的建設(shè)和發(fā)展，適合山區(qū)地帶建設(shè)和使用，前景廣闊。