箱式变电站在铁路供配电系统中的应用

李家骏

1 铁路供电的概述

铁路是国民经济的大动脉,电力是铁路运输生产的主要动力之一,铁路电力部门担负着对铁路指挥系统、自动化系统、牵引系统及铁路各行业供电的任务。随着铁路运输事业的发展和自动化、电气化程度的不断提高,需要供电的部门越来越多,对铁路供电可靠性的要求也越来越高。

铁路负荷的特点是:1)负荷沿铁路分布,且容量较小;2)要求不间断供电的多为一级负荷。由于以上两个特点,对于10 kV和35 kV电力线路的供电半径,铁路系统较电力系统长。

铁路较早建成的配电设施均为传统的土建变电房及杆上变电站,设备陈旧落后,容量小,维护工作量大,已不能适应目前用电负荷增长的需要,由于箱式变电站具有成套性强、体积小、占地少、能深入负荷中心、提高供电质量、减少线路损耗、缩短送电周期、选址灵活、对环境适应性强、安装方便、运行安全可靠及投资少、见效快等一系列优点,所以箱式变电站在铁路供配电系统中是一个值得推广使用的新型变配电设备。

2 箱式变电站的结构及功能特点

2.1 箱式变电站的结构

箱式变电站是由高压电气设备,配电变压器和低压配电装置按一定接线方案排成一体的工厂预制紧凑型的变配电成套设备(以下简称箱变)。箱内一般分为高压室、低压室及变压器室。箱变的高压室一般由高压负荷开关、高压熔断器和避雷器组成,可进行停送电操作,并且有过负荷和短路保护功能;低压室由低压断路器、电流互感器、电流表、电压表等组成;变压器室一般采用在四周壁填加隔热材料、采用双层夹板结构、顶板采用带空气垫等措施来防日照辐射,并采取自然通风和机械强制通风来保证电气设备的散热。另外还设置了一些去湿、调湿、防凝等保护装置。

2.2 箱式变电站的功能特点

1)自动化程度高。整体采用智能化设计,保护系统采用变电站微机综合自动化装置,分散安装,可实现“四遥”,可对运行参数进行远方设置,根据需要还可实现图像远程监控。2)工厂预制化。所有设备在工厂一次安装、调试合格,真正实现变电站建设工厂化,缩短了设计制造周期。现场安装简单高效,整个变电站从安装到投运大约只需5 d～8 d的时间,大大缩短了建设工期。3)组合方式灵活,运输、安装简便。箱式变电站结构比较紧凑,每个箱均构成一个独立系统,箱式变电站没有固定的组合模式,使用单位可根据实际情况自由组合一些模式,以满足安全运行的需要。4)投资省见效快,运营维护成本低。箱式变电站较同规模常规变电所减少投资40%～50%,在箱式变电站中,由于先进设备的选用,特别是无油设备运行,从根本上彻底解决了常规变电所中的设备渗漏问题,变电站可实行状态检修,减少维护工作量,整体经济效益十分可观。5)占地面积小,外形美观,易与环境协调。由于箱式变电站将配电装置的大部分布置于封闭的箱体内,通过优化设计、合理组合,各部分之间的绝缘距离大大减小,缩小了占地面积和空间。箱体外壳采用镀铝锌钢板及集装箱制造技术,外形设计美观,在保证供电可靠性前提下,通过选择箱式变电站的外壳颜色,从而极易与周围环境协调一致。

3 箱式变电站在铁路供配电系统中的应用

3.1 箱式变电站在站场供电的应用

车站信号、通信等一、二级负荷为双路电源供电,设计为独立的箱式变电站为之供电,箱式变电站两路电源引入,分别接引自铁路电力贯通电源和铁路电力自闭电源,设计的箱变专用于10 kV铁路信号电源系统的产品。它将高压环网开关柜、变压器、低压开关柜、双电源监测装置和电力线路故障自动切除系统等组合在一起。在铁路线路附近安装,能够有效避免干扰,并能对电源实时监控和高压线路故障分段,车站的信号电源及户外真空开关的参数均通过集成在箱变内的远程终端“RTU”接入远动系统受到监控。利用2 M专用铁通光缆作为通信数据通道,调度站与被控站间的通信采用“环引”方式,将各个配电所及各站信号负荷主要开关状态、电流、电压、功率等参数值传输至调度端的主控站,由供电段调度统一调度监控。

车站综合箱式变电站的变压器容量在100 kVA左右,作为车站生产房屋照明、各种设备供电以及站场夜间货运作业的照明等三级负荷的供电,高压侧接引自铁路电力贯通电源;综合箱变及信号专用箱变的高压系统方案一致,如图1所示。

3.2 箱变在区间供电的应用

以新建隧道供电为例,按照规定直线隧道长度超过1 km,曲线隧道长度超过500 m的,都应有隧道固定照明,并且需要设置维修插座箱以便对线路及隧道的维护;机械专业需要在隧道内设置机械强制排风系统,以上各负荷点大多都设在隧道内,在隧道壁预留洞口安装箱式变电站,设计成专用于隧道内供电的紧凑型箱变。它将高压环网开关柜、变压器、低压开关柜、双电源监测装置和电力线路故障自动切除系统等组合在一起。隧道内的避人洞中安装。太兴线工程的控制工程二青山隧道是一条长17 km的隧道,其隧道内的供电设备使用10 kV电压等级的箱变,在隧道口各新设一座35 kV的箱式变电站作为隧道强制排风风机的电源。该变电站全部高压设备集中在四套集装箱内,“一”字形排列,从左至右依次为35 kV开关箱、主变压器箱 10 kV开关箱(带控制)、10 kV开关箱(带补偿电容),主变箱及带电容器的开关箱箱顶采用隔层气楼结构,箱体底部也有进出风口,以保证电气设备通风散热;35 kV和10 kV高压断路器选用手车式真空断路器,主变、所变、电压互感器均采用干式设备,这样全面实现无油化运行,从根本上避免了由设备渗漏而引起的停电检修。箱体内配装烟雾报警系统及远程图像监控系统,将报警信号及图像上传至调度所进行24 h监控,可防止火灾、爆炸等事故的发生和蔓延,另外还设有五防措施。二次设备采用DSA微机保护控制系统,分散布置,该系统集保护、“四遥”等功能于一体,保护电流与测控电流分别输入,装置机箱采用整板模压成型,具有结构紧凑、密封性好、抗干扰、抗震能力强等特点。以上设备的选用使供电自动化程度大大提高,同时也降低了运行维护费用,符合铁路电力发展的需要。

4 结语

我国在新的世纪对铁路建设进行了跨越式的大发展,大力建设客运铁路专线和高速铁路,将铁路运输的能力提高到了一个新的台阶。而在铁路供电系统中广泛采用箱变是现代化发展的必然结果,箱变所具有的优点是土建变电站及杆式变电站都不能比拟的。相信箱式变电站在铁路供电系统改造和新建铁路供电系统中将继续大有作为,为国家铁路建设发展及运营所需要的可靠连续供电能力做出重要的贡献。

[1] 刘 欣,张军洁.城市电网中箱式变电站的特点及应用[J].电气应用,2006(7):8-9.

[2] 原 薇,王宏生,陈金艳.变电站低电阻接地模块与传统接地材料的比较[J].山西建筑,2008,34(35):182-183.