铁路动车检修库地面电源供电系统研究

李 琳

(铁道第三勘察设计院集团有限公司电化电信处,天津 300251)

近年来,我国铁路大发展,铁路客运专线大量的动车组需要运用检修。动车车辆段、运用所等配套工程也不断投入建设。地面电源是为动车组在进入检修库,脱离接触网供电后,静态调试时进行供电的电源设备,是动车检修库的主要电力设施,负荷量大,用电要求变化多,设计相对复杂。通过对某动车运用所检修库工程设计中,对动车地面电源供电系统方案的研究,就一些问题进行探讨。

1 工程概况

此动车检修库建筑面积约2.5万m2,4线库,可对CRH1、CRH2、CRH3、CRH5四种型号的动车组进行静调检修。边跨设有变配电室、工艺检修设备房间、除冰融雪设备房间及办公用房。库内用电负荷由地面电源负荷、一般工艺设备负荷、环控通风设备负荷和照明负荷组成。

2 地面电源供电系统设计

(1)地面电源供电系统是否与其他用电设备共用低压配电系统,是系统设计中考虑的首要问题。通过对库内用电负荷的分析,地面电源的电力负荷相对较大,且较为特殊,通过研究,采用了为地面电源设置独立电力变压器及低压配电系统的方案,原因有以下两个方面。

①地面电源最大负荷1 200 kW,占动车检修库总用电负荷的40%左右,比例较高。其使用情况又相对较少,只在动车组受电弓脱离接触网后检修时使用,如采用同一电力变压器供电,变压器长期处于低负载率运行,电能损耗大,经济性较差。当地面电源投入使用时,由于其容量较高,又容易造成整个低压供电系统电压波动,对其他用电设备会造成不良的影响。

②除上述原因外,由于CRH2型车要求使用单相AC400V、50 Hz地面电源供电,需要增设交-直-交电源转换装置。此设备属于电力电子设备,在运行时其输入端会产生高次谐波,是一个较大的谐波干扰源。谐波可通过低压供电系统传播,对系统内其他用电设备造成干扰,降低电能质量。为避免建筑内其他用电设备受谐波的影响产生故障,造成不必要的损失,应考虑采用1套独立的供电系统为其供电。

基于以上原因,在设计中采用了为地面电源设备设置独立供电系统的设计方案,并将其纳入地面电源供电系统中。其与主电源设备、电力电缆母线、现场插座箱等部分共同构成了整个动车地面电源供电系统。

(2)目前,国内运行的动车组主要为CRH1、CRH2、CRH3、CRH5型动车组,其中CRH1、CRH3和CRH5动车组的地面辅助供电电源,采用三相+N AC400V、50 Hz的电源,情况较为简单,将10 kV/0.4 kV专用变压器提供的三相+N AC400V、50 Hz的电源经低压配电柜直接为动车组供电即可；而CRH2型动车组的地面辅助供电电源,采用单相AC400V、50 Hz的电源。由于对电源要求不同,在设定供电方案时需要根据情况全面分析和考虑。本工程为4线动车检修库,工艺专业要求4股道中的每一股道,配套地面电源插座箱均能适应CRH1/CRH2/CRH3/CRH5四种车型用电,并按1股道同时使用考虑。针对用电要求,对供电方案进行了研究。

由于有对CRH2型动车组进行检修工作的要求,为提供单相AC400V、50 Hz电源,需要设置交-直-交电源转换设备(单相AC400V地面电源)。

在一般设计中,采用同三相+N AC400V、50 Hz电源系统并列运行,各自从低压配电柜单独引出供电电源,馈电线路也按不同车型单独馈出并行敷设至地面电源插座箱的供电方案。此方案的低压配电柜和馈电线路数量较多,电缆敷设工程量大,对于地面电源室和库内电力管沟的空间要求相对较高,工程投资也较多。由于采用了1对1各车型单独供电的供电方式,供电灵活性、可靠性高,可以同时为各型车供电,不会互相影响,适用于检修和维护作业工作量较大的检修库。此种供电方式也预留有发展变化的条件,也适用于预期有检修工作量增长的检修库。

目前作为动车组地面电源的交-直-交电源转换设备,通过对整流逆变装置的控制,不仅能为CRH2型车提供单相AC400V、50 Hz电源,同时也可以提供三相+N AC400V、50 Hz电源,通过共用电力干线,可为CRH1、CRH2、CRH3、CRH5各车型进行供电。如采用此供电方案(图1),可有效减少地面电源室设备数量,通过合并馈电线路,减少电力干线工程量,降低对电源室和电力管沟的土建要求,降低工程投资。此方案同时也存在一些缺点,如当检修车型发生变化时,需要对交-直-交电源转换设备进行操作以适应不同车型对电源的要求,增加了操作和维护工作量；采用共用电力干线供电的供电方式,供电灵活性和可靠性较差,在一套交-直-交电源转换设备供电范围内,各车型的维护检修作业不能同时进行,电力干线出现故障时会影响所有车型的检修工作；在提供三相+N AC400V、50 Hz电源时,交-直-交电源转换设备存在较高的电能损耗,并会产生一定的谐波干扰。此方案适合于工程投资控制较小,维护检修工作量少,工况简单,可预期发展要求不高的场所。

通过对以上2种供电方案的研究,对它们又进行了结合和优化,并提出在地面电源配电间内,地面电源供电干线加设了转换开关,分别连接交-直-交设备和低压配电柜,可根据维修车型的要求在单相AC400V、50 Hz电源和三相+N AC400V、50 Hz电源之间进行切换的设计方案。通过此改进,减少了对交-直-交设备容量和功能的要求,简化了操作,还减少了不必要的电能损耗。同样,此方案适合于工程投资控制较严,动车维护检修工作量较少,工况简单,可预期发展要求不高的场所。

由于本工程要求检修库4股道中的每一股道配套的地面电源插座箱能适应CRH1/CRH2/CRH3/CRH5四种车型用电,并按1股道同时使用考虑,检修工作量相对较少,且此4线库是由原2线库扩建而来,近期内不再有其他发展变化的要求,再加上采用地下电缆通道,由于抗浮等土建设计原因,电力通道空间预留较小。因此,通过比较研究,在设计中采用了上述地面电源供电方案(图1)。采用此方案,减少了地面电源室设备,简化了设计,用低压密集母线代替电缆既节约了材料也便于施工,更加适合于本工程的要求。

图1 地面电源供电方案

(3)地面电源插座箱是地面电源供电系统与各车型动车组的接口,它的设置遵循了以下的设计要求。

首先确定车组进车方向。为便于司机观察,停车位一般设于股道末端,电源插座箱的设置应以此为基准按规定距离设置。另外,2组8列编组与1组16列编组相比较,进车方向一侧的8列编组动车的停车位置也有所不同,其间距可达30 m,为便于检修人员操作,还应根据不同停车位置设置2套地面电源插座箱。地面电源插座箱容积较小,存放电缆的长度有限,同时电缆自重较重,如设置位置偏差较大或漏设,对于维护检修工作极为不便。此动车检修库设计为左侧进车,停车位设于右端的形式,地面电源插座箱按图1中所示意位置布置。如反方向进车,则地面电源插座箱位置则如图2所示,要进行相应的调整。

图2 反向进车地面电源插座箱位置

其次,不同型号的动车组,其电源插座的容量、型号及在车体上的位置也是不相同的，见表1,图3。

表1 动车组地面电源插座

图3 地面电源插座箱位置示意(单位：m)

CRH1型动车组,每8列编组在其第2、第7节车体两侧各对称设置有2处插座,任意一处插座取电即可满足供全编组用电要求。

CRH2型动车组,每8列编组在其第3、第7节车体一侧各设置有1处插座,须同时供电才可满足供全编组用电要求。

CRH3型动车组,每8列编组在其第4节车体的左侧和第5节车体的右侧设置有1处插座,任意一处插座取电即可满足供全编组用电要求。

CRH5型动车组,每8列编组在其第3、第6节车体两侧各对称设置有2处插座,须同时在其中2处插座取电才可满足供全编组用电要求。

由于各车型动车组上插座型号、位置、容量均有差异,为满足所有车型的使用要求,根据车辆资料要求,为每种车型均设置了相应的地面电源插座箱。由于CRH2型车只在车体一侧设置有地面电源插座,为保证其正向、反向进库均可进行维护检修作业,在股道另一侧的相应位置也做了插座箱设置。

(4)在设计中,为不影响检修车辆在库内通行,同时考虑到检修库的整洁美观,对地面电源箱的安装方式也进行了研究,采用了设置卧式地面电源插座箱。将其设置于钢轨下两轨道桥立柱间的位置，避免了占用库内检修通道空间,同时隐藏了地面电源插座箱箱体,达到了较好的安装效果(图4)。由于检修坑基础为钢筋混凝土结构,浇筑后再进行调整极为困难,因此要同土建专业密切配合,提前做好管线的预埋和定位,避免出现差错。

图4 地面电源插座箱(单位：mm)

3 结论

本文通过对某动车段动车检修库地面电源供电系统电力设计方案的分析和研究,对此类工程的设计进行了总结,从变电所配置、供电方案选择、地面电源插座箱的设置等方面做了较详细的论述。在铁路跨越式大发展的进程中,针对动车检修库的地面电源系统电力设计,本文所提出的设计思路的观点可供借鉴和参考。

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