铁路机车车辆和城轨车辆生产基地静调厂房的供电设计和供电安全性的探讨

李丽霄

(中铁建设集团有限公司 建筑设计院,北京100131)

随着我国高速铁路和城市轨道交通的发展,铁路机车车辆和城轨车辆生产基地为满足新型高速机车、动车组列车和城市轨道交通车辆的生产需要,对静调厂房静态调试电源也提出了新的要求,即由原来提供单一制式调试电源的要求,提高为在每一条生产线上的每一个列车台位上均能够提供多种制式的调试电源和多种供电方式的全面化要求,以应对不同车型和订单的生产需求。这同时也是对静调厂房供电设计提出的新要求。

1 静调厂房的供电电源系统

我国电气化铁道采用27.5 kV交流(AC)供电,城市轨道交通系统通常采用1 500 V直流(DC)和750 V直流(DC)供电。为生产需要,静调厂房设计要求提供下列制式的调试电源:电气化铁道机车和动车组列车的AC27.5 k V电源;城市轨道交通车辆的DC1500 V和DC750 V电源;为空调车提供调试、检修、整备的DC600 V电源;以及机车车辆、动车组列车和城轨车辆在做静态调试时所需的AC220 V、AC380 V和DC110 V等多种制式的电源。

2 静调厂房供电电源的提供

(1)电气化铁道AC27.5 kV,通常有两种提供方式:

①引自电气化铁道既有的牵引供电变电所,这需要与当地铁路部门进行协商解决。

②工厂自建牵引变电所。通常在自建牵引变电所时,也可一并考虑工厂静态调试和动态调试试验线等的需求。牵引变电所通过牵引升压变压器将市政电网电源转换为单相AC27.5 k V电气化铁道牵引电源,由27.5 k V高压开关柜配出供给静调厂房。

(2)DC1500 V、DC750 V和 DC600 V电源,由工厂自建提供直流系统电源的变压器配电所。

通过各自的整流变压器和整流器组成的整流机组将市政电网电源分别转换为DC1500 V(DC750 V)或DC600 V的电源,由相应系统的直流开关柜配出提供给静调厂房。为建设资金的经济投入和生产使用的便利,该变压器配电所设置在静调厂房旁或就近设置为佳。

(3)对于AC380 V、AC220 V电源,则由通常的厂房10 kV(6 k V)/0.4 k V变压器配电所的供配电系统提供。在厂房内各条生产线上的每个台位上根据生产的要求,进行配电箱(柜)及配电装置的设置。

(4)对于DC110 V电源,在厂房内由AC380 V/DC110 V专用转换装置柜提供。

3 静调厂房调试电源的供电方式

3.1 接触网供电方式

在每个静调台位的上方,设置标准的电气化铁道接触网。每个台位均可以提供AC27.5 kV、DC1500 V和DC750 V 3种接触网的静调电源,根据生产的需要,通过各自的上网电动隔离开关进行投切转换,且每次只能有一种制式的电源投切上网。

在静调厂房内,接触网采用有张力自动补偿的简单悬挂方式设置在相应台位铁路股道线路中心的正上方。接触网的架设高度,需要考虑到既能适应铁路机车又能够满足各类型城轨车辆受电弓的工作高度。

由静调厂房接触网的功能需求和工作特点即在室内环境下对机车车辆的机电系统进行多种工况调试,大电流持续时间一般不长,但受电弓在静止状态与接触线间接触电阻较大的条件下持续取流时间较长。因此,对接触网的载流总截面要求不高,但对接触线材质耐受局部高温的性能要求较高,对接触线应施加稳定张力以利其与受电弓间的接触具有足够的紧密度。因此,对接触网线型的选择和确定,要充分考虑以上需求和特点。对接触网绝缘件的绝缘等级,则按照AC27.5 kV予以配置。

3.2 调试电源柜供电方式

在各个台位旁根据生产需要,分别设有DC1500 V、DC750 V和DC600 V静调电源柜,直接从各自制式电源柜的专用插座(工业连接器专用插座),通过软电缆和专用插头(与电源柜专用插座和车辆专用插座相匹配),一端插头与电源柜插座连接,另一端插头插入车体上的相应制式的专用插座内,来提供生产要求的静调电源。

3.3 安全型滑触线、接触轨的供电方式

在静调厂房内,靠近厂房外墙的台位上,也有通过采用在墙上设置安全型滑触线,用软电缆和专用插头(工业连接器专用)的方式提供DC750 V的调试电源。

我国既有的DC750 V城市轨道交通为接触轨的供电方式,在静调厂房DC750 V调试电源供电设计时,接触轨供电方式也是一种选择方式。但由于接触轨对人身安全有一定的威胁性,虽然在静调厂房内的接触轨全部设置绝缘防护罩,但厂房内生产作业人员较多,各台位生产场地静调设备布置紧凑,因此,在生产有专门要求的情况下采用此供电方式,同时要做好安全防护措施。

3.4 配电插座箱(柜)供电方式

AC380 V、AC220 V的供电以配电插座箱(柜)的形式,布置在各台位的生产需要之处。配电插座箱上的配电回路和AC380 V、AC220 V插座规格和数量,按照生产需求予以配备。DC110 V的试验电源供电,采用AC380 V/DC110 V专用转换装置柜,以电缆和专用插头和插座的形式提供。

4 静调厂房供电的安全性

在静调厂房内,各台位上设置的多种制式高压电源根据生产的需要予以投切,而厂房内各工序生产人员依次进行着工作,因此,杜绝发生事故、保证生产和人身安全尤为重要。为此,不仅要健全和完善各项生产管理制度,而且在使用各种制式的高压电源时,各台位电源制式的投切联锁控制、信号显示和高压警示灯的设置也是必需的。

4.1 接触网上网电源的投切和联锁控制

在每个台位,AC27.5 k V、DC1500 V或DC750 V电源是通过各自的专用电动隔离开关投切到接触网上,本接触网为多种电压等级的混用,所以,上网隔离开关全部采用AC27.5 kV电压等级的产品,且隔离开关及带电导体的空气绝缘距离也均应达到AC27.5 kV电压等级的要求。

每个台位的3种电源隔离开关在工作时仅能接通一个,因此3种电源的上网隔离开关必须设置互锁机构,保证一台隔离开关投入时其他的隔离开关已经分闸,其互锁控制关系,在设计时要准确、合理。

为安全考虑,对不同电压等级和不同制式电源的切换,需要在断电的情况下,由专人严格按照操作规程进行操作完成,实行工作票等生产管理制度,在集中联锁控制柜上设置送电申请和确认回应的信号联锁控制,以杜绝送电错误,避免造成严重事故和损失。

各上网隔离开关的联锁控制关系,除了在集中联锁控制柜上予以控制,并有清晰明了的信号灯显示外,还必须在所有上网隔离开关的操作机构有相应的联锁和灯光信号以显示其工作状态,并纳入专项操作管理规程,由专人负责。

所有上网隔离开关操作机构必须带锁,且各台位隔离开关的开、合状态与该台位的高压警示灯和高压警示牌的显示联锁。

4.2 高压电源警示牌

在每个台位的侧旁、人员通道的上方,自厂房屋架下吊装设置高压电源制式电子警示显示牌,明确指示出本台位正在接通的电源制式27.5 k V、1 500 V、750 V的电压等级,以警示厂房内生产人员,按照生产规程作业,并注意安全。

该电子警示牌的显示与相应制式电源的上网隔离开关的投切位置联锁控制。

厂房内所有裸露带电导体旁均设置警示标牌,在人员容易靠近的地方必须做防护网栅进行隔离防护。

4.3 高压警示灯

在每个台位轨道两侧的外侧,设置红色高压警示灯,其显示与高于600 V的电源联锁。在本台位AC27.5 k V或DC1 500 V或DC750 V或DC600 V任一制式的高压电源接通时,该警示灯均亮;在高压电源关断时,该灯则熄灭。

4.4 高压调试电源柜

在每个台位旁设置的DC1 500 V、DC750 V和DC600 V静调电源柜,高压电源断路器的断开、闭合状态在柜门上有相应的信号灯指示,并与柜门设置联锁控制。并且在断路器闭合时,在电源柜顶有明显的闪烁灯以警示。

4.5 紧急断电按钮

为应对紧急情况,保证生产人员的安全,在每个台位人员可到达的通道旁,设置高压紧急断电红色大蘑菇按钮。遇到紧急情况时,按下紧急按钮,联锁控制厂房内所有600 V以上的电源断电。

4.6 回流

为减少经静调厂房外的轨道流入大地的杂散电流,在静调厂房每条生产线的钢轨在出厂房大门的钢轨轨缝处设置轨道绝缘节,将静调厂房与厂房外的钢轨连接处用绝缘节分开,最大限度地限制在非电化区域产生杂散电流。

在静调厂房内,各制式的电源系统设置各自独立的回流。在牵引变电所、厂房的直流系统电源变压器配电室和厂房内设置回流箱,通过回流电缆和回流箱,提供畅通的回流通路,最大限度地截断回流电流泄漏至地面的途径,减少杂散电流进入地下金属管线、建筑设施及其他的相关设施。

4.7 钢轨电位限制装置

在进行DC1 500 V、DC750 V静态调试时,危险的接触电压会出现在回流线和地回路(厂房结构地之间)。因此,在静调的电源变压器配电室内和静调厂房内分别设置钢轨电位限制装置柜1台,钢轨电位限制装置柜的一端与回流箱端子板相连,另一端与厂房接地网连接,接地网接地电阻不大于4Ω。

钢轨电位限制装置柜内安装具有短接大地和回流导体间电位能力的短路装置,当发生超出安全许可的接触电压时,钢轨电位限制装置就将钢轨与大地短接,从而保证了厂房内生产人员的人身安全。

4.8 接地

静调厂房的强弱电各系统的接地采用共用接地装置,接地电阻R≤1Ω。将厂房各个柱子的基础钢筋用一根40×4镀锌扁钢可靠连接成一体作为厂房的共用接地装置(接地网)。

厂房内采用总等电位连接,各绝缘件的接地端与总等电位连接干线可靠连接。

5 结束语

我国的高速铁路和城市轨道交通迅猛发展,现在已经成为世界上少数几个能够自主研发制造速度300 km/h及以上动车组列车和生产高速机车的国家,铁路机车车辆和城轨车辆的研发和生产,除了满足国内的发展需求外,同时也接受国外的生产订单,因此,对新建或改扩建项目中有关调试电源的供电系统设计,还要考虑订货和生产的具体要求,根据具体情况,进行合理的设计。