哈大铁路客运专线特殊牵引所设计

王西勤

(铁道第三勘察设计院集团有限公司电化电信处，天津 300251)

哈大客运专线在路网规划中，是“四纵四横”的重要组成部分，全线主要采用AT供电方式，进线电源电压等级为220 kV，传统的AT牵引所一般采用户外中型布置的设计模式，具体有2种布置方式。一种是220 kV高压侧及27.5 kV低压侧供电设备均采用单体设备，户外布置，另一种是220 kV高压侧供电设备采用户外布置，27.5 kV低压侧供电设备采用GIS开关柜，设置于户内，但以上2种布置方式占地面积一般都比较大，在征地面积受到限制时，以上设计方案可能无法实施。本线辽阳牵引所由于征地困难，面积狭小，设计采用了高低压侧主要设备均为GIS开关柜的布置方式。该布置方式能有效减少征地面积。

1 主接线设计

牵引变电所进线侧主接线采用分支形式，在进线上设置计费及保护用的电压互感器，在进线隔离开关和变压器断路器间分别设置电流互感器。所内设置4台单相牵引变压器，两两组合成Ⅴ接，一组运行，一组固定备用。计费采用高压侧计费方式。

2×27.5kV侧采用单母线分段的接线形式，馈线断路器通过网上并联电动隔离开关实现上下行互为备用方式。具体见图1。

220 kV高压侧每一回进线的断路器、隔离开关、流互、压互及避雷器等采用GIS开关柜设置，为方便设备检修，断路器两侧的隔离开关均配有接地开关，起到断路器检修时两侧接地的作用，同时接地隔离开关与隔离开关组合在一起，共用1套动触头系统，不仅使GIS设计更紧凑而且彻底避免了接地开关与隔离开关同时合上的可能性事故。且解决了隔离开关和接地开关难以实现机械联锁的问题。为抑制潜供电流，加速潜供电弧的熄灭，提高重合闸成功率主要措施有并联三相电抗器中性点小电抗接地和GIS上加装快速接地开关［1］，由于该地区工频过电压比较小，且给该所供电的外电源线路比较短，因此本所采用了进线刀闸外侧设置快速接地开关，用以熄灭潜供电弧。

图1 主接线图

2 房屋平面及室内相关设计

房屋中间采用两层设计，两头为一层，其中一层房屋，中间设置27.5 kV GIS高压室，所用变压器室等，要求室内净高为3.5 m，且下面设置半地下式电缆夹层，两头则分别设置220 kV GIS高压室，室内净高为10 m，具体见图2。

图2 一层房屋平面布置(单位:mm)

二层设置控制室，检修室及休息室等，室内净高要求不小于3.5 m，最终二层楼顶和一层220 kV GIS高压室的楼顶齐平。具体见图3。

图3 二层房屋平面布置(单位:mm)

220 kV GIS开关设备室内部分采用化学锚栓固定，室内不做基础土建预留，但GIS室内地面结构层厚度要大于220 mm，以防化学锚栓固定时，受力点强度不够，同时设置高强度水泥压光地面并刷漆，平整度符合有关要求。

为方便设备的装配及检修，室内设置双速吊车，吊车承重能力大于100 kN，吊车最小提升速度不大于3 m/min，吊车的吊钩钩底最小高度6 000 mm。

220 kV GIS室由于电缆不多，不再考虑单独设置电缆夹层，仅在室内设置电缆沟。电缆通过电缆沟进入27.5 kV GIS室下的电缆夹层，最终通过电缆夹层到二层的电缆竖井进入控制室。

3 总平面布置设计及电缆接地要求

由于所在位置限制，有效利用面积仅为57 m×40 m，为减少征地拆迁费用，故采用高低压侧主要设备均为室内布置的GIS开关柜，220 kV牵引变压器为室外布置的设计方式。同时考虑220 kV电缆费用较高，外电源的进线采用架空方式引入，在房屋的二层顶部横梁处预埋吊环，受力不小于每处4 kN，作为外电进线的接入点，220 kV GIS设备的高压套管穿过房屋，接线端子设置在室外，分别通过架空线接到外电源进线及牵引变压器上。由于所内设置4台单相牵引变压器，无法满足防火要求，因此牵引变压器间设置防火墙，牵引变压器的高压出线采用电缆，通过室外设置的电缆沟进入电缆夹层，最终接到27.5 kV GIS开关柜上，具体见图4。

由于铁路用的单相电，其导线和金属护套的关系可以看做是变压器的一次绕组和二次绕组，当电缆中通过电流时，其周围产生的磁力线将于金属护套交链，使护套产生感应电压。感应电压的大小和流过电缆的电流及电缆的长度成正比，如果金属护套两端同时直接接地，则在金属护套中就产生电流，这样导体和护套将同时发热，加速了电缆的绝缘老化，降低绝缘性能，缩短电缆使用寿命。因此27.5 kV电缆的护层接地采用一端接地，一端用护层保护器接地，这样当护层的电压达到50 V时，护层保护器瞬间动作，释放电流，达到保护电缆的作用。

4 220 kV GIS开关柜技术要求

采用全铝合金外壳的设计，涡流损耗少，表面温升低，防锈性能强，而且质量轻，可以大大节省土建费用。

采用三相共筒设计，所谓三相共筒，是指将主回路原件的三相装在公共的接地外壳内，通过环氧树脂浇筑绝缘子支撑和隔离［2］。三相共筒的优点有:电场强度比单相式减少约30%，因而不易发生电气故障;SF6气体密封面和结合面减少，大大减少了漏气率;省去了相间复杂的连杆和连接件，从而简化了操动系统，降低了操作机构的故障率;紧凑性更好，质量更轻，便于完整间隔出厂试验和整体运输。

在母线上通常装设有伸缩节，该伸缩节主要有以下2个作用:一是补偿母线上的热胀冷缩，以延长密封系统和绝缘系统的寿命;二是便于中间间隔的拆卸，可以通过拆除伸缩节方便地拉出中间的故障间隔，而无需拆除相邻的间隔。

隔离开关与维修用接地开关组合在一起，共用1套动触头系统，不仅使GIS设计更紧凑，而且彻底避免了接地开关与隔离开关同时合上的可能性事故。

GIS在结构布置上划分为若干隔室，以满足正常使用条件及限制隔室内部电弧的影响。电弧效应应能限制在起弧的隔室或故障段的另一些隔室(若该段的隔室之间有压力释放措施时)之内，将故障隔室或故障段隔离以后，余下的设备应具有继续正常工作的能力。长母线应分成几个隔室以利维修和气体管理。当相邻隔室因漏气或维修作业而使压力下降时，隔板应能确保本隔室的绝缘性能不发生显著变化。隔板一般由绝缘材料制成，本身不对人身提供电气安全性，对相邻隔室中还存在的正常气体压力，隔板应提供机械安全性。充有SF6气体的隔室间的隔板，不应出现任何影响2种介质绝缘性能的泄漏。

图4 牵引变电所总平面布置(单位:mm)

采用一套数字式的多功能测控单元，实现对一次回路的控制(远方、就地操作等)、监视(气室压力告警及闭锁、装置掉电、故障告警、控制回路断线、液压操动机构未储能、断路器隔离接地刀开关位置等)、测量(电压、电流及功率等)、闭锁(分闸、合闸及防跳跃等)等功能，并带有与变电所综合自动化联网的通信接口，控制柜上设就地/远方操作切换开关，实现就地—远方选择操作，端子排上应留有远方控制合闸、分闸操作，远方监视合闸及分闸位置的端子。T同GIS内的相关开关之间的闭锁采用硬接点闭锁。

5 结论

通过以上情况介绍，可以看出牵引所的高低压侧均采用GIS方案设计，能有效减少征地面积，且目前市场上这2种GIS也已经有了成熟的产品，同时后续工程中遇到征地困难地段，该方案可作为一个参考。

［1］钟俊毅，吕飞鹏.基于GIS快速接地开关的自适应重合闸研究［J］.现代电力，2008(6):8-9.

［2］沈海鹭.220 kV GIS新技术的应用［J］.高压开关，2009(3):55-56.

［3］戈东方.电力工程电气设计手册［M］.北京:中国电力出版社，2009.

［4］TB 10009—2005 铁路电力牵引供电设计规范［S］.

［5］DL/T 5352—2006 高压配电装置设计技术规程［S］.

［6］TB 10621—2009 高速铁路设计规范(试行)［S］.

［7］DL/T 5056—2007 变电站总布置设计技术规程［S］.

［8］GB50016—2006 建筑设计防火规范［S］.

［9］GB50229—2006 火力发电厂与变电站设计防火规范［S］.

［10］贺威俊，高仕斌，张淑琴，王勋.电力牵引供变电技术［M］.成都:西南交通大学出版社，1998:50-54.