有轨电车箱式牵引变电站的方案结构优化

刘平晋崇奇陈胜伟由恒远张伟

（1.云南建工集团有限公司 2.青岛特锐德电气股份有限公司）

有轨电车箱式牵引变电站的方案结构优化

刘平1晋崇奇1陈胜伟1由恒远2张伟2

（1.云南建工集团有限公司 2.青岛特锐德电气股份有限公司）

箱式牵引变电所已经成为了有轨电车牵引供电的首选，但是目前箱式牵引存在诸多的问题。本文通过分析现有设备的问题，提出了10kV电源系统优化，箱变整体布置优化，箱变工厂内完成调试，箱变内系统接地优化，微正压的环境控制，全铜排的连接设计，箱柜一体化的结构设计，箱变与环境和谐统一的外观喷绘设计等方案和结构的优化设计，完善了箱式牵引所在轨道交通行业的应用，为其快速健康发展的提供有力保障。

箱式牵引变电站；系统优化；箱变布置

0 引言

有轨电车牵引变电站的功能是提供有轨电车牵引供电和相应车站的信号供电等。如果采用常规的土建式牵引变电站，一直存在造价高、选址难、建设周期长、维护接口复杂等问题，土建变电站无法满足当前城市轨道交通快速发展的需求［1］。自天津新区项目采用箱式变电站后，青岛城阳、江苏淮安、云南红河自治州等地也均用采用箱式牵引变电站（简称“箱式牵引站”）替代了原先的土建变电站方案。为了有轨电车行业的健康快速发展，急需对箱式牵引站的方案和结构优化升级，使其完美替代土建变电站。本文通过分析箱式牵引站存在的问题，对箱式牵引站的方案和结构进行了分析优化。

1 箱式牵引站现状分析

国内箱式牵引站主要是借鉴上海市莘岗线和共和新路工程中的美国POWELL公司生产的箱式牵引变电站的方案和结构，配置国产化设备的方案进行设计和制造。其应用中主要存在尺寸过大，选型设备尺寸过大，运输成本过高，箱体内部温度控制效果不佳，箱体内部连线过多过复杂等问题［2-3］。为了进一步完善箱式牵引站的功能，需要其在尺寸小巧，防护等级高，温控可靠，集成高效完善等方面进一步完善。

2 箱式牵引站优化方案

本文针对目前箱式牵引站的几个问题，对做了以下的功能和方案的完善。主要有10kV电源系统优化，箱变整体布置优化，箱变工厂内完成调试，箱变内系统接地优化，有微正压的环境控制，全铜排的连接设计，箱柜一体化的结构设计，箱变与环境和谐统一的外观喷绘设计。

2.1 10kV电源系统优化

10kV电源系统采用单环网系统，主要设备为充气环网柜。本方案主要优势有：①目前在现有的城市电网规划中，给有轨电车提供一条专用线路是比较困难的。而有轨电车供电可靠性要求比地铁要求低，比公交要求相相对高，因此选用对接入条件要求不太苛刻的单环网接入，采用单环网接入系统满足有轨电车二级负荷的供电要求，同时解决了电源点的选择问题，根据现场条件选择6km左右一个接入点［4］。②前期几个项目主要选择是中置式空气绝缘柜，严重影响箱变整体的布置结构，而城市电网一般短路电流不超过10kA，因此本项目根据系统开断要求和电流要求，选用充气环网柜，尺寸小巧，完全免维护，便于安装在箱式变电站内。③轨道交通设备系统之间存在需要安全的连锁，常规保护装置很难满足复杂逻辑调试，因此本系统选用可编程继电保护装置，方便与系统其他单元实现连锁控制。

2.2 箱变整体布置优化

箱变整体布置主要满足系统电气可靠性的基础上，针对有轨电车牵引供电系统的特点，箱式变电站总体尺寸为3.4m×13 m×2.8m［3］，主要的优势有：①现有的大尺寸箱变最大的问题是检修门开门过多，其结构强度和密封性不能保证，因此本项目在结构强度配置合理的情况下，设置全站可打开前后门检修，方便安装维护。②常规设计为了充分利用箱变内部空间，箱变内部只设置一个检修门，存在安全隐患，本项目通过合理布置，站内两个检修门，且设置应急逃生锁，站内检修巡视通道最窄处1.5m以上，检修维护安全方便，尤其是利于危险时逃生。③箱变内部设置贯通的检修维护通道，在检修维护通道内可以观测所有站内设备，给后期设备运维提供了方便。④变压器为故障后对其他设备影响最大的元件，因此本项目设置独立的变压器间隔，且完全独立于箱体内其他单元，防止事故扩大，安全可靠。⑤满足运输极限要求，超过运输极限后运费将大幅增加，如4m×16m×3.2m的箱体从南京运输到淮安约180km花费5万运输成本，因此本项目布置方案采用3.4m的箱体总宽度，整体13m以下的箱体长度，便于运输，解决以前常规大箱体不方便运输的问题。

2.3 箱变工厂内完成调试

箱变工厂内调试，箱变安装检验后，相关的联调和通讯调试工作，在公司内完成。解决的主要问题：①调试工作效率高，调试工作质量高。②提前安排调试接口工作，提高接口调试的成功率。

2.4 箱变内系统接地优化箱变内接地系统优化，将系统接地和保护接地完全分开，保证了人员和设备安全。主要方案是：箱变内系统接地和防雷接地独立连接一体，引至基础内系统接地体。低压柜与环网柜系统接地在箱变内连接至基础内接地系统接地铜排；所用变压器中性点、直流柜内避雷器接地和框架泄露电流独立组网后，引内接地系统接地铜排。箱变内保护接地与箱体外壳等电位连接，箱体外壳与地网独立连接，保证箱体外壳的整体电压满足人体安全条件。

2.5 微正压的环境控制

图1 箱变布置方案

微正压环境控制，箱变内部设置具有微正压功能的精密工业空调作为环境控制的主要设备［5］。主要优势有：①根据箱体安装位置和箱变内部外部冷热负荷情况，计算空调容量配置，环境控制恒温20～25℃。②采用微正压技术，箱体内部正压50Pa左右，保证外部灰尘不侵入箱体内部，确保箱体内环境无尘，减少维护工作量。③内外机一体化设计，与箱变结构和谐统一，无室外挂机，更加安全防盗、美观。④采用箱体全风道覆盖设计，优化箱体内部的温度场，保证箱体内部环境温度均匀。

图2 微正压示意图

2.6 全铜排的连接设计

铜排代替电缆连接，原先箱变内部整流变压器与整流器，整流器与直流开关柜以及直流开关柜之间均采用电缆连接，大概有36根，本项目全部取消低压一次电缆。本方案主要优势有：①大大减少电缆施工量，大大降低施工难度。②减少设计院工作量，优化箱变内部设计。③降低箱体整体高度，降低箱体台阶高度，更加美观。

2.7 箱柜一体化的结构设计

箱柜一体化设计，本方案是将箱体与柜体通过绝缘和非绝缘的连接，整体箱变内部柜体之间，柜体与箱体之间联成一体。主要优势有：①箱体结构稳固，整体基本统一震动频率，抗震能力强。②箱体内部所有设备浑然一体，内部结构美观协调。③箱体内部各种连线便于隐藏，工艺性强。图3为箱柜一体化系统示意图。

图3 箱柜一体化效果图

2.8 箱变与环境和谐统一

箱变与环境和谐统一，由于有轨电车通常安装在主干道的两侧或中央，直接与绿化带相陪衬，如果箱体设计过于粗糙，过于工业化，与美好的自然环境就显得格格不入，尤其是在风景区等对环境美观程度要求高的地方。本项目根据当地的人文环境特点经过与社会各方面收集，最终确定了梯田为主体，体现少数民族特色的外观喷绘方案。见图4红河自治州有轨电车箱变外观图。

图4 红河自治州有轨电车有轨电车箱变外观

3 结束语

经过对现有箱式牵引站的研究，对系统和箱体方案提出了多处改进，箱体具有“8防2抗”性能（防雨、防凝露、防渗漏、防腐蚀、防尘、防盐雾、防小动物、防盗、抗冲击、抗震），内部设备采用紧凑式的布置方式,在工厂完成箱体组装、设备安装、接线、试验、调试等工作，箱体连同设备整体运至现场安装后即可开通送电。箱变在红河自治州项目中应用，得到了多方好评。

［1］曹京学.箱式牵引变电所在轨道交通供电系统中的应用［J］.电气技术，2006（10）：52.

［2］李虎，陈秀芳，李昕，吴命利.现代有轨电车牵引供电系统技术方案探讨［J］.城市轨道交通，2015（5）：44-47.

［3］王开康，城市轨道交通箱式牵引变电所应用研究［D］.成都：西南交通大学，2008.

［4］盛蓉蓉，现代有轨电车工程中箱式牵引变电所的应用及优化［J］.城市轨道交通研究，2015（10）：112-116.

［5］高美金，傅旭华.标准配送式变电站的特点与建设［J］.浙江电力，2014（3）.

2016-06-28）