预装式牵引变电站在铁路牵引变电站工程中的应用

杜康

（中国铁建电气化局集团有限公司北方分公司，太原 030053）

1 引言

作为铁路电力系统运作中的一项组成部分，变电站在供电方面起着至关重要的决定性作用。传统的牵引变电站在建设方面虽较保守，但依托时代与科技的飞速进步及国际化的市场要求，传统的牵引变电站的建设也添加了一些更为智能化的方法，以实现项目的按时完成和项目的顺利启用。将先进的预装方式作为变电站的突破和改进之一，贯穿于项目前期的设计、施工，后期的运维及调整，可以快速提升传统的牵引变电站的工程建设周期，满足新时代下高铁项目在建设与运营方面的规范化及标准化要求。

2 预装式牵引变电站概述

预装式牵引变电站在铁路供电系统中体现着重要的电力传输和储存作用，基于国家电网“标准配送式”的全新理念，加之技术人员的大量研究与总结，最终将预制舱作为户外变电站的主要建设形式，且保持其具备一定智能化的操作效果。作为电力系统中的一员“新宠”，预制舱在建设期间需要借助变电站的二次设备来做电力传输的载体，舱体结构比较明显简约。介于电网建设速度的快速提升及智能化的不断展现，传统的牵引变电站建设方案已经处于滞后状态，伴随着电网建设政策的逐步完善和统一，预制化、标准化、智能化、便捷化是当下电力工程系统在建设方面的最新要求，预制舱也由此应运而生，并得到了推广。作为全寿命理念与标准化设计融合的产物之一，其所应用到的技术、材料、设备等都是最为先进的，结构涵盖预制舱体、二次设备屏柜及舱体辅助等设施，并提前在专业的工厂内进行预制，合格后被第一时间运输到施工现场进行安装。其内部的二次设备都由厂家集成统一组装，工厂化加工优势非常明显。智能化体现方面，也凸显在设计、二次接线、施工及调试等工作量大大缩减等方面，简化运维程序的同时，为电网的建设速度提供了一定的基础保障[1]。

新兴的预制舱兼具标准化、模块化和预制化的智能特点，工厂可根据设备的自身柜体尺寸进行量身定制，便于设备在安装结束后的高效运转。尺寸方面，其在制作期间首先与集装箱的具体尺寸进行参考，在此基础上依据实际情况进行专业的改良，以标准性、适用性作为设备制造的目标。功能方面，其体现出较大的灵活性，制造期间从设备的不同参数、不同功能着手，将制作模块细化为蓄电池预制舱、公用设备预制舱、交直流电源预制舱及间隔设备预制舱几种主要类型，再依据不同的电压等级对其进行子模块的划分。预制舱在被运输到施工作业场地时，其舱体结构、内部设备及各级线路的安装、调试等工作都已在工厂内被统一完成，以整体的预制形式运输至作业场地，便于整个项目建设进度的顺利完成。

3 预装式牵引变电站建站方案分析

3.1 方案设计

传统的牵引变电站项目在整个建设周期中，存在占地面积大、施工程序多、运维不方便等缺点，基于此，一种全新的预装式牵引变电站建设方案顺理成章地被项目引用。该建设方案在设备方面做了小幅的调整，用小型化气体绝缘开关替代原有的电力设备，同时将整体的设备舱用于二次设备室的更换，将变电站内的主控楼生活房间换为标准的生活舱。

通过该方案的替换及实施，站内原有的土建房屋被标准高效的预制舱取代，实现工厂预制化的同时，也体现出项目建设的集成化，同时在制造和调试全部合格后，预制舱被运输至施工现场，还可实现灵活的“随插随用”特点，以提升工程建设的整体效率。预制舱可在封闭的专有空间内独立运行，伴随着设备环境的状态维稳，舱体内的各项设备均能发挥最佳的运作效果，同时还可隔绝小型动物的进入，降低变电站被破坏的可能，提升整个舱体的保护效果。除此之外，变电站内的人员与运行设备处于安全的分开状态，实现人员保护的同时，也不影响整个变电站的高效运转。介于预制舱占地小、维修快等特点，安装时可将其进行整体吊装，非常适合山区环境下的变电站建设。

3.2 站体模块划分

预装式牵引变电站的设计可参照电力系统内成熟的模块进行，介于牵引变电站的传统性，在模块细分方面需要做调整，具体可分为：（1）土建模块，以预装式的围墙、构建物及标准化通用的基础建筑结构为主要展现形式，具备高效率、快施工及湿地作业少等优势；（2）高压开关模块，借助先进的HGIS开关设备，展现易施工、性能高、占地小的优势；（3）二次设备模块，此模块为预制舱式的二次组合设备，具有整体安装、线缆制作、现场插接施工等优势；（4）低压一次设备模块，与二次设备模块不同，该模块为预制舱式一次组合设备，展现的优势为整体安装、线缆制作及现场插接作业；（5）变压器模块，最后一个模块，涵盖主变和自耦变两种子模块。

3.3 预装式牵引变电站平面布置

预装式方案借用二次设备预制舱及生活舱来取代原方案中的中控楼，以实现生活区与设备区的安全分离，同时便于后期站内的设备维护工作；采用小型化的一次开关设备，在设备维护、站址安全性等方面有提升。介于预制舱占地小、布局紧凑等特点，预制式牵引变电站的建站效率也得到了快速提升。方案中预装式牵引变电站的平面总布局如图1所示。

图1 预装式牵引变电站平面布置图

4 预装式牵引变电站组成模块

4.1 土建模块

土建模块全站建设中唯一涵盖湿作业的一次操作，该模块在取消全站土建房屋的同时，将预制舱作为基础的设备，大大降低湿作业的操作范围，提升项目建设的安全性。选用的墙体材料为预装式，整个施工现场工作人员只需建造基础的围墙，其通过吊装的形式实现拼装，快速且高效；站内通道改用预制水泥板+预制电缆沟相结合的统一形式，二次电缆和通信线缆利用地上槽盒方式予以解决，剔除传统的电缆沟形式；基础的道路和设备模块等土建工作，只有舱体的尺寸和规格相对固定，才可在操作期间更加便捷，明显地降低了施工作业的难度，也有效缩短了整个工程的建设进度[2]。

4.2 高压设备模块

该模块的设立需借助先进的HGIS电器设备，在运行、维护和检修方面具备一定的提升作用，安装时也较为便捷，抗污和抗震性能也优于其他设备，使用期间发生停电的概率较小。

4.3 低压一次设备模块

方案在27.5 kV低压条件下，配备了预制舱式一次组合设备，沿用Ⅲ型预制舱的尺寸，具体参数为2.2 m×2.8 m×3.2 m。舱体结构选用模块化的拼装结构，并将带母线的插接技术用于开关柜处，型号为智能型的KEM-31.5充气形式，以单列的形式逐一布置；舱体内分别放置4面进线柜和4面出线柜、2面PT柜、1面站用变压器组合柜及1面配套用负荷开关柜和1台低压变压器。同时在10 kV气压位置的贯通线部位设置了1面自用变开关柜和1台1 kV变压器。舱体内的所有二次设备控制系统的工作运行均处于封闭状态，隔绝性能强，同时实现安全高效的双重效果。此外，工作人员和设备区域处于安全的划分状态。预制舱也是在整体完成组装和调试后被运输至施工现场。

4.4 二次设备模块

此次方案中的二次设备模块先用预制舱式二次组合设备，在预制结束后被整体运输至施工现场，安装时采用吊装方式一次性完成，大大提升施工的便捷性。该设备模块依据功能划分，同时兼顾变电站日后的扩建和检修，在尺寸方面选用了12.2 m×2.8 m×3.2 m作为舱体设备实际参数，盘柜用双列形式布置，两侧靠侧壁各布置一列盘柜，同时在两端预留出1.3 m的空间，便于舱门的顺利开启和后期检修人员来回走动。具体布设如图2所示。

图2 二次组合设备预制舱布置图

对于盘柜内不同电压下的设备配置，可分别参照以下情况：

1P和4P：主变保护测控盘；5P和6P：馈线保护测控盘，电压为27.5kV；5P：环境控制盘；8P：监控盘；9P：视频监控盘；10P：网开关盘；11P：通信盘；12P：故障录波盘；13P：计量盘；14P和17P：交直流电源盘；18P：蓄电池盘；19P：油色谱盘；20P：高压电缆在线监测盘；21P到24P：备用盘。

4.5 主变模块

主变模块为牵引变压器和AT所配置的节能型自耦变压器，配置时选用油浸式、干式或非结晶型变压器，对变压器自身损耗和空载损耗有明显的改善作用。

4.6 辅助生活模块

该模块选用标准与低压一次设备模块为一个模型，原有的中警卫室、生活室、会议室、资料室及工具室被现有的预制资料室、会议室、工具室取代，大大满足小型值守站工作人员工作生活需求。

5 预装式牵引变电站方案优势分析

与传统的牵引变电站建设相比，预装式牵引变电站的优势有以下几点：

1）占地少，实现用地成本的节约性。本次预装式变电站总占地面积为4 800 m2，小于传统的牵引变电站面积，节省空间高达30%左右，在定期维护方面也具备一定的提升和优化作用。

2）具备智能化、标准化、机械化的特点。从设计到制作，再到最后的运输和安装使用，预制舱的便捷性和快速性体现得非常明显，操作机械化，工艺水平先进，降低人力成本的同时，大大提升了电网项目的建设进度。

3）预制化优势突出。预制舱以集中的方式在工厂内制作完成，合格后被运输至作业现场，以吊装的方式一次性完成安装，省去土建施工的作业时间，可将建设周期提高20%左右。

4）使用寿命长，抗老化、抗震性、安全性、可靠性要明显优于传统的牵引变电站[3]。

6 结语

综上，将预制舱体引入传统的牵引变电站的建设当中，可有效提升整个工程项目的建设质量和使用质量，解决占地大、维修难、土建湿作业量多等短板问题。该项技术的成功应用，也加快了电网工程系统的建设和发展，适合山区地带建设和使用，前景广阔。