神朔铁路南梁牵引变电所布置型式研究

2011-03-13姚晓云崔校玉

电气化铁道 2011年3期

姚晓云，崔校玉

0 引言

神朔铁路西起包神线和西沿线，东连北同蒲线和朔黄线，是为开发神府东胜煤田而修建的运煤专用铁路，全线于2000 年10 月通车，2009 年为了满足开行万吨列车试验的需要，新建了南梁牵引所。新设的南梁牵引所设计为既有线路上的110 kV插入所，其所址可选择区段正好地处黄土高原的黄土梁峁区，地形复杂，且起伏变化大，历年极端最低气温达-38.1℃。经比选后的所址正好地处转龙湾隧道东口附近的山坡上，自然坡度20°～40°，高程相差10 m 以上，因此，如何合理有效地利用地形、地势条件选用配电装置进行场坪布置不仅关系到整个工程的建设速度、建设投资、土地资源利用的问题，而且对设备投入运行后的经济性和安全性也起着关键作用。

1 电气主接线

南梁牵引变电所采用110/27.5 kV，三相V/v接线形式。2 路电源进线，中间设有隔离开关分段的跨条。设置2 台牵引变压器，1 台运行，1 台备用。27.5 kV 侧采用单母线隔离开关分段接线形式，每相牵引母线上设2 组并联电容补偿装置。上行重车方向设不断电自动过分相装置（电气主接线示意图略）。

2 布置型式选择

由于南梁牵引变电所地处山坡上，其进馈线方向正好与山坡走向一致，因此所区场坪纵向尺寸不能过大，否则会造成土石方开挖量过大及高护坡等问题。依据该特点，整个场坪的布置一是在设备选型上优化，二是在配电装置布置方式上优化。考虑工程施工、投资、现场情况等因素，在工程中选取了2 种方案进行综合比较，再选择最佳方案。方案1 是选用110 kV SF6全封闭组合电器（GIS）、集合式电容补偿装置等新技术进行场坪布置，方案2 是整所采用常规设备的敞开式布置。

2.1 技术经济比较

2.1.1 技术比较

（1）采用GIS 及集合式电容补偿装置方案。GIS 全称Gas Insulater Switchgear，其特点是将断路器、隔离开关、电流互感器、母线、套管等高压电气设备组合密封在充有SF6气体的金属筒中，它具有以下优点：隔离化学污染、积尘、积雪等外部影响，可靠性高，抗震性能优良；对电磁和静电实现屏蔽，减少了噪音和无线电干扰等外部不利影响；整机装配以单元或间隔运抵现场，缩短了现场安装工期；检修周期长、维修工作量小、维护方便。但是由于GIS 集成度过高，一旦单体发生问题，整个开关场都需停电，扩大了事故停电范围，且GIS检修工作复杂，事故后平均停电时间比常规设备长。集合式电容补偿装置是近2 年出现的新型电容补偿装置，其显著特点是采用大元件，占地面积小。

该方案配电装置的具体布置：设备房屋采用2层楼房布置，110 kV GIS 组合电器布置在第2 层，27.5 kV 侧高压设备布置在第1 层。GIS 进出线套管采用“一”字形排列，2 台主变压器（下文简称主变）与110 kV 电源进线平行布置，主变在外，电源进线在里。进线架构采用双层布置，进线用V形隔离开关布置于上层，避雷器布置于下层。检压用电压互感器利用GIS 进线套管下的空闲场地布置。主变进出线利用1 个双层门形架构进行布置，GIS 出线通过上层管形金具接至主变高压侧套管，主变低压侧出线下层利用1 个横梁倒接至室内配电装置。集合式电容补偿装置利用所区入口处的空闲场地布置。自动过分相装置布置于2 个方向的上行之间，进线直接从变电所馈线出口处“T”接，避免了从接触网上引线，节约了架空线距离。整所总平面布置图见图1。

可以看出，方案1 整个所区布置紧凑合理，占地面积仅80 m×40 m（长×宽），且高压设备多布置在坡脚位置，大大减少了土石方的开挖量，节省了土建投资。110 kV 侧进出线间隔断面图、GIS 平面布置图分别见图2、图3。

图1 总平面布置图

图2 110 kV 侧进出线间隔断面图

敞开式布置的特点是进出线简洁流畅，设备布置流畅，设备运行安全易监视，设备检修方便。但是由于高压设备多布置在户外，因此易受雷雨、气温、日温差、日照及腐蚀等各种自然条件影响，设备事故较多，且维修、维护工作量大。

图3 GIS 平面布置图

（2）敞开式常规布置方案。该方案110 kV 侧高压设备采用户外中型布置，27.5 kV 侧高压设备采用户内网栅隔间布置，电容补偿装置采用户外低型布置。场坪占地面积80 m×75 m（长×宽），其中，110 kV 侧高压设备较采用GIS 占地面积多2 600 m2，电容补偿装置较集合式的单个间隔的面积大42 m2。该方案设备安装周期长，运行可靠性低，110 kV 高压设备只能布置在山坡上，因此土建开挖量大，并需做高挡墙。

（3）技术综合比较。2 种方案技术综合比较见表1。

表1 2 种方案技术综合比较表

2.1.2 经济比较

（1）一次投资。高压配电装置的一次投资主要包括设备造价、安装费用、运输保险费用、征地费用及土建费用。

2 种方案电气设备投资主要的差别在于采用新技术设备的价差，土建投资则是征地及开挖土石方量的差别。表2 列出了2 种方案的具体比较。

表2 2 种方案的一次投资比较表单位：万元

（2）年运行折旧及维护费用。通过对运营单位调查，敞开式配电装置的年运行折旧、维护费用一般为设备投资的7%～9%。GIS 配电装置在投产初期有一定的维护费用，正常运行后维护费用很低，几乎为零，年运行折旧、维护费用为敞开式维护费的12%。年运行折旧、维护费用比较见表3。

（3）投资综合比较。依据上述各项指标，2种方案的投资综合比较见表4。

由表4 可以看出，方案1 投资比方案2 投资多了6.5%。

表3 年运行折旧与维护费用比较表单位：万元

表4 2 种方案的投资综合比较表单位：万元

2.2 综合比较

方案1 布置紧凑美观，有效地利用了地形、地势条件，且占地面积小、土建开挖量小、安装工期短、维护工作量小、检修间隔周期长，更有利于实现“无人值班、少人职守”的运行模式。而方案2占地面积大、土石方开挖量大、维护工作量大，且投资仅比方案1 少了6.5%，从牵引站的长期运行、维护管理方面考虑，性价比并不高。因此，最终推荐采用了方案1。