铁路供配电系统中的箱式变电站运用

2020-03-02

技术与市场 2020年3期

(国家能源集团神朔铁路分公司，陕西榆林 719300)

0 引言

铁路在我国现代化建设中发挥重要的作用，我国铁路总营业里程达到12万km，电气化率60%，预计2020年铁路电气化率达到65%，供配电系统是现代铁路建设中施工设计必须考虑的内容，铁路供配电系统稳定运行受到地质地貌、施工工期等诸多因素影响。箱式变电站可以有效降低变电运行不良的影响。新时期背景下，铁路供配电系统应重视提高运行的可靠性，为铁路安全提供保障，箱式变电站的应用满足了铁路供配电系统的安全运行需求。

1 箱式变电站概述

铁路是国民经济的大动脉，铁路电力部门担负对铁路指挥系统、牵引系统供电的任务，铁路运输事业的发展与电气化程度提高，对铁路供电可靠性要求不断提高。铁路负荷的特点是要求不间断供电，负荷沿铁路分布，对10 kV与35 kV电力线路的供电半径，铁路电力系统较长[1]。

箱式变电站是变配电成套设备，其中的配电装置根据特定接线方式排列。箱变主要分为高低压室与变压器，高压室主要包括避雷器及负荷开关等，主要功能是停送电与短路保护等。低压室主要包括电流及断路器等设备。变压器室主要是为防止太阳辐射，通常为双层夹板式结构，顶板建设时需用到隔热材料。变压器需要经常通风散热，采取有效的措施降低环境对设备的影响。

箱式变电站具有体积小、成套性强，能提供高供电质量、缩短送电周期、对环境适应性强、运行安全可靠等系列优点，箱式变电站在铁路供配电系统中广泛应用。20世纪70年代后期我国从欧洲国家引进箱变，由于仿欧箱变是将电气简单组合在金属壳内，性能不佳。1994年我国引进美式箱式变电站制造技术，目前国产的箱式变电站主要用于3～35 kV配电系统用户。箱式变电站是取代传统土建点电站的产品，可用于环网配电系统，是目前城乡变电站建设的新型成套设备。

2 箱式变电站的主要特点

常见的紧凑型箱式变电站有国产紧凑型变电站、美式预装式变电站。美式预装式变电站将高压负荷开关与断路器组合，放置在封闭的盛满绝缘油的油箱中，可以降低绝缘材质的外形尺寸，发挥冷却的作用，延长设备的使用寿命。配备有油温表，压力释放阀等检测仪器；欧式预装式变电站中，不同隔室配备低压配电装置，高压开关设备；国产紧凑型变电站是综合欧式与美式变电站的优点，在国内有广泛的应用。

箱式变电站的优点主要体现在自动化程度高，箱体性能可靠，设计方式相对灵活，工厂预制化安装快捷。现代信息技术发展促使铁路变电站发生很大的改变，低压控制中应用微机保护技术，配合计算机技术解决人为操作提供自动化系统运行效果。数据收集整理中提高数据的可靠性，有效开展远程监控操作，节省大量铁路运行成本，有效监控箱内温湿度与设备运行参数，提高其安全性。箱式变电站受到现代科技的支持，得到了广泛的应用，满足了国际标准体系认证要求，为提高箱体自身性能可靠性，需用镀铝锌钢塑箱体外壳，可选用集装箱标准型材制造框架，夹层具有良好的防火等性能，保证外界±40 ℃不会影响箱变箱体安全。

箱式变电站内部结构设计更加紧凑，布局合理，箱体体积小，箱体安装根据环境等方面因素确定合理的作业方案，更好地满足供电需要，一体化箱体占据空间较小，能够节约成本。常规铁路变电站建设中需要耗费大量的资金，箱变建设安装仅需考察工程实际情况，在工程预制到现场组装，箱变制作到使用仅需一周时间。

3 箱式变电站内部元件选型技术要点

10 kV容量的电力用户，其高压负荷开关常用于开断负荷电流，10 kV箱式变电站设计时，通常采用高压负荷开关加熔断器代替高压熔断器，可以提高设备综合经济投资效益。由于高压负荷开关实现开关变电站系统负荷电流，熔断器实现系统故障短路电流。高压断路器与加熔断器相比造价较高，不适于内部空间狭小的箱式变电站结构。

箱式变电站变压器通常选用节能型干式配电变压器，根据电力负荷特点选择变压器容量，单台配电变压器设计容量不超过1 250 kVA，如统计负荷容量较大选用2台变压器切换运行，干式变压器不需检查油温、油压等特性参数，具有阻燃等优点，在其设计中成为优选的变压器类型。根据使用环境条件等要求，可加装防凝露等自动控制系统装置，壳体结构应具有良好的耐久性，10 kV末端箱式变电站如容量小于500 kVA，建议选用非金属壳体。

普通配电房中选用的低压配电柜按低压配电功能单元组合布置，分为进线柜、馈线柜等，其内部集成度较高，通常包括进出线、补偿功能，为减少低压柜的占面，应优化低压电器布置结构。选用多功能的万能式断路器，配有短路短延时、失压分励等多种自动脱口器，构成完善的综合保护系统，分支馈线电路应选用塑料外壳断路器，利用热脱扣装置，提高馈线回路安全性。

4 箱式变电站设计技术要点

选择箱式变电站变压器容量要以电力用户负荷特性为依据，考虑电力负荷未来发展，如电力负荷未来一段时间内进行电力规划，负荷容量存在不大变动，箱式变电站变压器容量选型可考虑5年内电力负荷波动情况，要求变电站当年运行负荷不低于变压器容量的30%箱式变电站运行中温升效应主要取决于自身壳体结构，配电变压器形式，选型中应考虑温升设计富裕度，高点电器设备允许温升按照《高压开关设备标准共用技术要求》低压电器设备按照《低压开关设备新标准》中技术要求进行设计。

5 箱式变电站在铁路供配电系统中的应用

车站信号，二级负荷中供电采用双路电源，两路电源引入箱变中，与铁路电力自闭电源连接，设计的箱式变电站中组合了双电源检测装置，变压器等系统，安装在铁路线路附近，可实时监控高压线路故障，通过远程终端RUT监控车站信号电源等参数，通过2 M专用铁路光缆连接调度站与被控站。主控站得到配电所信号，电流等信号统一监控。车站综合变电站负责设备等三级负荷供电，变压器在100 kVA左右，铁路电力贯通电源提供接引电源。

以某隧道供电为例，隧道直线长度≥1 000 m隧道中照明采用固定照明方式，为保证隧道内空气质量等，需机械强制排放，要依靠电源供应保证正常运转。选择在隧道壁预留洞口安装箱变，用于为隧道内提供电源。隧道中的箱式变电站电压等级为10 kV，强制排风风机电源为隧道出入口35 kV箱变，设备呈现一字型排列，包括主变压器箱10 kV开关箱，35 kV开关箱，隔层气楼结构充分保证主变箱等电气设备通风散热。为避免设备渗漏引起停电事故，主变，电压互感器采用干式设备，箱体内配有监控报警系统，便于及时采取措施。采用DSA微机控制系统保证电流与测控电流分别输入，具有良好的抗震性，有较长的使用寿命，能够降低设备故障率。

在大型枢纽战场改造中，需设置开闭所，由于既有场坪有限，无法按常规方式建设，设计为独立箱式变电站，箱式开闭所两路电源从正线上下行引入，实现闭锁功能，专用于电气化铁路开闭所产品。将高压断路器、隔离开关、馈线保护柜、远东设备等组合。枢纽站场空地安装降低既有线路运营干扰，实时监控正线上下行网压，枢纽站场供电运行参数通过集成在箱变的远程终端接入远动系统受到监控。利用专用铁通电缆为通信数据通道，采用环引方式实现调度站的通信，将开闭所主要开关状态，电压等参数传输至调度端主控站。