高速铁路牵引变电所改造技术

李 涛

(中国铁建电气化局集团有限公司 北京 100043)

1 前言

随着高速铁路的飞速发展，列车密度不断增大，铁路牵引供电系统负荷大幅增加[1－2]，使得诸多设备供电能力紧张。牵引变电所作为电气化铁路运输的动力来源，已经无法满足牵引负荷的要求。为了确保高速铁路安全畅通，需要对铁路牵引变电所进行扩能改造。既有牵引变电所扩能改造，要求不影响既有设备的正常运行，主要是指不影响给接触网供电，施工过程中可短时间内没有备用供电；出现故障时，随时停止作业，短时间内可恢复备用供电；每日作业结束，必须恢复备用方式。其作业范围、安全距离以及安全防护均应符合牵引变电所安全规程要求。作业空间也应符合施工作业要求，确保作业按工艺进行，保证安装、调试要求，达到施工质量标准。

对于现阶段高速铁路牵引变电所的改造，需要在改造前后注意多个方面的技术控制，也需要在分段进行施工作业的同时，做好一系列的前期准备工作。根据各种改造技术的运用，现将高速铁路牵引变电所扩能改造工作划分为技术准备阶段、技术实施阶段，以及其余区间的改造内容等进行分析探讨。

2 首例高铁牵引变电所改造项目概况

李营牵引变电所隶属北京至雄安新区铁路区间调度所新增北京段管辖区域，位于北京市丰台区白盆窑，为京沪高铁以及北京动车段等营运车次提供牵引负荷供电。改造之后的李营牵引变电所，要求维持两路三相电源，拆除现有变压器，并将全部负荷接至更大容量的变压器上，为原有京沪高铁牵引负荷供电；另外新增两台同容量的单相接线牵引变压器，保障京雄铁路牵引负荷供电，单母线执行分段接线型式，馈线则采用上下行互为备用方式。

改造过程中需要对全所的综合自动化系统进行一并改造换新，并采用两种方式确保期间变电所的主变有效运行。综自改造技术的运用发挥，在整个改造的过程当中，都将影响到整个高铁的有效运行，并对牵引所造成相应影响。这就要求牵引所自身能够为分段综自系统的改造做好前期工作准备。

3 牵引变电所改造技术准备

考虑到施工过程对设备安全运行的影响，牵引变电所施工要把安全放在首位，所有环节都必须在安全的条件下进行，因此所有施工步骤必须有序进行。

编制专项方案:细化总体方案，使每个工序都有详尽具体的施工方案；另外每个施工方案需要编制相应的应急预案，确保整个施工过程安全可靠。

技术交底:对现场技术人员和作业人员进行技术交底和安全交底，使现场每一个作业人员了解和熟悉施工方案、应急预案、施工过程的危险源等。

对于既有综自改造的技术准备，应将既有设备的二次接线进行紧固，并在需更新保护测控屏前制作基础槽钢，且与原有基础槽钢保持一致标高。施工部位使用防尘布进行隔离，现场配备抽风设备，并保持室内的良好通风，随时将产生的灰尘排至室外；新保护测控屏的排列顺序应与旧保护测控屏朝向保持统一，并与原有屏体以及槽钢进行固定。

除了硬件设备的前期技术准备外，还应当根据变电所当前运行方式，减少进线侧电源的倒接次数，从而节约部分倒接所花费的时间。在对设备进行更换时，要求优先更换备用电源系统设备，尤其是前期的配套或者天窗点外的设备可先行改移。

4 系统改造流程及实施技术

牵引所技术改造流程见图1。

图1 牵引所技术改造流程

4.1 分段综自系统改造技术运用

首先将原有开闭所所属的开关柜切换至其他开关柜，并将其中的高压电缆一并进行倒切，同时将其编号进行互换。所调换的开关柜应尽量处于同一开关柜室内，一方面是基于日常管理的实际操作，另一方面是为避免高压电缆迁移过程中，由于预留长度不足、通行轨迹受阻等问题存在安全隐患。

上述工序完成之后，可在剩余馈线综自系统改造环节当中，采用单回路供电系统以支撑动车所的正常运行。若在高压电缆拔除过程中造成了电缆头的损坏，应立即现场重新制作电缆头，因此施工现场需要配备电缆头制作人员以及临时应急所需的插拔式电缆头若干和电缆耐压试验仪器，以求保证在有限的改造天窗时间内进行有序操作，否则应当利用次日后续的馈线综自系统改造天窗进行施工。

无论是在母线改造过程还是在馈线改造过程中，发生天窗时间无法有效完成既定改造任务时，则强制要求闭合接触网上下行并联开关，从而进行定值的有效修改。次段综自系统改造依旧遵循该顺序，实现一个天窗点内完成一条馈线的改造，并逐步更换完毕现有开关柜的高压电缆，从而最终有效保障综自系统改造目标。另外在改造过程中，需要注意带电设备的带电区域变化，在区域内设置好各接地封线以及警戒带，停电区域送电之前需要将施工人员及时撤离送电区域。

4.2 变压器更换技术

在牵引变电所变压器就位作业前，应当编制完善的就位作业组织方案，利用进线系统倒相序时间，对主体变压器进行推移更换就位[4－6]。

在分段改造间隙应当及时更换变压器，在拆除低压侧母线、高压电缆、二次电缆之后，整体推移变压器。在推移期间应将高压电缆的接线区域进行隔离，而施工人员在该过程当中，严禁在隔离区域停留，且禁止进行任何作业内容。所有参与变压器安装的人员均要求穿紧袖口工作服，口袋内不准携带任何物品，安装使用的每一个工具均要系好白布带同手腕栓牢。均使用呆扳手，并采取各种措施防止将料具掉入设备内部。吊运及安装设专人监护，保持设备与带电部分保持足够安全距离。

若传动试验及自投试验成功，可利用天窗将高压侧接线拆解并固定，确保与周边接地体的安全绝缘距离，为阶段性综自系统变压器的更换提前做好准备；反之，应当迅速将设备恢复到原有的工作状态，确保不影响变电所的按时恢复送电系统，并在过程中查找相关导致试验失败的主要原因，总结经验用于再次试验的实施。

在主体变压器更换完毕之后，需对进线系统进行改造，并在改造期间做好相应的应急处置方案。该改造技术的目标在于改造之后新旧综自系统能够在单线出现跳闸情况之后，及时进行倒闸；随后申请施工天窗对原有的变压器进行冲击，从而进行空载试验，确保旧线故障期间能够转化变压器；最后再次重复上述动作，确保系统完成全部更换。

电缆、电缆头敷设到位之后，利用原有电缆接入新增开关柜天窗，并将断路器与高压电缆进行连接，成为母联断路器，最终将变压器由冷备转化成热备。在进行二次旧电缆的拆除工作时，应当认真核对施工设计图纸与实际布线的情况是否吻合，并征得运营单位以及监管人员同意后方可实施，若在操作过程中发现问题，应当立即上报并做必要的防护措施。

4.3 新增型综自系统设备安装技术

新增设备包括集中接地箱、高压开关柜、综自盘、网开关屏、交流屏以及变压器附件、在线监测等装置安装。这些设备在施工期间都强制要求做好相应的安装安全防护技术措施，即在施工之前都要将现有的运行设备用警戒带进行有效隔离，严禁施工作业人员进入隔离区域，从而确保施工人员自身安全以及各设备的有序运行。

首先，新增的集中接地箱，应安装在室外电缆沟上，并根据施工设计图纸相关要求，对集中接地箱安装位置进行加固，避免安装过程中由于基础出现失稳导致接地箱出现倾斜；其次，新增高压开关柜的安装，根据安装要求进行基础槽钢制作，并根据安装数量以及位置增设电缆桥架来满足高压开关柜的电缆敷设。在安装完毕之后需进行单体试验，并做适当调试。对新增综自盘、网开关屏、交流屏进行安装，可充分利用原有预留的基础槽钢，当长度不能满足需求时可适当加长。在施工天窗内从既有交流盘母线接引两路电源至新安装交流盘，进行新安装交流盘调试试验。在进行新二次电缆敷设前，应当先行整理好原有二次电缆，为新二次电缆敷设腾出空间。为了方便在综自系统改造之后拆除原有二次电缆，应将接线产生的垃圾进行清理。由于新增变压器主体庞大，对各项附件进行调试都应在宽阔区域进行。在线监测装置主要是电缆头以及SF6的安装，都需进行必要的接入调试[7－9]。

4.4 过渡期综自系统自投的技术改造

过渡运行期间，将两主变测控装置进行自投配合，改变以往正常运行阶段的单组主变保护测控，即通过采集两变压器之间的信号将对应断路器退出后进行拆除，改用同侧位置信号代替。而通过技术改造能够使得既有综自系统在保护测控软件的前提下，无需进行任何变化，仅需根据实际运行需求进行调整即可，并按设计部门提供的过渡期间运行方式来设定值，从而保护取值在可控的合理范围之内。而当保护整定值出现较大偏差时，则只需重新对相关取值范围进行设定。这样将断路器控制合闸回路与控制分闸回路端子进行短接时，可实现多点位之间的两两短接，及时通过自投技术改造系统发出分、合闸指令，从而避免了稳定运行的软件更改之后，可能产生的不确定风险因素[10－12]。

为了进一步实现既有综自系统在过渡运行时，各装置保护测控能够与实际运行设备形成完全对应，应当在其运行阶段将开关柜的主变更换到已经退出运行并拆除的对应信号的并接位置，通过调度提示，确保改造期间的位置信号能够同步，正确反映出自投功能的运行状况。当更换内容涉及到主变运行方式的改变时，需要根据定值及时确定是否修改“主变备”的低压侧保护值，以便保障原有运行方式能够满足技术改造过渡期的定值差额。通过后期技术观察以及运行记录，可以发现该项技术改造仅需综自系统供应厂商依据日常运行保养服务内容，对该系统装置软硬件进行保养就可以实现过渡期间的正常自投。

为避免改造过程中发生故障出现解列问题，技术改造之前编制完善越区供电应急预案，即由相邻的牵引变电所对本区提供必要的越区供电，并在AT所、分区所和末端解列变电所处实现上、下行牵引网全并联供电，保障编组列车能够以正常时速运行。

5 结论

作为高速铁路牵引变电所首例综自系统改造项目，在实施过程当中，本着充分利用现有牵引变电所空间以实现在有限空间以及时间节点上的综自系统的更新以及增容改造，从而促进高速铁路正常运作下，各个牵引变电所的逐步转型以及技术推广，使得既有牵引变电所能够满足当前高速铁路营运需求。在后续的类似改造项目中，结合此次首例改造所总结出的宝贵经验，使得整体高速铁路牵引变电所综合自动化系统改造技术更加成熟、稳定，最终实现高速铁路的飞速发展。