高速铁路牵引变电所常见设计、施工问题研究

唐德银

（中国铁建电气化局集团第五工程有限公司，四川 成都 610091）

高速铁路配套建设的牵引供电系统主要包括牵引变电所、牵引网以及电力机车。其中，牵引变电所承担着降压、分相的功能，为牵引机车供应电能。建设牵引变电所，主要包括两部分施工内容，一部分是建筑施工相关内容，另一部分是安装调试各项电气设备的施工内容。牵引变电所的建设施工质量对各项电气设备的运行质量具有决定性影响。为保障各项电气设备的稳定可靠运行，减少故障，要从根源上重视牵引变电所的设计施工，确保牵引变电所的建设施工质量。

1 牵引变电所建筑工程设计施工存在的问题

牵引变电所主要包括以下建筑工程：各类隐蔽工程，包括敷设地网和配设接地装置、防腐处理等；房屋土建涉及的各类支柱基础施工。牵引变电所包含的各类建筑工程在设计施工方面存在的问题如下：（1）设备接地线存在严重腐蚀的不良现象。究其原因，未能采取全面有效的措施对设备接地线实施防腐处理，导致一些设备接地线遭到严重腐蚀；未能针对铜铝接触面实施有效的搪锡处理，导致搭接面形成电腐蚀。（2）受工期、建材等因素影响，房屋建筑和各项设备基础缺乏足够的强度，其支柱发生倾斜、墙体形成开裂，甚至发生倒塌。（3）房屋建筑和电缆井发生渗漏。电缆沟容易形成严重的积水，房屋建筑容易形成严重渗漏。究其原因，在垒砌修筑电缆沟时，未能严密封堵电缆口，导致电缆沟灌水形成严重积水。屋顶缺乏足够的坡度，难以快速将积水排出，在冬季，部分地区屋顶积水还会结冰，进而将排水口堵住，导致屋面发生渗漏。未能做好防水相关处理，仅将防水涂料涂刷在电缆沟内侧，未对外侧涂刷防水涂料，缩短防水寿命，引发严重漏水。季节、温度等因素变化，会对屋面产生不良影响，引发屋面变形，产生裂缝，进而形成渗漏。（4）沿线设置的变配电亭未能设计配置生活用水供应系统。高速铁路沿线设置的供电设备，普遍采用远程操控设计，其运行无须派人值守。因此，在设计之初，未配置生活用水供应系统。但开通运行变配电亭的初期，各项设备处于运行过渡的阶段，需要安排相关人员值守。设备运行稳定后，每年度均需要对设备进行维护清扫，这些活动的开展均需要对之供应生活用水。变配电亭未设计配置生活用水供应系统，即对上述活动的开展造成阻碍。（5）变配电亭附近道路存在的问题。高速铁路的线路选址通常会规避主要干路和居民区，以减少拆迁补偿耗费的成本。牵引变电所普遍设置于高速铁路沿线，通常尽量对供电电缆的实际长度进行缩短，降低电缆被破坏的概率。对此，牵引变电所通常在距离公路较远的地方建设。在安装各项设备期间，施工单位通常临时铺设砂石路，用于将相关物资运送至场地。进入牵引变电所的道路长期承受重载运输，临时铺设的砂石路被破坏殆尽，加上各类恶劣天气，诸如雨、雪的影响，导致进入牵引变电所的道路泥泞难行，各类车辆难以进入牵引变电所。

2 牵引变电所电气设备安装工程存在的问题

牵引变电所涉及的安装电气设备的相关工程包括：在室内、室外安装一次高压设备和二次高压设备、安装调试二次系统综自系统、安装调试远动系统等。上述工程存在的问题如下：（1）负责安装电气设备的工作人员缺乏较高的技术水平和综合素质，在安装过程中未能严格遵循相关标准。牵引变电所需安装多个厂家的不同设备（220kV 隔离开关、220kV 断路器、牵引变压器、27.5kV 高压开关柜、27.5kV 断路器、27.5kV 隔离开关、交直流屏柜、综自保护屏等），不同设备安装时，采用的安装标准和安装工艺方面存在的差异较大。安装人员采用不恰当的方法对设备进行安装，难以快速准确完成设备安装，易造成重复施工，甚至引发设备故障，影响高速铁路的正常行车。（2）施工单位未能高度重视并有效保障安装电气设备的质量。部分施工单位片面重视安装主体设备，相对忽视对系统进行调试，而负责接收的相关单位，则缺乏充足时间检查验收设备调试的各项内容，导致设备运行需要反复调试，并存在大量控制、联动方面的缺陷。（3）敷设安装电缆存在的问题，主要表现在如下方面：电缆头质量不合格，缩短电缆的使用运行寿命。在制作电缆头的实际过程中，制作现场较为脏乱的环境下，存在诸多杂质，极易进入电缆头内，对其绝缘强度造成不良影响，甚至缩短其使用寿命。在敷设电缆的过程中，未对电缆沟进行修砌，直埋电缆容易导致电缆运行遭受外力因素破坏。在敷设电缆的操作过程中，电缆外皮发生损伤。对电缆实施放线操作时，部分施工单位未能严格遵循相关要求对放线滑轮进行使用，导致电缆外皮发生损伤，缩短其使用寿命，甚至引发接地故障。（4）数据采集和监视控制系统在调试后期存在较多遗留问题。在设备开通运行之初，发生频繁拒动和误动现象，还存在开关位置错误的问题。当远程控制系统发生失效后，需安排相关人员到现场实施维修操作。

3 解决牵引变电所常见设计施工问题的措施

高质量的房屋建筑、各项电气设备安装工程设计施工，是保障设备稳定可靠运行的根本。要从根本着手，有效控制解决各类问题，消除隐患，保障各项电气设备实现稳定可靠运行。具体可从以下方面着手：（1）设计部门应对现场展开深入全面的考察调研，对设备运行和维护检修存在的各类问题形成清晰明确的了解和全面准确的把握，从设计层面着手，有效解决相关建筑、设备使用运行后发生的问题。（2）对施工过程加强监管，有效控制施工质量，由负责接管运营电气设备的单位设置提前介入工作小组，从施工阶段即对施工质量进行监控。（3）严格遵循设计要求开展施工。例如，路面承载大型重载设备运输后，要及时修复发生破损的砂石路，并对之进行硬化，延长道路使用寿命。（4）牵引变电所与相关设备厂家针对设备试运行签订盯控协议，督促重点设备厂家在设备试运行期间实施全程盯控，组织设备使用和维护检修人员开展系统全面的技能培训，并全天24 小时提供技术支持，保障设备运行的稳定性和可靠性。（5）安装设备完成后，仅从通过外观对之实施检查，无法直接对设备内部情况作出判断，对此，要对安装完成的设备重点实施电气绝缘监督，对于充油设备要重点实施油质绝缘监督，及时找准设备内部存在的缺陷和隐患。（6）在安装调试SCADA 系统时，对之实施重点盯控。开通客运专线后，对相关设备实施为期一年的整修，确保所内各项设备保持正常运行，对于系统存在的解决难度较大的联调问题，要尽量提前进行系统施工，腾出充足时间对设备联调问题进行解决，确保设备正常稳定运行。（7）强化相关人员培训。施工单位、设备验收单位以及运行接管单位，均要筛选具有较高技术水平和业务素质和较强学习能力的工作人员参加相关培训，并汇总实践经验，培养高素质的专业团队，保障设备安装质量和设备安全稳定运行。

4 牵引变电所相关设施设计建设

4.1 设备基础

遵循场坪承载力≥150kPa 的要求，对设备基础进行设计，采用混凝土基础。设备基础采用C30 等级的混凝土，垫层采用C25 等级的混凝土。当现场地质条件与设计要求不符时，要将现场实际情况作为依据，因地制宜地实施基础处理。

4.2 进场道路

牵引变电所均需建设进场道路，以满足运输设备和开展日常维护工作的使用需求。要根据大型设备运输和消防要求，对进所道路路面宽度进行确定。通常，牵引变电所路面宽度为4.5m，其余路面宽度为4m。

4.3 场坪排水

对于场坪内部，要做好排水设计，避免牵引变电所内部出现积水。场坪适宜采用0.5%的设计坡度，要根据场坪附近地势对排水方向进行合理设计。室外电缆沟适宜采用1%的排水坡度设计，电缆沟边沿要高度地面100mm，避免场坪向沟内流水。电缆沟应与场坪排水方向相结合，通过统筹考虑，合理设计排水方向。当出现排水困难的状况时，应在端部对集水井进行设置，通过人工机械进行排水，避免沟内出现积水。

5 SCADA 系统技术方案

5.1 设置调度所

依托现有的高铁调度系统，对电力牵引调度台进行设置，实时控制牵引供电所各项设施的实际运行状态，对之进行监视，并采集相关数据，以自动化方式对供电设备实施调度管理。由各被控站设置的综合自动化系统负责执行端的数据采集、数据发送，并对调度主站下达的各项命令落实执行，系统具备遥测、遥信以及遥控等功能。对系统配套设置调度员工作站，据此开展日常调度和相关操作，实施调度管理。配置通信接口设备，接于通信接入交换机和通信系统传输设备之间，对远动通道涉及的各类接口进行实时转换，据此完成主站系统与各被控站之间的数据通信。

5.2 远动范围

对综合SCADA 系统进行设置，沿线牵引变电所、接触网开关站等作为该系统被控站。通过牵引调度台实时控制牵引供电设施，对之进行监视，并采集相关信息，以自动化方式对供电设备实施调度管理。

5.3 通道构成

远动通道实施双环形通道结构，包括主用通道和备用通道，两类通道保持各自完全独立的状态，不能实施互访。各被控站和调度中心均采用两路FE(E)接口作为通信接口；沿线纳入远动的接触网电动隔离开关通过点对点光纤数据通道就近接入相关所亭，并向调度中心上传。各所至供电段均设置相应的维护通道，向供电段上传各类信号，包括油色谱在线监测、电缆在线监测以及环境监控等信号。牵引变电所与相邻AT 所、AT 分区所之间设置故障测距维护通道，对光纤通信进行采用。

5.4 系统构成及其技术要求

综合SCADA 系统对分层分布式结构进行采用，系统主要包括调度管理层、通信传输网络层以及现场设备层。其中，通信网络层主要包括连接调度所和现场设备的通信传输承载网络。现场设备层主要包括沿线设置的综合自动化系统以及接触网开关监控系统。

5.5 接触网开关监控系统主要构成

该系统主要包括监控主站、监控子站以及网络通信设备。子站设备在沿线网上开关处集散布置，与开关采用同址安装，主站设备和各子站设备之间利用光缆构建现场总线，帮助主站与子站各自的设备相互传递信息；各监控子站利用控制电缆连接管线范围相应的开关操作机构。

将主控屏设置在牵引变电所亭内部的监控主站，将主控制箱设置在牵引变电所亭外的监控主站。主站设备对可靠性较高的工业计算机进行采用，具有美观大方的外形。通过综合自动化系统将数据向调度端上传，据此实施远程监控。主站设备与子站设备通过高性能光纤网络搭建数据通道，形成现场总线。

6 结语

综上所述，高速铁路配套建设的牵引变电所工程设计施工质量对相关电气设备运行质量和可靠性具有直接影响。对此，要增强设计合理性，保障各项设备施工运行质量，减少设备发生故障的可能性，延长各项设备的使用寿命，减少设备维修，重点应做好牵引变电所相关设施设计建设，并设计科学的SCADA 系统技术方案，保障设备的稳定可靠运行。