曲衍寧

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,天津 300251)

全戶內(nèi)牽引變電所設(shè)計(jì)研究

曲衍寧

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,天津 300251)

為克服戶外架構(gòu)型敞開(kāi)布置變電所占地面積大、環(huán)境適應(yīng)能力差的缺點(diǎn),天津和諧型大功率機(jī)車檢修基地牽引變電所設(shè)計(jì)借鑒國(guó)家電網(wǎng)公司220 kV變電站典型設(shè)計(jì)成果,采用將變壓器、高壓變配電設(shè)備布置于室內(nèi)的全戶內(nèi)設(shè)計(jì)方案。介紹全戶內(nèi)牽引變電所的主接線、總平面布置、繼電保護(hù)等設(shè)計(jì)方案,著重介紹牽引變電專業(yè)與結(jié)構(gòu)、暖通、電力、防災(zāi)等專業(yè)的接口設(shè)計(jì)內(nèi)容,有助于為全戶內(nèi)變電所在電氣化鐵路中的應(yīng)用積累設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

全戶內(nèi);牽引變電所;設(shè)計(jì)

1 概述

常規(guī)牽引變電所大都采用戶外架構(gòu)型敞開(kāi)布置方式,即采用將牽引變壓器及高壓配電裝置放置于戶外, 27.5 kV高壓室、控制室、通信機(jī)械室等布置在戶內(nèi)的設(shè)計(jì)模式。目前,不少牽引變電所位于城郊、開(kāi)發(fā)區(qū)、城市中心地帶,考慮到城市規(guī)劃、環(huán)保、節(jié)約土地資源、減少日常維護(hù)工作量等各方面因素,原來(lái)的戶外架構(gòu)型敞開(kāi)布置的變電所已經(jīng)不能滿足要求,放置在戶外的變壓器所產(chǎn)生的噪聲及戶外設(shè)備與城市景觀的不協(xié)調(diào)也成為比較突出和亟待解決的問(wèn)題。

從20世紀(jì)90年代開(kāi)始,國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)新建變電所工程,就以既滿足規(guī)劃和環(huán)保要求,又盡量減少征地面積為目標(biāo),逐步設(shè)計(jì)投產(chǎn)了各種類型的全戶內(nèi)型變電所,即將主變壓器的主體及各級(jí)變電設(shè)備、配電裝置全部布置于戶內(nèi)的模式,可以最大限度地縮小占地面積和空間體積,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)湊、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、可免受雨雷、塵沙及鹽霧等各種惡劣自然條件的影響,基本解決了上述問(wèn)題。

天津和諧號(hào)大功率機(jī)車檢修基地工程,位于天津市濱海新區(qū)臨港工業(yè)區(qū),牽引變電所位于檢修基地內(nèi),考慮到基地整體布局、環(huán)保、節(jié)約土地資源、減少日常維護(hù)工作量等各方面因素,采用將變壓器、高壓設(shè)備布置于室內(nèi)的全戶內(nèi)變電所設(shè)計(jì)方案。為節(jié)約電能,牽引變電所與電力配電所合建,共用220 kV高壓電源。

2 牽引變電所設(shè)計(jì)方案

2.1 主接線

牽引變電所引入2路220 kV電源,220 kV進(jìn)線側(cè)采用線路變壓器組接線型式。設(shè)置2臺(tái)“V/V”接線、220/27.5 kV、(20+5)MVA牽引變壓器,2臺(tái)“YN, d11”接線、220/10.5 kV、25MVA電力變壓器。其中2臺(tái)電力變壓器并列運(yùn)行,2臺(tái)牽引變壓器1臺(tái)運(yùn)行, 1臺(tái)固定備用。計(jì)費(fèi)采用高壓側(cè)計(jì)費(fèi)方式且電力、牽引負(fù)荷分別計(jì)費(fèi)。

27.5 kV側(cè)采用單母線分段接線型式。

牽引變電所主接線圖見(jiàn)圖1。

圖1 牽引變電所主接線圖

2.2 總平面布置

牽引變電所高壓側(cè)設(shè)備采用220 kV GIS組合電器,低壓側(cè)設(shè)備采用27.5 kV GIS開(kāi)關(guān)柜,采用戶內(nèi)布置。設(shè)牽引變壓器室、電力變壓器室、220 kV GIS室、27.5 kV高壓室、控制室、檢修室及輔助房屋,采用平房布置;除牽引變壓器、電力變壓器基礎(chǔ)外,其余房屋下方均設(shè)置敷設(shè)電力電纜用的電纜夾層。

設(shè)計(jì)時(shí),對(duì)總平面布置進(jìn)行了比選,當(dāng)采用常規(guī)戶外設(shè)計(jì)方案,場(chǎng)坪面積為120m×100m;而采用全戶內(nèi)設(shè)計(jì)方案,場(chǎng)坪面積僅為100 m×42 m,為常規(guī)戶外設(shè)計(jì)的35%,考慮到變電所位于檢修基地廠區(qū)內(nèi),對(duì)占地面積及與環(huán)境的協(xié)調(diào)性要求較高,因此,本項(xiàng)目采用了全戶內(nèi)布置。

牽引變電所總平面布置見(jiàn)圖2。

圖2 牽引變電所總平面布置(單位:mm)

2.3 繼電保護(hù)設(shè)計(jì)

牽引變電所采用綜合自動(dòng)化系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)牽引供電系統(tǒng)的控制、保護(hù)及牽引供電設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視和報(bào)警等功能。綜合自動(dòng)化系統(tǒng)基于網(wǎng)絡(luò)化構(gòu)成,采用分層、分布式結(jié)構(gòu),繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置設(shè)置如下。

(1)牽引變壓器設(shè)自投裝置。

(2)牽引、電力變壓器設(shè)重瓦斯、縱差動(dòng)、低電壓過(guò)電流保護(hù)、過(guò)熱,動(dòng)作于跳閘;設(shè)輕瓦斯、過(guò)負(fù)荷、過(guò)熱發(fā)預(yù)告信號(hào),其中電力變壓器設(shè)置雙套保護(hù)。

(3)牽引變電所饋線設(shè)速斷、過(guò)流、高阻保護(hù)及自動(dòng)重合閘裝置。

根據(jù)《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》(GB/T14285—2006)4.3.3.3條的規(guī)定,電壓為220 kV及以上的變壓器裝設(shè)數(shù)字式保護(hù)時(shí),除非電量保護(hù)外,應(yīng)采用雙重化保護(hù)配置[1]。本次設(shè)計(jì)電力變壓器保護(hù)采用了雙重化保護(hù)配置,同時(shí)增加了中性點(diǎn)零序電流保護(hù)和中性點(diǎn)間隙的過(guò)流、過(guò)壓保護(hù),作為接地短路故障的后備保護(hù)。

3 接口設(shè)計(jì)

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

天津和諧號(hào)大功率機(jī)車檢修基地工程,位于天津市濱海新區(qū)臨港工業(yè)區(qū),廣泛分布第四系沖海積松散堆積層,軟土地層普遍發(fā)育,強(qiáng)度低、厚度大,地質(zhì)條件差,牽引變電所安全等級(jí)為二級(jí)、設(shè)防烈度7度,采用框架結(jié)構(gòu)、樁基。接口設(shè)計(jì)部分主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

(1)牽引變壓器單臺(tái)總質(zhì)量85 t,電力變壓器單臺(tái)總質(zhì)量62.5 t,基礎(chǔ)設(shè)計(jì)需要與房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)籌考慮。

(2)根據(jù)《高壓配電裝置設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》(DL/ T5352—2006)9.3.6條規(guī)定,屋內(nèi)GIS配電裝置應(yīng)設(shè)置起吊設(shè)備,其容量應(yīng)能滿足起吊最大檢修單元要求,并滿足設(shè)備檢修要求[2],本次設(shè)計(jì)220 kVGIS室上方需要設(shè)置安裝、檢修用的天車,吊鉤承重能力≮80 kN。

(3)220 kV GIS室下方設(shè)置敷設(shè)電力電纜用的電纜夾層,高度3m[3,4](地上1.2 m,地下1.8 m);牽引變壓器室、電力變壓器室下方設(shè)儲(chǔ)油池及主變基礎(chǔ),其他部分設(shè)電纜夾層,墻為防火墻,大門(mén)采用帶鐵絲網(wǎng)及百葉窗的防火門(mén);27.5 kV高壓室、控制室、檢修室、10 kV高壓配電室、10 kV變電室、電容器室、備品備件室及其他輔助房屋,下方設(shè)置敷設(shè)電力電纜用的電纜夾層,電纜夾層的高度2.2m(地上1.2m,地下1m),設(shè)置兩處樓梯間通向電纜夾層,用于緊急情況下的人員疏散。電纜夾層內(nèi)設(shè)有防護(hù)進(jìn)水、排水措施,在每處電纜溝進(jìn)電纜夾層處設(shè)集水井,在電纜夾層設(shè)滲水井。

(4)事故貯油池設(shè)計(jì),根據(jù)《高壓配電裝置設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》(DL/T5352—2006)要求,當(dāng)設(shè)置有總事故儲(chǔ)油池時(shí),其容量宜按最大一個(gè)油箱容量的100%確定[2],本次設(shè)計(jì)貯油池容積按能容納單臺(tái)牽引變壓器100%油量設(shè)計(jì)。

(5)場(chǎng)坪排水:所區(qū)內(nèi)應(yīng)有排水措施,場(chǎng)地設(shè)計(jì)坡度不應(yīng)小于0.5%,不宜大于6%,當(dāng)土質(zhì)易受沖刷時(shí),不宜大于5%[5]。

(6)電纜溝排水:電纜溝溝壁頂面高出地面100mm,穿越道路時(shí)取消溝蓋板,改為現(xiàn)澆電纜隧道形式,隧道頂板與路面整體澆筑。電纜溝內(nèi)設(shè)緩坡利于排水,排水至集水井。

3.2 暖通設(shè)計(jì)

(1)牽引、電力變壓器室

全戶內(nèi)變電所設(shè)計(jì)較常規(guī)戶外設(shè)計(jì)的最大區(qū)別在于將變壓器、高壓設(shè)備布置于室內(nèi),在變電專業(yè)的設(shè)計(jì)中增加了變壓器消防問(wèn)題,變壓器油重幾十噸,消防是個(gè)非常重要的問(wèn)題。根據(jù)《火力發(fā)電廠與變電所設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB50229—2006)11.5.4條規(guī)定,單臺(tái)容量為125MVA及以上的主變壓器應(yīng)設(shè)置水噴霧滅火系統(tǒng)、合成型泡沫噴霧系統(tǒng)或其他固定式滅火裝置[6]。雖然本次設(shè)計(jì)變壓器單臺(tái)容量?jī)H為25 MVA,但是,由于變電所位于廠區(qū)內(nèi),而且變電器為戶內(nèi)布置,因此,通過(guò)參考電力系統(tǒng)220 kV變電站典型設(shè)計(jì),確定采取為每臺(tái)變壓器設(shè)置排油充氮滅火裝置來(lái)解決其消防問(wèn)題。

牽引、電力變壓器室夏季室溫不得超過(guò)40℃,相對(duì)濕度≤80%。其中,單臺(tái)牽引變壓器散熱量≤126 kW,單臺(tái)電力變壓器散熱量≤180 kW。除了采用帶鐵絲網(wǎng)及百葉窗的防火門(mén)自然通風(fēng)外,還在每個(gè)房屋屋頂設(shè)4臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行機(jī)械通風(fēng)。

(2)220 kV GIS室

220 kV GIS組合電器采用SF6作為絕緣介質(zhì),根據(jù)《高壓配電裝置設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》(DL/T5352—2006) 9.3.2條規(guī)定,GIS配電裝置室內(nèi)低位區(qū)應(yīng)配有SF6泄漏報(bào)警儀及事故排風(fēng)裝置[2]。為此,在每個(gè)220 kV GIS室設(shè)置可以同時(shí)檢測(cè)O2和SF6濃度的氣體泄漏報(bào)警裝置,并為之配套低位安裝的軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行機(jī)械通風(fēng)。

(3)電纜夾層

電纜夾層采用自然進(jìn)風(fēng),軸流風(fēng)機(jī)機(jī)械通風(fēng)。

(4)控制室

夏天空調(diào)制冷,冬天暖氣采暖?？刂剖倚柙O(shè)氣體滅火裝置。

3.3 交流自用電設(shè)計(jì)

全戶內(nèi)變電所交流所用電設(shè)計(jì)較常規(guī)戶外設(shè)計(jì),增加了變壓器機(jī)械通風(fēng)、220 kV GIS室天車、電纜夾層滲水井潛水排污泵等動(dòng)力負(fù)荷,并且負(fù)荷用電時(shí)間比較集中,大都在夏季,在所用變壓器容量的選取上要綜合考慮。本工程由于牽引變電所與電力配電所合建,因此動(dòng)力負(fù)荷由電力專業(yè)提供400 V電源,統(tǒng)一設(shè)計(jì)。

3.4 防災(zāi)設(shè)計(jì)

根據(jù)《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50116—2008)9.3.1條規(guī)定,無(wú)遮擋的大空間或有特殊要求的房間,宜選擇紅外光束感煙探測(cè)器;9.3.4條規(guī)定,電纜隧道、電纜豎井、電纜夾層、電纜橋架和配電裝置、開(kāi)關(guān)設(shè)備、變壓器等場(chǎng)所或部位,宜選擇纜式線型感溫火災(zāi)探測(cè)器[7]等要求,配合防災(zāi)專業(yè)完成牽引變電所生產(chǎn)房屋的消防設(shè)計(jì)。

4 結(jié)論

基于全戶內(nèi)型變電所在縮小占地面積和空間體積、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)湊、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、可免受雨雷、塵沙及鹽霧等各種惡劣自然條件的影響等方面的諸多優(yōu)點(diǎn),在地形困難或重污穢的地區(qū)及重要城市,牽引變電所設(shè)計(jì)可以考慮采用全戶內(nèi)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中,既要理順本專業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容,又要統(tǒng)籌考慮與結(jié)構(gòu)、暖通、電力、防災(zāi)專業(yè)的接口設(shè)計(jì),只有這樣才能讓全戶內(nèi)變電所充分發(fā)揮其供電可靠性高、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),不斷提高鐵路電氣化裝備水平。

[1] 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB/T14285—2006 繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2006.

[2] 中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).DL/T5352—2006 高壓配電裝置設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國(guó)電力出版社,2006.

[3] 劉振亞.國(guó)家電網(wǎng)公司輸變電工程典型設(shè)計(jì)-220 kV變電站分冊(cè)[M].北京:中國(guó)電力出版社,2005.

[4] 中華人民共和國(guó)建設(shè)部.GB50217—2007 電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,2007.

[5] 中華人民共和國(guó)鐵道部.TB10009—2005 鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)鐵道出版社,2005.

[6] 中華人民共和國(guó)建設(shè)部.GB50229—2006 火力發(fā)電廠與變電所設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,2006.

[7] 中華人民共和國(guó)建設(shè)部.GB50116—2008 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,2010.

Study on the Design for Full Indoor Traction Substation

QU Yan-ning
(The Third Railway Survey and Design Institute Group Corporation,Tianjin 300251,China)

To overcome the shortcomings of large floor area and poor environment adaptation capacity of the traction substation with outdoor truss type open layout,the traction substation design of harmonious high-power locomotivemaintenance base in Tianjin draws lessons from 220kV typical substation design results of the State Grid Corporation,adopting the design scheme which the transformers,high voltage transformation and distribution equipment are all arranged in indoor type.In this paper,themain circuit diagram,general layout,relay protection and other design items of full indoor traction substation are introduced,focusing on its interface design with other disciplines such as structure,heating and ventilating,electricity and disaster prevention.Itwill be helpful to accumulate experience in the design of full indoor substation applied in electrified railway.

indoor;traction substation;design

U224

A

1004 -2954(2012)10 -0091 -04

2012 -06 -13

曲衍寧(1981—),男,工程師,2007年畢業(yè)于西南交通大學(xué),工學(xué)碩士,E-mail:quyanning@tsdig.com。