李 濤

(中國鐵建電氣化局集團(tuán)有限公司 北京 100043)

1 前言

隨著高速鐵路的飛速發(fā)展，列車密度不斷增大，鐵路牽引供電系統(tǒng)負(fù)荷大幅增加[1－2]，使得諸多設(shè)備供電能力緊張。牽引變電所作為電氣化鐵路運(yùn)輸?shù)膭恿碓?，已?jīng)無法滿足牽引負(fù)荷的要求。為了確保高速鐵路安全暢通，需要對鐵路牽引變電所進(jìn)行擴(kuò)能改造。既有牽引變電所擴(kuò)能改造，要求不影響既有設(shè)備的正常運(yùn)行，主要是指不影響給接觸網(wǎng)供電，施工過程中可短時間內(nèi)沒有備用供電；出現(xiàn)故障時，隨時停止作業(yè)，短時間內(nèi)可恢復(fù)備用供電；每日作業(yè)結(jié)束，必須恢復(fù)備用方式。其作業(yè)范圍、安全距離以及安全防護(hù)均應(yīng)符合牽引變電所安全規(guī)程要求。作業(yè)空間也應(yīng)符合施工作業(yè)要求，確保作業(yè)按工藝進(jìn)行，保證安裝、調(diào)試要求，達(dá)到施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

對于現(xiàn)階段高速鐵路牽引變電所的改造，需要在改造前后注意多個方面的技術(shù)控制，也需要在分段進(jìn)行施工作業(yè)的同時，做好一系列的前期準(zhǔn)備工作。根據(jù)各種改造技術(shù)的運(yùn)用，現(xiàn)將高速鐵路牽引變電所擴(kuò)能改造工作劃分為技術(shù)準(zhǔn)備階段、技術(shù)實(shí)施階段，以及其余區(qū)間的改造內(nèi)容等進(jìn)行分析探討。

2 首例高鐵牽引變電所改造項(xiàng)目概況

李營牽引變電所隸屬北京至雄安新區(qū)鐵路區(qū)間調(diào)度所新增北京段管轄區(qū)域，位于北京市豐臺區(qū)白盆窯，為京滬高鐵以及北京動車段等營運(yùn)車次提供牽引負(fù)荷供電。改造之后的李營牽引變電所，要求維持兩路三相電源，拆除現(xiàn)有變壓器，并將全部負(fù)荷接至更大容量的變壓器上，為原有京滬高鐵牽引負(fù)荷供電；另外新增兩臺同容量的單相接線牽引變壓器，保障京雄鐵路牽引負(fù)荷供電，單母線執(zhí)行分段接線型式，饋線則采用上下行互為備用方式。

改造過程中需要對全所的綜合自動化系統(tǒng)進(jìn)行一并改造換新，并采用兩種方式確保期間變電所的主變有效運(yùn)行。綜自改造技術(shù)的運(yùn)用發(fā)揮，在整個改造的過程當(dāng)中，都將影響到整個高鐵的有效運(yùn)行，并對牽引所造成相應(yīng)影響。這就要求牽引所自身能夠?yàn)榉侄尉C自系統(tǒng)的改造做好前期工作準(zhǔn)備。

3 牽引變電所改造技術(shù)準(zhǔn)備

考慮到施工過程對設(shè)備安全運(yùn)行的影響，牽引變電所施工要把安全放在首位，所有環(huán)節(jié)都必須在安全的條件下進(jìn)行，因此所有施工步驟必須有序進(jìn)行。

編制專項(xiàng)方案:細(xì)化總體方案，使每個工序都有詳盡具體的施工方案；另外每個施工方案需要編制相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，確保整個施工過程安全可靠。

技術(shù)交底:對現(xiàn)場技術(shù)人員和作業(yè)人員進(jìn)行技術(shù)交底和安全交底，使現(xiàn)場每一個作業(yè)人員了解和熟悉施工方案、應(yīng)急預(yù)案、施工過程的危險源等。

對于既有綜自改造的技術(shù)準(zhǔn)備，應(yīng)將既有設(shè)備的二次接線進(jìn)行緊固，并在需更新保護(hù)測控屏前制作基礎(chǔ)槽鋼，且與原有基礎(chǔ)槽鋼保持一致標(biāo)高。施工部位使用防塵布進(jìn)行隔離，現(xiàn)場配備抽風(fēng)設(shè)備，并保持室內(nèi)的良好通風(fēng)，隨時將產(chǎn)生的灰塵排至室外；新保護(hù)測控屏的排列順序應(yīng)與舊保護(hù)測控屏朝向保持統(tǒng)一，并與原有屏體以及槽鋼進(jìn)行固定。

除了硬件設(shè)備的前期技術(shù)準(zhǔn)備外，還應(yīng)當(dāng)根據(jù)變電所當(dāng)前運(yùn)行方式，減少進(jìn)線側(cè)電源的倒接次數(shù)，從而節(jié)約部分倒接所花費(fèi)的時間。在對設(shè)備進(jìn)行更換時，要求優(yōu)先更換備用電源系統(tǒng)設(shè)備，尤其是前期的配套或者天窗點(diǎn)外的設(shè)備可先行改移。

4 系統(tǒng)改造流程及實(shí)施技術(shù)

牽引所技術(shù)改造流程見圖1。

圖1 牽引所技術(shù)改造流程

4.1 分段綜自系統(tǒng)改造技術(shù)運(yùn)用

首先將原有開閉所所屬的開關(guān)柜切換至其他開關(guān)柜，并將其中的高壓電纜一并進(jìn)行倒切，同時將其編號進(jìn)行互換。所調(diào)換的開關(guān)柜應(yīng)盡量處于同一開關(guān)柜室內(nèi)，一方面是基于日常管理的實(shí)際操作，另一方面是為避免高壓電纜遷移過程中，由于預(yù)留長度不足、通行軌跡受阻等問題存在安全隱患。

上述工序完成之后，可在剩余饋線綜自系統(tǒng)改造環(huán)節(jié)當(dāng)中，采用單回路供電系統(tǒng)以支撐動車所的正常運(yùn)行。若在高壓電纜拔除過程中造成了電纜頭的損壞，應(yīng)立即現(xiàn)場重新制作電纜頭，因此施工現(xiàn)場需要配備電纜頭制作人員以及臨時應(yīng)急所需的插拔式電纜頭若干和電纜耐壓試驗(yàn)儀器，以求保證在有限的改造天窗時間內(nèi)進(jìn)行有序操作，否則應(yīng)當(dāng)利用次日后續(xù)的饋線綜自系統(tǒng)改造天窗進(jìn)行施工。

無論是在母線改造過程還是在饋線改造過程中，發(fā)生天窗時間無法有效完成既定改造任務(wù)時，則強(qiáng)制要求閉合接觸網(wǎng)上下行并聯(lián)開關(guān)，從而進(jìn)行定值的有效修改。次段綜自系統(tǒng)改造依舊遵循該順序，實(shí)現(xiàn)一個天窗點(diǎn)內(nèi)完成一條饋線的改造，并逐步更換完畢現(xiàn)有開關(guān)柜的高壓電纜，從而最終有效保障綜自系統(tǒng)改造目標(biāo)。另外在改造過程中，需要注意帶電設(shè)備的帶電區(qū)域變化，在區(qū)域內(nèi)設(shè)置好各接地封線以及警戒帶，停電區(qū)域送電之前需要將施工人員及時撤離送電區(qū)域。

4.2 變壓器更換技術(shù)

在牽引變電所變壓器就位作業(yè)前，應(yīng)當(dāng)編制完善的就位作業(yè)組織方案，利用進(jìn)線系統(tǒng)倒相序時間，對主體變壓器進(jìn)行推移更換就位[4－6]。

在分段改造間隙應(yīng)當(dāng)及時更換變壓器，在拆除低壓側(cè)母線、高壓電纜、二次電纜之后，整體推移變壓器。在推移期間應(yīng)將高壓電纜的接線區(qū)域進(jìn)行隔離，而施工人員在該過程當(dāng)中，嚴(yán)禁在隔離區(qū)域停留，且禁止進(jìn)行任何作業(yè)內(nèi)容。所有參與變壓器安裝的人員均要求穿緊袖口工作服，口袋內(nèi)不準(zhǔn)攜帶任何物品，安裝使用的每一個工具均要系好白布帶同手腕栓牢。均使用呆扳手，并采取各種措施防止將料具掉入設(shè)備內(nèi)部。吊運(yùn)及安裝設(shè)專人監(jiān)護(hù)，保持設(shè)備與帶電部分保持足夠安全距離。

若傳動試驗(yàn)及自投試驗(yàn)成功，可利用天窗將高壓側(cè)接線拆解并固定，確保與周邊接地體的安全絕緣距離，為階段性綜自系統(tǒng)變壓器的更換提前做好準(zhǔn)備；反之，應(yīng)當(dāng)迅速將設(shè)備恢復(fù)到原有的工作狀態(tài)，確保不影響變電所的按時恢復(fù)送電系統(tǒng)，并在過程中查找相關(guān)導(dǎo)致試驗(yàn)失敗的主要原因，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)用于再次試驗(yàn)的實(shí)施。

在主體變壓器更換完畢之后，需對進(jìn)線系統(tǒng)進(jìn)行改造，并在改造期間做好相應(yīng)的應(yīng)急處置方案。該改造技術(shù)的目標(biāo)在于改造之后新舊綜自系統(tǒng)能夠在單線出現(xiàn)跳閘情況之后，及時進(jìn)行倒閘；隨后申請施工天窗對原有的變壓器進(jìn)行沖擊，從而進(jìn)行空載試驗(yàn)，確保舊線故障期間能夠轉(zhuǎn)化變壓器；最后再次重復(fù)上述動作，確保系統(tǒng)完成全部更換。

電纜、電纜頭敷設(shè)到位之后，利用原有電纜接入新增開關(guān)柜天窗，并將斷路器與高壓電纜進(jìn)行連接，成為母聯(lián)斷路器，最終將變壓器由冷備轉(zhuǎn)化成熱備。在進(jìn)行二次舊電纜的拆除工作時，應(yīng)當(dāng)認(rèn)真核對施工設(shè)計(jì)圖紙與實(shí)際布線的情況是否吻合，并征得運(yùn)營單位以及監(jiān)管人員同意后方可實(shí)施，若在操作過程中發(fā)現(xiàn)問題，應(yīng)當(dāng)立即上報并做必要的防護(hù)措施。

4.3 新增型綜自系統(tǒng)設(shè)備安裝技術(shù)

新增設(shè)備包括集中接地箱、高壓開關(guān)柜、綜自盤、網(wǎng)開關(guān)屏、交流屏以及變壓器附件、在線監(jiān)測等裝置安裝。這些設(shè)備在施工期間都強(qiáng)制要求做好相應(yīng)的安裝安全防護(hù)技術(shù)措施，即在施工之前都要將現(xiàn)有的運(yùn)行設(shè)備用警戒帶進(jìn)行有效隔離，嚴(yán)禁施工作業(yè)人員進(jìn)入隔離區(qū)域，從而確保施工人員自身安全以及各設(shè)備的有序運(yùn)行。

首先，新增的集中接地箱，應(yīng)安裝在室外電纜溝上，并根據(jù)施工設(shè)計(jì)圖紙相關(guān)要求，對集中接地箱安裝位置進(jìn)行加固，避免安裝過程中由于基礎(chǔ)出現(xiàn)失穩(wěn)導(dǎo)致接地箱出現(xiàn)傾斜；其次，新增高壓開關(guān)柜的安裝，根據(jù)安裝要求進(jìn)行基礎(chǔ)槽鋼制作，并根據(jù)安裝數(shù)量以及位置增設(shè)電纜橋架來滿足高壓開關(guān)柜的電纜敷設(shè)。在安裝完畢之后需進(jìn)行單體試驗(yàn)，并做適當(dāng)調(diào)試。對新增綜自盤、網(wǎng)開關(guān)屏、交流屏進(jìn)行安裝，可充分利用原有預(yù)留的基礎(chǔ)槽鋼，當(dāng)長度不能滿足需求時可適當(dāng)加長。在施工天窗內(nèi)從既有交流盤母線接引兩路電源至新安裝交流盤，進(jìn)行新安裝交流盤調(diào)試試驗(yàn)。在進(jìn)行新二次電纜敷設(shè)前，應(yīng)當(dāng)先行整理好原有二次電纜，為新二次電纜敷設(shè)騰出空間。為了方便在綜自系統(tǒng)改造之后拆除原有二次電纜，應(yīng)將接線產(chǎn)生的垃圾進(jìn)行清理。由于新增變壓器主體龐大，對各項(xiàng)附件進(jìn)行調(diào)試都應(yīng)在寬闊區(qū)域進(jìn)行。在線監(jiān)測裝置主要是電纜頭以及SF6的安裝，都需進(jìn)行必要的接入調(diào)試[7－9]。

4.4 過渡期綜自系統(tǒng)自投的技術(shù)改造

過渡運(yùn)行期間，將兩主變測控裝置進(jìn)行自投配合，改變以往正常運(yùn)行階段的單組主變保護(hù)測控，即通過采集兩變壓器之間的信號將對應(yīng)斷路器退出后進(jìn)行拆除，改用同側(cè)位置信號代替。而通過技術(shù)改造能夠使得既有綜自系統(tǒng)在保護(hù)測控軟件的前提下，無需進(jìn)行任何變化，僅需根據(jù)實(shí)際運(yùn)行需求進(jìn)行調(diào)整即可，并按設(shè)計(jì)部門提供的過渡期間運(yùn)行方式來設(shè)定值，從而保護(hù)取值在可控的合理范圍之內(nèi)。而當(dāng)保護(hù)整定值出現(xiàn)較大偏差時，則只需重新對相關(guān)取值范圍進(jìn)行設(shè)定。這樣將斷路器控制合閘回路與控制分閘回路端子進(jìn)行短接時，可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)位之間的兩兩短接，及時通過自投技術(shù)改造系統(tǒng)發(fā)出分、合閘指令，從而避免了穩(wěn)定運(yùn)行的軟件更改之后，可能產(chǎn)生的不確定風(fēng)險因素[10－12]。

為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)既有綜自系統(tǒng)在過渡運(yùn)行時，各裝置保護(hù)測控能夠與實(shí)際運(yùn)行設(shè)備形成完全對應(yīng)，應(yīng)當(dāng)在其運(yùn)行階段將開關(guān)柜的主變更換到已經(jīng)退出運(yùn)行并拆除的對應(yīng)信號的并接位置，通過調(diào)度提示，確保改造期間的位置信號能夠同步，正確反映出自投功能的運(yùn)行狀況。當(dāng)更換內(nèi)容涉及到主變運(yùn)行方式的改變時，需要根據(jù)定值及時確定是否修改“主變備”的低壓側(cè)保護(hù)值，以便保障原有運(yùn)行方式能夠滿足技術(shù)改造過渡期的定值差額。通過后期技術(shù)觀察以及運(yùn)行記錄，可以發(fā)現(xiàn)該項(xiàng)技術(shù)改造僅需綜自系統(tǒng)供應(yīng)廠商依據(jù)日常運(yùn)行保養(yǎng)服務(wù)內(nèi)容，對該系統(tǒng)裝置軟硬件進(jìn)行保養(yǎng)就可以實(shí)現(xiàn)過渡期間的正常自投。

為避免改造過程中發(fā)生故障出現(xiàn)解列問題，技術(shù)改造之前編制完善越區(qū)供電應(yīng)急預(yù)案，即由相鄰的牽引變電所對本區(qū)提供必要的越區(qū)供電，并在AT所、分區(qū)所和末端解列變電所處實(shí)現(xiàn)上、下行牽引網(wǎng)全并聯(lián)供電，保障編組列車能夠以正常時速運(yùn)行。

5 結(jié)論

作為高速鐵路牽引變電所首例綜自系統(tǒng)改造項(xiàng)目，在實(shí)施過程當(dāng)中，本著充分利用現(xiàn)有牽引變電所空間以實(shí)現(xiàn)在有限空間以及時間節(jié)點(diǎn)上的綜自系統(tǒng)的更新以及增容改造，從而促進(jìn)高速鐵路正常運(yùn)作下，各個牽引變電所的逐步轉(zhuǎn)型以及技術(shù)推廣，使得既有牽引變電所能夠滿足當(dāng)前高速鐵路營運(yùn)需求。在后續(xù)的類似改造項(xiàng)目中，結(jié)合此次首例改造所總結(jié)出的寶貴經(jīng)驗(yàn)，使得整體高速鐵路牽引變電所綜合自動化系統(tǒng)改造技術(shù)更加成熟、穩(wěn)定，最終實(shí)現(xiàn)高速鐵路的飛速發(fā)展。