箱式牵引变电所在轨道交通供电系统中的应用探析

箱式牵引变电所在轨道交通供电系统中的应用探析

梁晓洪

重庆轨道四号线建设运营有限公司 重庆市 401133

摘要：本文从电力系统的组成及配置方式入手，阐述了箱式牵引变电所的特性。箱式牵引变电所在轨道交通系统中的应用情况及发展趋势进行了剖析，对总体的设计进行了探讨。

关键词：箱式牵引变电所；轨道交通；供电系统

引言

箱式牵引变电所是城市轨道交通的核心，其所内安装的设备种类多，数量多，相互逻辑关系复杂，占地面积大，建设周期长。如在城市轨道交通采用箱式牵引变电所，可以缩小车站规模建设，节省土建投资，减少现场工作量，缩短建设周期。

1.牵引变电所组成与设置模式

箱式牵引变电所的作用是为轨道交通线车辆提供电能，主要设备有：牵引整流变压器、直流开关柜、负极柜、轨电位限制装置、排流柜、配电变压器、交直流电源系统，综合自动化系统、再生制动系统等。牵引变电所既可以布置在车站内，也可以布置在靠近车站的站外。在站外既可以采取传统的修房屋，也可以采取箱式牵引变电所。

箱式牵引变电所是一种工厂化、模块化、标准化的方式，它把传统的牵引变电所主要设施进行了集成组装。在箱中除传统牵引变电站各主要设备之外，还装有普通照明、应急照明、通风、空调、防凝露、电源插座、各设备之间的电缆等设备。此外，还可以按照现场的需求设置报警装置、门禁装置等辅助设施。上述装置在厂内进行集中安装和调试后，再通过整体或折分分段设备运送至变电站的安装场地进行安装。

2.箱式牵引变电所的主要特点

（1）建设周期短。箱式牵引变电所的施工工期，包含变电所设计、安装、调试、系统调试等工作内容，由于施工、装修以及相关的配套设施（如环境控制、通信、消防等）的设计、调试等的工期限制。由于牵引变电所设备安装调试、联调任务重、时间紧、难度大，因此很容易成为施工中的桎梏，但箱式牵引变电所的工期与土建工程及其他系统专业的工期互不影响，其箱体制造、设备生产和设备安装、接线、单体调试、变电所系统调试等工作可与土建工程平行开展，不受其他站后系统的拖累，甚至可早于车站建设和其他系统提前送电。所以，与传统的牵引变电站相比，采用箱式牵引变电所的模式可以极大地减少施工周期。

（2）现场工作量少。传统牵引变电所是单个设备在厂内生产完成后运到现场进行组装，然后进行再调试，而箱式牵引变电所单个设备在工厂统一安装，连接，布线，调试，然后运输到安装工地进行安装和连接缆线，安装工作量小，调试工作量小。

（3）占地面积小、拆迁工作量小。由于受建筑的影响，传统的牵引变电所需房传统屋，安装站后系统等设备设施，这些设备设施的建设往往与变电站的设备安装、线路铺设发生矛盾，导致变电站内部始终有部分地区无法正常工作。此外，为了满足设备运输、运行和维护的需求，变电站的设备布局也有诸多的局限性，同时也要求在变电站内部增加一定的空间。以1个标准的牵引变电站为例子，传统的牵引变电所大约要200 m2，而箱式牵引变电所则大约70 m2。

3.箱式牵引变电所的应用现状和前景

箱式牵引变电所不仅将传统的电力系统转移到传统的容器中，更重要的是，它的结构、强度、结构、牵引电源的选用、与箱体的匹配，都涉及了许多领域。与传统的牵引变电站比较，箱型变电站的技术进步是毋庸置疑的。它不但与交流装置有关，也与直流装置有关。箱式牵引变电所在国内外已经得到了广泛的使用，例如美国达拉斯地区的16个轨道交通站以及圣迭戈轨道交通 El CAJON LRT线路12个车站都使用了箱式牵引变电所；洛杉矶捷运局红线一期、洛杉矶捷运公司红线二期、宾西法尼亚东南捷运公司等也都使用了这种模式；此外，在香港的东线和西线工程中，重庆江跳线也有一些牵引变电站采取了箱型运行方式。目前，我国的箱式牵引变电站逐渐开始使用，大多采用与外国企业的技术进行技术创新，并逐渐开发出国产的设备，用于我国的城市轨道运输[1]。

4.箱式牵引变电所总体设计

箱式牵引变电所结构简单，性能可靠，运行安全，实用美观，便于试验和维护，外形与周围的环境相匹配。结合箱式牵引变电所设计的实践，给出了一些整体的设计建议。

（1）箱体内设备总体布置。其整体布局必须符合《建筑设计防火规范》、《3〜110kV高压配电装置设计规范》、《高压/低压预装式变电站》等相关规范规定。在该装置中整流变压器均设有独立的隔离室；在平面布局时，要注意设备的运转通道和维护空间。应有照明设施（一般照明、紧急照明、维修照明）、通风设施、消防设施、通信设施、网络接口设施以及其他环境条件，确保电力设施的正常运行。

（2）箱体尺寸。由于国内规范中关于高电压级的箱式牵引变电所的安装大小并没有一个统一的标准，致使设计院或厂商在进行箱式变电所设计时无从下手.往往依靠传统土建模式的经验或参考《3〜110kV高压配电装置设计规范》的规定，使设计的箱体体积较大，容易在车站的布局和征用环节上产生浪费，而且还会使箱体过长过宽、不便运送。因此，在进行箱式牵引变电所的设计时，应考虑到箱式牵引变电所运输设备、道路、交通疏解等方面的问题，并根据 GB 17467-2010 《高压/低压预装式变电站》的有关规定，尽量减少箱型的体积，并根据需要可进行折装分段运输。按照国内集装箱变电所的运输实践，集装箱的运输宽度不得大于3400毫米；在交通状况较差时，集装箱的运载单位必须缩短其宽度和长度。

（3）箱体基础。目前，我国所有的箱式牵引变电所都是在预制箱梁下面加一个2米高的箱地基（半埋地电缆），而在预制箱梁的底部有两个开口，用来进出电缆。这种方法有3个缺点：①操作人员进入电缆层都很不便，更不适合发生火灾时的疏散需求，有很大的安全风险；②箱底内部易于受潮，潮气很易渗入，严重地阻碍了装置的正常工作；③地基成本高。提出了箱式牵引变电所的基本方案：在箱形变电所下部设置一根半埋地电缆，在各箱体底部设置2米高的缆线，中间隔着一根供二次电缆和站台电气系统使用的低电压电缆；一次高压主缆通过埋设管道从开关柜内插入到电缆槽中。这样的铺设方式运行简单，安全，维修方便，成本也大大减少。对箱基进行改造的一种新的方法是采用地上的高架法，这种方法可以克服前面两种缺陷，但是增加了地基的成本。

（4）箱内的温度和湿度控制。针对箱式牵引变电所在不同区域的实际操作条件，采用了节能型新风装置，利用机械通风装置增加了箱体内部的换气频率，对室内的温度、湿度进行了初步的调整；并配备了温控装置，通过联锁式的方式对空调器和风扇进行联锁，当室内的温度、湿度达到一定的时候，就会自动开启冷气进行降温或除湿，从而有效地调整室内的温度、湿度。

（5）各运输单元之间的连接。在不能进行全车搬运的情况下，为减少就地布线，加快施工进度和施工质量，建议采取插接形式（例如航空插头），在生产过程中，将插口的两个电线都连接在一起，并在工厂内直接插入，这样可以减少现场的安装和调试，该技术设计已用于箱式牵引变电所[2]。

5.结语

箱式牵引变电所的设备布置、土建设计及建设模式均为工厂预制、现场安装模式的转变。其标准化设计，工业化生产，集约化施工，使得其施工技术水平提高，资源消耗低，环境污染少，工艺精细化。在我国铁路的发展过程中，箱式牵引变电所在铁路工程中的地位越来越高，它的使用领域也会越来越广泛。

参考文献

[1] 单晖,王帮田. 箱式牵引变电所在城市轨道交通中的应用[J]. 城市轨道交通研究,2014,17(10):131-134. DOI:10.3969/j.issn.1007-869X.2014.10.033.

[2] 王彦利,谢伟. 箱式牵引变电所在城市轨道交通领域的应用[J]. 都市快轨交通,2011,24(3):99-101. DOI:10.3969/j.issn.1672-6073.2011.03.025.