行业要闻

摘要：介绍天津现代有轨电车箱式变电站的基本情况，通过分析箱式变电站历年的运行状态，提出了箱式变电站在设计及生产方面改进的方向及解决方案，为国内相关工程项目提供可借鉴的           经验。
关键词：箱式变电站   天津现代有轨电车   应用Abstract: This paper describes the basic situation of box-type substation exploited by Tianjin modern tramway, analyzes the operation of box-type substation, and proposes some important directions of  improvements in the design and production which will provide useful research for domestic projects.
Keywords: box-type substation, Tianjin Modern tramway, applications
0 前言
        箱式变电站由于具有占地面积小、成套性强、结构紧凑、安装方便、工期短等特点，在国外得到了成熟的应用，并且在国内被广泛应用于国网变配电系统中。近年来，箱式变电站在上海、广州、天津等地轨道交通领域得到了有益尝试，建设更加完善的国产化箱式变电站，并广泛应用于城市轨道交通建设是行业的发展方向。本文考虑在天津现代有轨电车中的应用情况，提出了国产化箱式变电站的改进方案。
1  国产化箱式变电站在国内轨道交通中的应用
 1.1  箱式变电站在轨道交通中的发展历程
        箱式变电站在国外广泛的应用于圣地亚哥的地铁系统、美国达拉斯地区的轻轨系统、宾夕法尼亚东南部捷运局以及英国、法国的电气化铁路。20世纪90年代中期，国外设备供应商陆续生产出各种符合我国用电法规要求的箱式变电站，并应用于香港东部和西部铁路。2002年，上海地铁莘庄线轨道交通工程率先使用美国公司生产的箱式牵引变电站，由此箱式牵引变电站正式进入国内的轨道交通领域。2006年，天津现代有轨电车项目首次采用了国产化箱式变电站。随后，北京5号线正线供电系统扩容改造工程、河西有轨电及南京麒麟有轨电车工程亦采用国产化箱式变电站。
 1.2 箱式变电站在天津现代有轨电车项目的应用情况
        天津现代有轨电车项目起点为津滨轻轨泰达站, 终点为洞庭路十三大街大学城站, 线路全长7. 86 km, 全线共设置5座牵引变电所，其中车辆段1座、正线4座。车辆段箱体的尺寸为长14米*宽4.7m*高4米，正线为长9.8m*宽4.3m*高4米。
       正线4座变电站内均设置一路电源进线，开关柜数量及配置相同，包含进出线柜、受总柜、牵引变压器馈线柜、计量、PT柜各1面，牵引变压器（630KVA）、12脉波整流变压器各1台，正负极、轨电位、排流柜各1面，直流馈线断路器柜2面、交直流屏、综控屏、EPS各1套。车辆段设置两路电源进线，共配置两套上述设备。每座变电所之间的间距均为2公里左右，最远为2.1公里，最近为1.5公里。该项目采用分散式供电模式，交流电压等级为10kV，直流电压等级为DC750 V。为了减少直流馈线断路器数量，缩小箱变体积，相邻牵引变电所对正线接触网实行上下行并联双边供电方式。
       箱式变电站设置在天津开发区洞庭路沿线绿化内，很好的与城市景观融为了一体见图1。正线箱式变电站内部布置图见图2.
 
2 箱式变电站的优点
       天津现代有轨电车项目采用的箱式变电站其优点主要体现在以下三个方面：
2.1成本低
       具备同样功能的国外箱式牵引变电站造价为人民币900万元左右(不含基础和综合接地系统建设费)，而国产化箱式牵引变电站的造价为450万元左右(含基础和综合接地系统建设费)。通过比较，国产化后的费用远低于进口箱式变电站费用。
2.2工期短
        天津现代有轨电车箱式变电站经工厂内安装调试后，整体运输至现场安装。此项目工厂内安装调试时间不足4个月，现场调试除远程监控外，仅需1周左右即可送电，大大缩短了整个工程的工期。
2.3 占地面积小
       箱式变电站结构紧凑，面积最大的车辆段变电站仅为65 m2，如果设置类似配置的土建变电所, 需征用土地面积为200m2 左右, 相应的各项费用（设备投资、土建投资、征地费等）, 将高于国产箱式变电站。
3 箱式变电站设计改进要点及解决方案
       天津现代有轨电车项目采用的国产化箱式变电站，尽管有诸多优点，但在运行过程中也发现了早期设计及施工过程中存在着些许不足。这些因素制约了箱式变电站在国内轨道交通领域的发展，笔者结合使用经验，提出了相应的解决方案。
3.1箱体结构及散热 
 3.1.1箱体的结构
        本项目箱体外墙板为厚度不小于2 mm 的覆铝锌板, 内墙板为厚度不小于1.5mm 的彩钢板, 中间保温材料采用聚氨酯, 厚度不小于60 mm，并在外墙上加设了铝塑板装饰。      
箱体外墙粘贴的铝塑板经长期的风吹日晒，在使用过程中存在脱落的情况，虽不影响使用，但使整体箱体的美观大大降低。墙体可以借鉴北京地铁5号线的经验，改成波纹式的结构，既能避免上述问题，又能增加箱体的散热面积，还能增加箱体的结构强度。
3.1.2 箱体的散热
        箱式变电站普遍存在散热通风问题。变压器运行时温度较高，太阳光的直射造成温升较快，且分布在狭小的空间内，加上箱体散热性较差，为了保障设备安全运行，本项目采用空调来调节箱体的温度。此项目中占地面积最大的箱式变电站为65平米，设置两台5p商用风管式空调，空调运行时间长，故障率高，维护费用昂贵。建议采用功率较大的工业空调，虽然增加了能耗，但将会大大降低维护成本。此外国内相关设备厂商也提出箱体顶部增加百叶窗以便空气的对流,增强箱体散热。
        虽然目前采用空调故障率较高，但是空调具备通风、除湿功能，相比较百叶窗散热来说，变电所内环境要清洁的多，百叶窗散热会造成箱体内防尘等级的降低，增加设备的维护工作量，故障率会有所增加。在改善箱式变电站散热通风问题上，建议主要从改善箱体材料及空调使用方面考虑，不但应选用性能可靠的工业空调，还需考虑更换空调时做到易拆卸，并对箱体无影响。
        改善箱体材料方面应不断尝试新材料，比如新型的相变蓄热调温材料、玻璃纤维丝增强材料的 高强度特种水泥、金邦板等。
 3.2箱体的基础
        本项目预先做好电缆夹层，将箱式变电站底座基础槽钢与箱变基础顶面预埋钢板进行焊接固定。箱体下方做一个1.8 m 高的半地下电缆层，箱体底板开设电缆孔洞，作为进出电缆层的通道。此种箱体基础的制作方式易造成电缆夹层的渗水及箱体底部的生锈。目前箱体底部预埋钢板已经发现龙骨严重生锈的情况，并造成以下影响：电缆夹层在雨季易渗水，潮气通过电缆孔洞上行，影响电缆及开关的使用寿命；箱体底部支撑的龙骨严重生锈，影响箱体的使用寿命。
        为了解决上述问题，除做好电缆夹层的防水处理及电缆孔洞封堵外，还需在工程中将箱体底部安装非金属材料的底板，防止潮气上行造成底部钢板龙骨生锈。
3.3箱体的凝露
        由于箱式变电站内安装了空调，在本项目中凝露对设备影响并不大。在运行过程中仅发现两次电缆、变压器设备出现凝露的情况，且均出现在设备检修后。
解决此类问题最好的方式是增加加热器，并辅以空调通风。当箱内环境处于低温、高湿状态， 接通加热器并开启通风；当箱内环境处于低温、低湿状态，仅接通加热器，使得箱内温湿度保持           在一定范围内， 以确保箱体内电气设备不会产生凝露。此种加热器的开启方式最好采用现场启动的方式，安全可靠，易于控制。
3.4箱变的防雷
        箱式变电站的净空高度普遍较低，本项目箱变高度仅为4米。工程施工期间仅考虑在中压柜及直流柜相应位置设置避雷器，箱体未设置防雷设施。在运营期间曾出现雷击造成整流器柜内熔断器、二极管、绝缘子大面积损坏的事件。
       因此，在考虑箱变融入城市景观的同时，还需考虑箱体本身的防雷问题，应在箱体顶部设置避雷带，有效的防止雷击造成的设备故障。
3.5消防设计
        本项目箱体内配置了烟感报警器和气体灭火器等消防设备，目前的配备方式符合《电力设备典型消防规程》的要求。但是箱式变电站若采用无人值守的模式，应对所内的消防设施配备等级更高，因为无人值守的变电所，从发现火情到到达现场尚需时间，仅仅配置灭火器不能有效的减少火灾损失。
        建议在变电所内增加七氟丙烷灭火装置，同时配合FAS系统远程操作，能够有效的控制火情，减少损失。
3.6箱体的空间局限性
        为了达到用IP54的防尘要求，本项目尽量减少了箱体向外开门的数量。作业人员检修均在开关柜前部，检修空间狭小，检修难度加大，特别是大型设备的更换及吊装存在较大的难度。
例如变压器为隔离的单独空间，空间较小。发生故障需要更换变压器时，吊装较困难。建议在箱变制作时，应考虑大型设备的更换问题，将变压器底部设置为可抽拉式的底盘，方便故障时更换。
        另外，直流开关柜为绝缘式安装，长期运行后存在绝缘板老化，需更换绝缘板的情况。若更换绝缘板，需将至少5面直流开关柜抬升。由于箱变顶部承重能力有限，直流开关柜吊装存在困难，在箱体制作时需考虑更换绝缘板时的吊装工艺，建议在箱变顶部设置吊装桥架及提供工装，若需进行吊装时，将吊装桥架与工装安装即能方便吊装。
        直流框架绝缘值目前仅为厂家提供的不低于1M欧的标准（不同产家提供标准不一致）。但是很多工程在运营后出现框架绝缘下降的情况，有的甚至在工程期间就低于1M欧。直流框架绝缘限值还有待行业内研讨并制定规范。
4 结束语
        箱式变电站虽存在诸多优势，但国产箱式变电站的工程应用经验尚浅,难免会出现各种各样的问题。设计单位及设备生产商,应在建设时期多考虑设备运行及维护中遇到的问题，不断改进产品质量,使国产化箱式变电站的应用越来越广。
参考文献:
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[5]张绍臣. 关于城轨直流设备绝缘安装的分析[J]. 现代城市轨道交通, 2009 (4): 32-36.
作者信息：张梅，天津滨海快速交通发展有限公司，工程师；
                    杨惠利,天津滨海快速交通发展有限公司，运营总部副经理，高级工程师