城轨供电系统中压开关柜更换改造施工策略及应用

2021-07-01 02:32王庆友
装备维修技术 2021年51期
关键词:开关柜变电所负荷

王庆友

摘 要:城轨供电系统是轨道交通各系统的动力能源。随着使用年限及故障率的上升,对供电设备进行更换改造成为设备运行维保的一项重要工作。既有线改造需在不影响运营前提下实施,本文针对城轨既有运营线路中压开关柜更换改造重点难点进行了分析,提出了更换改造策略,并以南京地铁一号线中压开关柜改造为例,阐述了具体施工方案,可为城市轨道既有供电系统改造提供参考。

关键词:城轨供电系统中压开关柜改造

1城轨供电系统简介

1.1供电系统概述

城市轨道交通主变电所将来自于城市电网的高压电源降压为35kV中压,通过中压供电网络并采用串接的接线方式向地铁降压变电所或牵引降压混合变电所供电。一般每2-4座车站变电所为一个供电分区,每个供电分区第一座变电所直接从主变电所引入两回电源。为使两主变电所间能够相互支援,在线路中间处车站变电所内设两主变电所间的联络开关,正常运行时联络开关打开,当一座主变电所故障退出,可通过联络开关进行支援供电。车站内牵引变电所通过降压整流,变成供城轨车辆使用的直流电源以及通过降压变电所降压,变成供各车站动力照明等设备使用的低压电源。

1.2中压供电系统运行方式

正常运行方式:主变电所两路110kV电源和两台主变压器分列运行,负担各自供电分区35kV变电所牵引及动照负荷。每座车站变电所(牵引变、降压变)由两回35kV电源供电。每座变电所两台配电变压器分列运行,每座牵引所两套整流机组并联运行,向接触网供电。

故障情况下运行方式:牵引或降压变电所任一回35kV进线电源故障,切除故障电源,合上母联分段开关,由另一电源供电。牵引或降压变电所一段35kV母线故障,切除故障母线,此时如牵引整流机组挂接于该母线上,则该机组退出,由相邻牵引所对接触网进行越区支援供电;本站动照负荷由另一段母线上单台变压器供电,并根据负荷情况,退出三类负荷,以保证一二类重要负荷供电。

由此可见,35kV中压供电系统中起着承上启下的作用,如何在不影响运营的前提下对35kV中压开关柜进行更换改造,是本文要阐述的重点。

2城轨中压开关柜更换改造难点

2.1中压供电系统的重要性及停电带来的影响

35kV中压开关柜不仅向本车站供电,还通过中压环网向供电分区内其他车站供电。对一座变电所实施改造,会影响到供电分区内其它车站变电所的正常供电。其次,如本变电所为牵引降压混合变电所,改造期间还会因牵引供电设备退出或降级运行,可能给城轨运营带来列车抽线、限速等影响。

2.2既有运营线路改造的难点

对既有运营线路进行的设备改造与建设期安装施工不一样,大多数改造施工只能在运营结束后夜间进行,每次施工时间短,施工请销点流程多,时效性不能保证,整体作业效率低。同时考虑到其他专业设施设备仍需运行,故不能进行全所停电施工,只能分段进行改造。同时,因中压开关柜体积较大,改造施工场地受限。既有运营线路,尤其地下站变电所一般位于站台层,在新线建设时期,设备可通过风井等吊装进入,运营后原有吊装口已不能进出,需通过轨道平板车从车辆基地经多次转运方能进入变电所,此外还受站台门等其它专业设施设备影响,需多专业配合才能确保开关柜进出,设备进出难度大、要求高。

2.3改造对运营应急保障要求高

开关柜拆除改造虽为分段实施,但为确保正常运营不受大的影响,需充分考虑施工改造期间应急响应措施,避免造成另一路失电后本站及本供电分区内车站全部失电的风险。需通过其它措施,调整供电方式尽可能维持各车站变电所两路电源供电及牵引接触网的双边供电。

3解决方案

3.1制定临时供电方案

城市轨道交通变电所一般设于车站内,场地小,施工作业面受限。采用临时新设箱式开关站等方式并不适用。为减小改造对运营的影响以及不增加变电所改造投资,改造期间一般可利用既有开关柜作为临时过渡开关柜,采用分段停电改造方式进行。这样,仅对一次供电系统主接线进行调整,二次回路几乎不用改造即可完成临时供电任务,比新设箱式开关站等方式要简单得多。

3.2调整下级供电方式,减小对运营影响

上文提到,城轨中压网络采用环接方式供电,一般2-4座车站为一个供电分区。一个供电分区内前几级变电所实施35kV开关柜改造,将影响其下级几座变电所供电。因此,需提前改变下级变电所供电方式,确保下级变电所尽可能的维持两路电源供电。如该分区为中压环网联络分区,可通过另一主变电所反方向供电,保持两路电源;如非环网联络分区,可根据下级几座变电所的负荷情况及重要性,对35kV进行临时并接或跨接的方式,维持35kV两路分列运行;如本变电所为牵引降压变电所,为尽可能保证牵引系统运行,减小因接触网越区供电可能带来的的运营降级,可通过临时开关柜尽可能的保留整流机组运行。

3.3制定应急保障方案:

轨道交通轨行区一般均敷设有区间检修电源,用于检修用电,供电容量一般为30-50KW。该电源分别由该区间两侧变电所供電,中间分段,分段处距离一般50-100米。中压开关柜改造期间,如将区间检修电源进行连通即可将邻站变电所400V电源引入需改造的变电所,增加一路400V电源,可提高改造期间本车站动照负荷供电可靠性。

改造期间临时市电支援方案。此方案需提前与国网部门联系,确认地铁变电所附近有方便的400V电源接入。可提前进行电缆敷设,接入改造的变电所400开关柜作为应急备用。该方案简单可行,但若变电所位于地下站,因电缆敷设通道所限,一般适用于地面站变电所施工改造应急。此外,还可以采用发电机组作为应急供电。根据车站负荷情况,选配50-80kW发电机组作为应急电源,是一种比较简单的应急措施。但受到地下站消防及排放限制,本方案也仅适用于地面站变电所的改造应急。

3.4优化施工方案,合理割接,缩短工期

改造施工前先做好供电方式调整。根据方案对一次供电回路进行调整,如中压电缆并接方案,可提前利用夜间施工点进行跨接沟通;整流机组提前做好并接等。一次回路临时割接的同时,对二次控制及继电保护同步做调整,保证必要的继电保护配置,根据施工条件适当退出继电保护以满足临时供电要求。根据变电所现有地形及既有安装基础,对其合理利用,缩短基础制作时间。

改造前与施工单位、开关柜厂及设计单位做好设计联络交底,包括开关柜基础预埋的复核与改装、新安装柜体的排列顺序。对施工单位,要优化工序,尤其是既有柜体拆除及新设备上电等关键工序,及与运营直接相关的倒闸需在夜间进行。新开关柜的拼装、接线、交接试验等项目可在不影响运营前提下,白天依次或交叉进行以缩短工期。

4改造应用案例

以南京地铁1号线红山动物园变电所(高架车站,以下简称红山站)35kV开关柜改造更换进行阐述。

4.1供电方式调整

原供电方式:35kV两路进线101、102来自迈皋桥站降压所,两路出线103、104至南京站降压所,两台牵引整流机组121、123并列运行,两台动力变111、112分列运行。(图一)

改造期间供电方式: 本次改造施工是将原有AIS空气绝缘开关柜升级改造为GIS气体绝缘开关柜,GIS开关柜体积比原AIS开关柜占地小。改造时,利用原有101、121、111三台开关柜作为临时供电,其余开关柜拆除。35kVⅡ段母线、2#动力变停运,35kVⅠ段1#整流变121、1#动力变111及1#出线柜维持运行,0.4kV系统由1#动力变通过合上400母联开关供电。35kVⅡ段出线柜(及南京站Ⅱ段进线)通过在本站电缆夹层内制作电缆中间接头(提前完成)后直接由迈皋桥站35kVⅡ段供电(见图二)。

经对一次接线进行调整,改造期间仅停运一台整流变,牵引整流机组由两台机组并联24脉波输出改为单台机组12脉波输出,经测算单台机组运行满足该区间负荷需求。

4.2应急保障措施

4.2.1应急电源配置

为应对改造期间可能发生的电源失电及所内设备故障,施工改造期间将邻站变电所区间检修电源引入本变电所,同时设置柴油发电机组作为应急备用。通过对该站通信、信号、AFC、站台门等重要负荷统计,运行总负荷为18kVA,应急电源容量按不小于20kVA配置。通过将迈皋桥-红山区间0.4kV区间检修电源(开关50A,电缆35mm2)进行连通,将迈皋桥0.4kV电源引入本站0.4kV母线,核相正确后接入0.4kV母线作应急备用电源(此项改造需在改造前完成)。另外,在变电所院内设置30kVA柴油发电机组,接入本变电所0.4kV母线,作为另一路应急备用电源。

需要注意的是,采用区间检修电源作为应急供电时,因线路压降较大,负荷侧可能存在电压降低现象,需对末端压降情况进行计算或提前进行带负荷验证,以确保满足设备正常使用。另采用任一应急保障电源供电时,车站空调机组等三类负荷必须停运、车站扶梯需停运。

4.2.2应急保障措施

应急保障电源启动的条件:改造期间若发生35kV1#进线电缆故障、红山1#动力变故障或401进线开关故障之一,则启动应急保障措施进行供电。现场合上红迈区间检修电源抽屉开关,由迈皋桥站通过红迈区间检修电源向红山站提供应急供电,优先启用区间检修电源接入,当该供电方式不满足供电时,再考虑启用发电机组。采用发电机供电时,应提醒相关专业检查各自设备是否正常工作。。

牵引负荷的应急保障:若35kV1#线电缆故障或红山站35kV既有开关柜故障,造成红山整流机组退出,接触网自动形成新模范-迈皋桥单边供电方式维持供电。现场根据牵引负荷情况汇报控制中心,必要时采取该区间限速、抽线等运输调整措施。

4.3施工工序

施工工序主要包括改造前供电方式调整、开关柜拆除及安装、现场交接试验、恢复送电等环节,共需8天完成全部施工,为避免频繁倒换电源对运营的影响,本次开关柜改造施工,改造前及改造后供電方式调整均需在运营结束后夜间进行,具体工序见表1。

5结论

城市轨道交通供电系统既有运营线路中压开关柜改造施工,存在着停电影响范围大、场地受限制、施工效率低、应急保障要求高等诸多难点。为不影响正常运营,应考虑施工前提前调整供电方式,同时优化施工策略,缩短施工工期。应制定完备的应急保障方案,并做好应急保障措施,确保改造施工期间,仍向车站提供可靠的电力。

参考文献:

[1]张小朋. 浅谈配电室高压开关柜改造施工难点及对策. 科学与技术, 2019, 29.

[2]朱纪法 李辉. 城市轨道交通运营线路设备安装施工. 中国科技信息, 2019, 14.

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