鐵路動車檢修庫地面電源供電系統研究

李 琳

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司電化電信處,天津 300251)

近年來,我國鐵路大發展,鐵路客運專線大量的動車組需要運用檢修。動車車輛段、運用所等配套工程也不斷投入建設。地面電源是為動車組在進入檢修庫,脫離接觸網供電后,靜態調試時進行供電的電源設備,是動車檢修庫的主要電力設施,負荷量大,用電要求變化多,設計相對復雜。通過對某動車運用所檢修庫工程設計中,對動車地面電源供電系統方案的研究,就一些問題進行探討。

1 工程概況

此動車檢修庫建筑面積約2.5萬m2,4線庫,可對CRH1、CRH2、CRH3、CRH5四種型號的動車組進行靜調檢修。邊跨設有變配電室、工藝檢修設備房間、除冰融雪設備房間及辦公用房。庫內用電負荷由地面電源負荷、一般工藝設備負荷、環控通風設備負荷和照明負荷組成。

2 地面電源供電系統設計

(1)地面電源供電系統是否與其他用電設備共用低壓配電系統,是系統設計中考慮的首要問題。通過對庫內用電負荷的分析,地面電源的電力負荷相對較大,且較為特殊,通過研究,采用了為地面電源設置獨立電力變壓器及低壓配電系統的方案,原因有以下兩個方面。

①地面電源最大負荷1 200 kW,占動車檢修庫總用電負荷的40%左右,比例較高。其使用情況又相對較少,只在動車組受電弓脫離接觸網后檢修時使用,如采用同一電力變壓器供電,變壓器長期處于低負載率運行,電能損耗大,經濟性較差。當地面電源投入使用時,由于其容量較高,又容易造成整個低壓供電系統電壓波動,對其他用電設備會造成不良的影響。

②除上述原因外,由于CRH2型車要求使用單相AC400V、50 Hz地面電源供電,需要增設交-直-交電源轉換裝置。此設備屬于電力電子設備,在運行時其輸入端會產生高次諧波,是一個較大的諧波干擾源。諧波可通過低壓供電系統傳播,對系統內其他用電設備造成干擾,降低電能質量。為避免建筑內其他用電設備受諧波的影響產生故障,造成不必要的損失,應考慮采用1套獨立的供電系統為其供電。

基于以上原因,在設計中采用了為地面電源設備設置獨立供電系統的設計方案,并將其納入地面電源供電系統中。其與主電源設備、電力電纜母線、現場插座箱等部分共同構成了整個動車地面電源供電系統。

(2)目前,國內運行的動車組主要為CRH1、CRH2、CRH3、CRH5型動車組,其中CRH1、CRH3和CRH5動車組的地面輔助供電電源,采用三相+N AC400V、50 Hz的電源,情況較為簡單,將10 kV/0.4 kV專用變壓器提供的三相+N AC400V、50 Hz的電源經低壓配電柜直接為動車組供電即可；而CRH2型動車組的地面輔助供電電源,采用單相AC400V、50 Hz的電源。由于對電源要求不同,在設定供電方案時需要根據情況全面分析和考慮。本工程為4線動車檢修庫,工藝專業要求4股道中的每一股道,配套地面電源插座箱均能適應CRH1/CRH2/CRH3/CRH5四種車型用電,并按1股道同時使用考慮。針對用電要求,對供電方案進行了研究。

由于有對CRH2型動車組進行檢修工作的要求,為提供單相AC400V、50 Hz電源,需要設置交-直-交電源轉換設備(單相AC400V地面電源)。

在一般設計中,采用同三相+N AC400V、50 Hz電源系統并列運行,各自從低壓配電柜單獨引出供電電源,饋電線路也按不同車型單獨饋出并行敷設至地面電源插座箱的供電方案。此方案的低壓配電柜和饋電線路數量較多,電纜敷設工程量大,對于地面電源室和庫內電力管溝的空間要求相對較高,工程投資也較多。由于采用了1對1各車型單獨供電的供電方式,供電靈活性、可靠性高,可以同時為各型車供電,不會互相影響,適用于檢修和維護作業工作量較大的檢修庫。此種供電方式也預留有發展變化的條件,也適用于預期有檢修工作量增長的檢修庫。

目前作為動車組地面電源的交-直-交電源轉換設備,通過對整流逆變裝置的控制,不僅能為CRH2型車提供單相AC400V、50 Hz電源,同時也可以提供三相+N AC400V、50 Hz電源,通過共用電力干線,可為CRH1、CRH2、CRH3、CRH5各車型進行供電。如采用此供電方案(圖1),可有效減少地面電源室設備數量,通過合并饋電線路,減少電力干線工程量,降低對電源室和電力管溝的土建要求,降低工程投資。此方案同時也存在一些缺點,如當檢修車型發生變化時,需要對交-直-交電源轉換設備進行操作以適應不同車型對電源的要求,增加了操作和維護工作量；采用共用電力干線供電的供電方式,供電靈活性和可靠性較差,在一套交-直-交電源轉換設備供電范圍內,各車型的維護檢修作業不能同時進行,電力干線出現故障時會影響所有車型的檢修工作；在提供三相+N AC400V、50 Hz電源時,交-直-交電源轉換設備存在較高的電能損耗,并會產生一定的諧波干擾。此方案適合于工程投資控制較小,維護檢修工作量少,工況簡單,可預期發展要求不高的場所。

通過對以上2種供電方案的研究,對它們又進行了結合和優化,并提出在地面電源配電間內,地面電源供電干線加設了轉換開關,分別連接交-直-交設備和低壓配電柜,可根據維修車型的要求在單相AC400V、50 Hz電源和三相+N AC400V、50 Hz電源之間進行切換的設計方案。通過此改進,減少了對交-直-交設備容量和功能的要求,簡化了操作,還減少了不必要的電能損耗。同樣,此方案適合于工程投資控制較嚴,動車維護檢修工作量較少,工況簡單,可預期發展要求不高的場所。

由于本工程要求檢修庫4股道中的每一股道配套的地面電源插座箱能適應CRH1/CRH2/CRH3/CRH5四種車型用電,并按1股道同時使用考慮,檢修工作量相對較少,且此4線庫是由原2線庫擴建而來,近期內不再有其他發展變化的要求,再加上采用地下電纜通道,由于抗浮等土建設計原因,電力通道空間預留較小。因此,通過比較研究,在設計中采用了上述地面電源供電方案(圖1)。采用此方案,減少了地面電源室設備,簡化了設計,用低壓密集母線代替電纜既節約了材料也便于施工,更加適合于本工程的要求。

圖1 地面電源供電方案

(3)地面電源插座箱是地面電源供電系統與各車型動車組的接口,它的設置遵循了以下的設計要求。

首先確定車組進車方向。為便于司機觀察,停車位一般設于股道末端,電源插座箱的設置應以此為基準按規定距離設置。另外,2組8列編組與1組16列編組相比較,進車方向一側的8列編組動車的停車位置也有所不同,其間距可達30 m,為便于檢修人員操作,還應根據不同停車位置設置2套地面電源插座箱。地面電源插座箱容積較小,存放電纜的長度有限,同時電纜自重較重,如設置位置偏差較大或漏設,對于維護檢修工作極為不便。此動車檢修庫設計為左側進車,停車位設于右端的形式,地面電源插座箱按圖1中所示意位置布置。如反方向進車,則地面電源插座箱位置則如圖2所示,要進行相應的調整。

圖2 反向進車地面電源插座箱位置

其次,不同型號的動車組,其電源插座的容量、型號及在車體上的位置也是不相同的，見表1,圖3。

表1 動車組地面電源插座

圖3 地面電源插座箱位置示意(單位：m)

CRH1型動車組,每8列編組在其第2、第7節車體兩側各對稱設置有2處插座,任意一處插座取電即可滿足供全編組用電要求。

CRH2型動車組,每8列編組在其第3、第7節車體一側各設置有1處插座,須同時供電才可滿足供全編組用電要求。

CRH3型動車組,每8列編組在其第4節車體的左側和第5節車體的右側設置有1處插座,任意一處插座取電即可滿足供全編組用電要求。

CRH5型動車組,每8列編組在其第3、第6節車體兩側各對稱設置有2處插座,須同時在其中2處插座取電才可滿足供全編組用電要求。

由于各車型動車組上插座型號、位置、容量均有差異,為滿足所有車型的使用要求,根據車輛資料要求,為每種車型均設置了相應的地面電源插座箱。由于CRH2型車只在車體一側設置有地面電源插座,為保證其正向、反向進庫均可進行維護檢修作業,在股道另一側的相應位置也做了插座箱設置。

(4)在設計中,為不影響檢修車輛在庫內通行,同時考慮到檢修庫的整潔美觀,對地面電源箱的安裝方式也進行了研究,采用了設置臥式地面電源插座箱。將其設置于鋼軌下兩軌道橋立柱間的位置，避免了占用庫內檢修通道空間,同時隱藏了地面電源插座箱箱體,達到了較好的安裝效果(圖4)。由于檢修坑基礎為鋼筋混凝土結構,澆筑后再進行調整極為困難,因此要同土建專業密切配合,提前做好管線的預埋和定位,避免出現差錯。

圖4 地面電源插座箱(單位：mm)

3 結論

本文通過對某動車段動車檢修庫地面電源供電系統電力設計方案的分析和研究,對此類工程的設計進行了總結,從變電所配置、供電方案選擇、地面電源插座箱的設置等方面做了較詳細的論述。在鐵路跨越式大發展的進程中,針對動車檢修庫的地面電源系統電力設計,本文所提出的設計思路的觀點可供借鑒和參考。

[1]中華人民共和國鐵道部.TB10008—2006 J660—2007，鐵路電力設計規范[S].北京：中國鐵道出版社，2006.

[2]中華人民共和國住房和城鄉建設部.GB 50052—2009 供配電系統設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2009.

[3]中國建筑東北設計研究院.JGJ 16—2008 民用建筑電氣設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2008.

[4]中華人民共和國機械工業部.GB50054—95 低壓配電設計規范[S].

[5]中國電力工程顧問集團西南電力設計院.GB50217—2007 電力工程電纜設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2008.

[7]運裝管驗[2009]339號，動車運用檢修設施建設意見[S].

[8]中國航空工業規劃設計研究院.工業與民用配電設計手冊[M].3版.北京：中國電力出版社，2008.

[9]陳元麗.現代建筑電氣設計指南[M].北京：中國水利水電出版社，2007.

[10]齊介才.工廠供電[M].北京：機械工業出版社，2010.

[11]鐵道部運輸局.動車運用所地面電源技術條件[S].北京：2007.