鐵路機車車輛和城軌車輛生產基地靜調廠房的供電設計和供電安全性的探討

李麗霄

(中鐵建設集團有限公司 建筑設計院,北京100131)

隨著我國高速鐵路和城市軌道交通的發展,鐵路機車車輛和城軌車輛生產基地為滿足新型高速機車、動車組列車和城市軌道交通車輛的生產需要,對靜調廠房靜態調試電源也提出了新的要求,即由原來提供單一制式調試電源的要求,提高為在每一條生產線上的每一個列車臺位上均能夠提供多種制式的調試電源和多種供電方式的全面化要求,以應對不同車型和訂單的生產需求。這同時也是對靜調廠房供電設計提出的新要求。

1 靜調廠房的供電電源系統

我國電氣化鐵道采用27.5 kV交流(AC)供電,城市軌道交通系統通常采用1 500 V直流(DC)和750 V直流(DC)供電。為生產需要,靜調廠房設計要求提供下列制式的調試電源:電氣化鐵道機車和動車組列車的AC27.5 k V電源;城市軌道交通車輛的DC1500 V和DC750 V電源;為空調車提供調試、檢修、整備的DC600 V電源;以及機車車輛、動車組列車和城軌車輛在做靜態調試時所需的AC220 V、AC380 V和DC110 V等多種制式的電源。

2 靜調廠房供電電源的提供

(1)電氣化鐵道AC27.5 kV,通常有兩種提供方式:

①引自電氣化鐵道既有的牽引供電變電所,這需要與當地鐵路部門進行協商解決。

②工廠自建牽引變電所。通常在自建牽引變電所時,也可一并考慮工廠靜態調試和動態調試試驗線等的需求。牽引變電所通過牽引升壓變壓器將市政電網電源轉換為單相AC27.5 k V電氣化鐵道牽引電源,由27.5 k V高壓開關柜配出供給靜調廠房。

(2)DC1500 V、DC750 V和 DC600 V電源,由工廠自建提供直流系統電源的變壓器配電所。

通過各自的整流變壓器和整流器組成的整流機組將市政電網電源分別轉換為DC1500 V(DC750 V)或DC600 V的電源,由相應系統的直流開關柜配出提供給靜調廠房。為建設資金的經濟投入和生產使用的便利,該變壓器配電所設置在靜調廠房旁或就近設置為佳。

(3)對于AC380 V、AC220 V電源,則由通常的廠房10 kV(6 k V)/0.4 k V變壓器配電所的供配電系統提供。在廠房內各條生產線上的每個臺位上根據生產的要求,進行配電箱(柜)及配電裝置的設置。

(4)對于DC110 V電源,在廠房內由AC380 V/DC110 V專用轉換裝置柜提供。

3 靜調廠房調試電源的供電方式

3.1 接觸網供電方式

在每個靜調臺位的上方,設置標準的電氣化鐵道接觸網。每個臺位均可以提供AC27.5 kV、DC1500 V和DC750 V 3種接觸網的靜調電源,根據生產的需要,通過各自的上網電動隔離開關進行投切轉換,且每次只能有一種制式的電源投切上網。

在靜調廠房內,接觸網采用有張力自動補償的簡單懸掛方式設置在相應臺位鐵路股道線路中心的正上方。接觸網的架設高度,需要考慮到既能適應鐵路機車又能夠滿足各類型城軌車輛受電弓的工作高度。

由靜調廠房接觸網的功能需求和工作特點即在室內環境下對機車車輛的機電系統進行多種工況調試,大電流持續時間一般不長,但受電弓在靜止狀態與接觸線間接觸電阻較大的條件下持續取流時間較長。因此,對接觸網的載流總截面要求不高,但對接觸線材質耐受局部高溫的性能要求較高,對接觸線應施加穩定張力以利其與受電弓間的接觸具有足夠的緊密度。因此,對接觸網線型的選擇和確定,要充分考慮以上需求和特點。對接觸網絕緣件的絕緣等級,則按照AC27.5 kV予以配置。

3.2 調試電源柜供電方式

在各個臺位旁根據生產需要,分別設有DC1500 V、DC750 V和DC600 V靜調電源柜,直接從各自制式電源柜的專用插座(工業連接器專用插座),通過軟電纜和專用插頭(與電源柜專用插座和車輛專用插座相匹配),一端插頭與電源柜插座連接,另一端插頭插入車體上的相應制式的專用插座內,來提供生產要求的靜調電源。

3.3 安全型滑觸線、接觸軌的供電方式

在靜調廠房內,靠近廠房外墻的臺位上,也有通過采用在墻上設置安全型滑觸線,用軟電纜和專用插頭(工業連接器專用)的方式提供DC750 V的調試電源。

我國既有的DC750 V城市軌道交通為接觸軌的供電方式,在靜調廠房DC750 V調試電源供電設計時,接觸軌供電方式也是一種選擇方式。但由于接觸軌對人身安全有一定的威脅性,雖然在靜調廠房內的接觸軌全部設置絕緣防護罩,但廠房內生產作業人員較多,各臺位生產場地靜調設備布置緊湊,因此,在生產有專門要求的情況下采用此供電方式,同時要做好安全防護措施。

3.4 配電插座箱(柜)供電方式

AC380 V、AC220 V的供電以配電插座箱(柜)的形式,布置在各臺位的生產需要之處。配電插座箱上的配電回路和AC380 V、AC220 V插座規格和數量,按照生產需求予以配備。DC110 V的試驗電源供電,采用AC380 V/DC110 V專用轉換裝置柜,以電纜和專用插頭和插座的形式提供。

4 靜調廠房供電的安全性

在靜調廠房內,各臺位上設置的多種制式高壓電源根據生產的需要予以投切,而廠房內各工序生產人員依次進行著工作,因此,杜絕發生事故、保證生產和人身安全尤為重要。為此,不僅要健全和完善各項生產管理制度,而且在使用各種制式的高壓電源時,各臺位電源制式的投切聯鎖控制、信號顯示和高壓警示燈的設置也是必需的。

4.1 接觸網上網電源的投切和聯鎖控制

在每個臺位,AC27.5 k V、DC1500 V或DC750 V電源是通過各自的專用電動隔離開關投切到接觸網上,本接觸網為多種電壓等級的混用,所以,上網隔離開關全部采用AC27.5 kV電壓等級的產品,且隔離開關及帶電導體的空氣絕緣距離也均應達到AC27.5 kV電壓等級的要求。

每個臺位的3種電源隔離開關在工作時僅能接通一個,因此3種電源的上網隔離開關必須設置互鎖機構,保證一臺隔離開關投入時其他的隔離開關已經分閘,其互鎖控制關系,在設計時要準確、合理。

為安全考慮,對不同電壓等級和不同制式電源的切換,需要在斷電的情況下,由專人嚴格按照操作規程進行操作完成,實行工作票等生產管理制度,在集中聯鎖控制柜上設置送電申請和確認回應的信號聯鎖控制,以杜絕送電錯誤,避免造成嚴重事故和損失。

各上網隔離開關的聯鎖控制關系,除了在集中聯鎖控制柜上予以控制,并有清晰明了的信號燈顯示外,還必須在所有上網隔離開關的操作機構有相應的聯鎖和燈光信號以顯示其工作狀態,并納入專項操作管理規程,由專人負責。

所有上網隔離開關操作機構必須帶鎖,且各臺位隔離開關的開、合狀態與該臺位的高壓警示燈和高壓警示牌的顯示聯鎖。

4.2 高壓電源警示牌

在每個臺位的側旁、人員通道的上方,自廠房屋架下吊裝設置高壓電源制式電子警示顯示牌,明確指示出本臺位正在接通的電源制式27.5 k V、1 500 V、750 V的電壓等級,以警示廠房內生產人員,按照生產規程作業,并注意安全。

該電子警示牌的顯示與相應制式電源的上網隔離開關的投切位置聯鎖控制。

廠房內所有裸露帶電導體旁均設置警示標牌,在人員容易靠近的地方必須做防護網柵進行隔離防護。

4.3 高壓警示燈

在每個臺位軌道兩側的外側,設置紅色高壓警示燈,其顯示與高于600 V的電源聯鎖。在本臺位AC27.5 k V或DC1 500 V或DC750 V或DC600 V任一制式的高壓電源接通時,該警示燈均亮;在高壓電源關斷時,該燈則熄滅。

4.4 高壓調試電源柜

在每個臺位旁設置的DC1 500 V、DC750 V和DC600 V靜調電源柜,高壓電源斷路器的斷開、閉合狀態在柜門上有相應的信號燈指示,并與柜門設置聯鎖控制。并且在斷路器閉合時,在電源柜頂有明顯的閃爍燈以警示。

4.5 緊急斷電按鈕

為應對緊急情況,保證生產人員的安全,在每個臺位人員可到達的通道旁,設置高壓緊急斷電紅色大蘑菇按鈕。遇到緊急情況時,按下緊急按鈕,聯鎖控制廠房內所有600 V以上的電源斷電。

4.6 回流

為減少經靜調廠房外的軌道流入大地的雜散電流,在靜調廠房每條生產線的鋼軌在出廠房大門的鋼軌軌縫處設置軌道絕緣節,將靜調廠房與廠房外的鋼軌連接處用絕緣節分開,最大限度地限制在非電化區域產生雜散電流。

在靜調廠房內,各制式的電源系統設置各自獨立的回流。在牽引變電所、廠房的直流系統電源變壓器配電室和廠房內設置回流箱,通過回流電纜和回流箱,提供暢通的回流通路,最大限度地截斷回流電流泄漏至地面的途徑,減少雜散電流進入地下金屬管線、建筑設施及其他的相關設施。

4.7 鋼軌電位限制裝置

在進行DC1 500 V、DC750 V靜態調試時,危險的接觸電壓會出現在回流線和地回路(廠房結構地之間)。因此,在靜調的電源變壓器配電室內和靜調廠房內分別設置鋼軌電位限制裝置柜1臺,鋼軌電位限制裝置柜的一端與回流箱端子板相連,另一端與廠房接地網連接,接地網接地電阻不大于4Ω。

鋼軌電位限制裝置柜內安裝具有短接大地和回流導體間電位能力的短路裝置,當發生超出安全許可的接觸電壓時,鋼軌電位限制裝置就將鋼軌與大地短接,從而保證了廠房內生產人員的人身安全。

4.8 接地

靜調廠房的強弱電各系統的接地采用共用接地裝置,接地電阻R≤1Ω。將廠房各個柱子的基礎鋼筋用一根40×4鍍鋅扁鋼可靠連接成一體作為廠房的共用接地裝置(接地網)。

廠房內采用總等電位連接,各絕緣件的接地端與總等電位連接干線可靠連接。

5 結束語

我國的高速鐵路和城市軌道交通迅猛發展,現在已經成為世界上少數幾個能夠自主研發制造速度300 km/h及以上動車組列車和生產高速機車的國家,鐵路機車車輛和城軌車輛的研發和生產,除了滿足國內的發展需求外,同時也接受國外的生產訂單,因此,對新建或改擴建項目中有關調試電源的供電系統設計,還要考慮訂貨和生產的具體要求,根據具體情況,進行合理的設計。