膠濟(jì)客運(yùn)專線分區(qū)所改造設(shè)計(jì)

劉 勇

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司濟(jì)南設(shè)計(jì)院，濟(jì)南 250022)

1 概述及設(shè)計(jì)背景

膠濟(jì)客運(yùn)專線客運(yùn)正線長(zhǎng)度362.5 km，是200～250 km/h速度級(jí)運(yùn)行線路，目前主要運(yùn)行動(dòng)車組為CRH5、CRH2型動(dòng)車組及16輛編組CRH380系列高速動(dòng)車組，目前運(yùn)行速度一般為200 km/h。全線9個(gè)牽引變電所，其中6座與膠濟(jì)線共用牽引變電所，其余3座牽引變電所獨(dú)立為膠濟(jì)客運(yùn)專線供電。膠濟(jì)客運(yùn)專線既有10處柱上開關(guān)式分區(qū)所［2］，采用負(fù)荷開關(guān)實(shí)現(xiàn)上下行并聯(lián)，無法設(shè)置保護(hù)，當(dāng)上下行并聯(lián)故障時(shí)接觸網(wǎng)發(fā)生短路故障時(shí)牽引變電所上下行接觸網(wǎng)同時(shí)跳閘，不能選擇性切除故障線路，停電范圍較大。同時(shí)電氣設(shè)備均露天設(shè)置，易受外界異物、鳥害影響，設(shè)備運(yùn)行極不穩(wěn)定，自開通以來出現(xiàn)多次遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備燒損問題、工控機(jī)死機(jī)等問題。

既有膠濟(jì)客運(yùn)專線采用供電臂上下行分開供電方式，接觸網(wǎng)正線采用THJ95+CTHA120(15 kN+15 kN)，目前開行 CRH380系列動(dòng)車組后，起動(dòng)電流接近478 A左右，供電臂電流較大，調(diào)查收集資料供電臂最大電流接近1 200 A，分區(qū)所采用上下行并聯(lián)供電［6］，實(shí)現(xiàn)上下行供電臂分流，提高了接觸網(wǎng)系統(tǒng)的載流能力，減少了供電臂內(nèi)壓損，提高了牽引供電系統(tǒng)供電能力，降低供電臂過負(fù)荷跳閘率，大大提高牽引供電可靠性。

膠濟(jì)客運(yùn)專線箱式分區(qū)所采用上下行并聯(lián)供電，能充分發(fā)揮分區(qū)所的作用［3］，能有效提高供電臂末端電壓，減少接觸網(wǎng)電能損耗，能大大提高牽引供電質(zhì)量，降低運(yùn)營(yíng)成本，符合國(guó)家“節(jié)能減排”的技術(shù)政策。

箱式分區(qū)所斷路器實(shí)現(xiàn)上下行并聯(lián)功能，具備保護(hù)功能，在接觸網(wǎng)發(fā)生短路故障時(shí)能與變電所饋線保護(hù)配合選擇性的切除故障線路，從而提高牽引供電系統(tǒng)運(yùn)行可靠性和安全性。

本文就膠濟(jì)客運(yùn)專線柱上開關(guān)式分區(qū)所改造為箱式分區(qū)所設(shè)計(jì)的幾個(gè)重點(diǎn)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)分析總結(jié)，箱式分區(qū)所主接線［5］、二次系統(tǒng)等設(shè)計(jì)同常規(guī)分區(qū)所一致，故本文不再詳述。

2 箱式分區(qū)所布置

2.1 箱式分區(qū)所總圖布置

由于既有柱上開關(guān)式分區(qū)所均設(shè)置在鐵路柵欄內(nèi)，不存在征地情況，膠濟(jì)客運(yùn)專線建設(shè)時(shí)未預(yù)留分區(qū)所用地條件，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)踏勘選所址情況，在滿足規(guī)范所址選擇的條件下，本項(xiàng)目選擇所址方案特點(diǎn)如下。

(1)充分利用既有鐵路站場(chǎng)地界內(nèi)空地、膠濟(jì)客運(yùn)專線與膠濟(jì)線之間的鐵路地界內(nèi)空地及膠濟(jì)線提速曲線改造的老路基等。

(2)由于采用電纜進(jìn)出線(含備用電纜)投資較高，電纜頭容易出現(xiàn)故障，維護(hù)管理困難，因此箱式分區(qū)所優(yōu)先采用架空進(jìn)出線方式。

(3)區(qū)間箱式分區(qū)所盡量減少征地，在征地困難處，借鑒膠濟(jì)客運(yùn)專線公司經(jīng)驗(yàn)，采用土地租用形式。選址盡量避開鐵路防護(hù)林，保護(hù)客運(yùn)專線沿線景觀，防止大風(fēng)對(duì)供電設(shè)備的影響，減少同林業(yè)、土地管理部門的審批手續(xù)，縮短工程實(shí)施工期。

(4)為方便箱式分區(qū)所檢修，提高箱式分區(qū)所檢修靈活性，分區(qū)所圍墻、進(jìn)線電動(dòng)隔離開關(guān)均設(shè)置于鐵路柵欄外，避免今后檢修巡視時(shí)要點(diǎn)封鎖線路，鐵路柵欄遷改至路肩外，減少征地。

結(jié)合膠濟(jì)客運(yùn)專線所址特點(diǎn)，箱式分區(qū)所所址選擇相對(duì)常規(guī)箱式分區(qū)所，占地面積及其經(jīng)濟(jì)比較具體見表1。由表1可看出膠濟(jì)客運(yùn)專線分區(qū)所永久占地均為路內(nèi)用地，避免了工程新征用地超過5畝需報(bào)國(guó)土資源部審批的程序，所址路內(nèi)外站地投資較常規(guī)箱式分區(qū)所節(jié)省11.483萬元。

2.2 箱式分區(qū)所箱體布置

箱式分區(qū)所按無人值班，無人值守設(shè)計(jì)。箱式分區(qū)所27.5 kV進(jìn)、出線采用架空方式，其他外部接口，包括通信、電源等采用電纜引入。本箱式分區(qū)所將27.5 kV的一次設(shè)備(不含4臺(tái)進(jìn)線開關(guān))和微機(jī)監(jiān)控保護(hù)裝置、交直流電源設(shè)備、智能環(huán)境監(jiān)控等設(shè)備在工廠內(nèi)組裝在可移動(dòng)、雙層隔熱、防凝露、防潮、防雨、防銹、防塵的特制的密封戶外式箱體中。

表1 箱式分區(qū)所占地面積及經(jīng)濟(jì)比較

常規(guī)箱式分區(qū)所保護(hù)單元分體設(shè)置于高壓間隔內(nèi)，箱體設(shè)有獨(dú)立的遠(yuǎn)動(dòng)通訊設(shè)備安裝間隔，為維護(hù)檢修方便，本次設(shè)計(jì)箱式分區(qū)所箱體內(nèi)一次設(shè)備與二次設(shè)備分開設(shè)置，設(shè)置獨(dú)立的高壓室和控制室，高壓室和控制室通過推拉門隔開，將遠(yuǎn)動(dòng)通信設(shè)備安裝間隔、綜合自動(dòng)化設(shè)備、網(wǎng)上隔離開關(guān)監(jiān)控盤、安全監(jiān)控設(shè)備、交直流裝置均設(shè)置于控制室內(nèi)，一次設(shè)備設(shè)置于高壓室內(nèi)，高壓室，控制室均設(shè)置安全監(jiān)控設(shè)備。具體見圖1。

3 箱式分區(qū)所同既有柱上開關(guān)式分區(qū)所電動(dòng)隔離開關(guān)的結(jié)合

膠濟(jì)客運(yùn)專線既有柱上開關(guān)式分區(qū)所接觸網(wǎng)分相處前進(jìn)方向電動(dòng)隔離開關(guān)采用遠(yuǎn)動(dòng)控制，通過設(shè)置分相處的“V?！敝髡究刂破良锌刂品窒嚅_關(guān)，主站設(shè)置于客運(yùn)專線區(qū)間或站場(chǎng)單獨(dú)的房間內(nèi)(或納入原膠濟(jì)線主站內(nèi))。

本項(xiàng)目既有柱上開關(guān)式分區(qū)所改造為箱式分區(qū)所，為節(jié)省投資，減少施工對(duì)既有線運(yùn)行的影響，有利于箱式分區(qū)所施工期間快速可靠地施工過渡，分相處上下行前進(jìn)方向電動(dòng)隔離開關(guān)充分利舊，在箱式分區(qū)所內(nèi)新設(shè)網(wǎng)上隔開監(jiān)控屏，分相處網(wǎng)上隔開一次設(shè)備利用既有，控制系統(tǒng)改造后納入箱式分區(qū)所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。

4 箱式分區(qū)所遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)接入

濟(jì)南鐵路局電力調(diào)度所膠濟(jì)線牽引供電遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)最初于2006年8月投入運(yùn)營(yíng)，該系統(tǒng)經(jīng)過不斷的改造擴(kuò)容，目前管轄的區(qū)域包括膠濟(jì)(貨線)、膠濟(jì)客運(yùn)專線及膠黃線范圍的13個(gè)變電所、3個(gè)開閉所和19個(gè)柱上開關(guān)式分區(qū)所，共計(jì)35個(gè)站點(diǎn)。原通道方式除2個(gè)站點(diǎn)采用雙音頻通道外，其余各站點(diǎn)均采用2路64 K點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)字通道。調(diào)度主機(jī)光芒2 000已超過保修年限，調(diào)度系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)故障，鑒于該線路日益重要的作用及原有通道在運(yùn)行過程中存在的不穩(wěn)定性，本項(xiàng)目箱式分區(qū)所共10座，若再用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式納入膠濟(jì)調(diào)度系統(tǒng)主機(jī)，信息量加大將加重通道的負(fù)擔(dān)，容易出現(xiàn)故障，影響調(diào)度正常運(yùn)行，因此項(xiàng)目一并對(duì)膠濟(jì)牽引遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的遠(yuǎn)動(dòng)通道進(jìn)行升級(jí)改造，改造后通道結(jié)構(gòu)采用2 M光纖雙環(huán)網(wǎng)方式，35個(gè)被控站分為5個(gè)獨(dú)立2 M雙環(huán)網(wǎng)整合接入京滬高鐵光芒6000遠(yuǎn)動(dòng)調(diào)度主機(jī)，相應(yīng)進(jìn)行主站主機(jī)系統(tǒng)升級(jí)改造。

京滬高鐵光芒6000系統(tǒng)主站增設(shè)應(yīng)用及通信服務(wù)器2套(互備)配置服務(wù)器1套;接入交換機(jī)2臺(tái)，調(diào)度員工作站2臺(tái)(含6臺(tái)液晶顯示器);數(shù)據(jù)打印機(jī)1套;調(diào)度工作臺(tái)1套;調(diào)度軟件進(jìn)行擴(kuò)容，并相應(yīng)增加接口連接線;2 M通道接口不采用傳統(tǒng)的分散式路由器，新建5個(gè)2 M雙環(huán)網(wǎng)通道均采用2臺(tái)模塊化高端路由器接入，提高了通道可靠性并減少了設(shè)備維護(hù)工作量。

被控站增設(shè)路由器設(shè)備2臺(tái)(包含2個(gè)E1接口，通過專用線纜與2 M通道連接)，數(shù)據(jù)接入交換機(jī)1臺(tái)(滿足所亭內(nèi)綜自及接觸網(wǎng)開關(guān)站等設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)信息接入)，如果綜自系統(tǒng)僅提供串口數(shù)據(jù)，需配置以太網(wǎng)通信控制器，以滿足將綜自系統(tǒng)的串口數(shù)據(jù)(RS-232接口)轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)信息(RJ45接口)，實(shí)現(xiàn)接入2 M環(huán)形通道的需求。

箱式分區(qū)所設(shè)置安全監(jiān)控系統(tǒng)，同時(shí)對(duì)膠濟(jì)線、膠濟(jì)客運(yùn)專線、膠黃線(包括變電所、分區(qū)所、開閉所)被控站改造，分為6個(gè)獨(dú)立2 M單環(huán)網(wǎng)接入膠濟(jì)視頻主機(jī)系統(tǒng)，相應(yīng)進(jìn)行主站視頻安全監(jiān)控調(diào)度主機(jī)增容升級(jí)改造。

5 箱式分區(qū)所供電線設(shè)計(jì)

膠濟(jì)客運(yùn)專線既有柱上開關(guān)式分區(qū)所供電線采用LGJ-185鋼芯鋁絞線，分區(qū)所由于設(shè)置于供電臂末端，考慮越區(qū)供電時(shí)限制只通行1列動(dòng)車組，電流在400 A以下。根據(jù)供電處提供資料，近期京滬高鐵牽引變電所故障退出運(yùn)行供電臂越區(qū)供電時(shí)，運(yùn)輸部門均要求供電臂內(nèi)不限車運(yùn)行，目前膠濟(jì)客運(yùn)專線各牽引變電所、分區(qū)所供電線在頻繁短時(shí)大電流沖擊下，造成供電線局部過熱出現(xiàn)斷股現(xiàn)象(尤其是螺栓線夾附近)。為保證接觸網(wǎng)供電可靠，安全運(yùn)行，在供電線線徑變化對(duì)造價(jià)影響不大的情況下，膠濟(jì)客運(yùn)專線新建箱式分區(qū)所供電線采用與牽引變電所供電線一致，采用2×LBGLJ-240/30防腐鋁包鋼芯鋁絞線，供電線懸掛采用新型懸掛，一般肩架懸掛采用懸垂線夾，線材配預(yù)鉸絲保護(hù)條，耐張線夾由螺栓線夾更新為預(yù)鉸絲耐張線夾，分區(qū)所跳線線夾由螺栓型改進(jìn)為壓縮型線夾，T形線夾處加設(shè)并鉤線夾短接線。由于近幾年沿線霧霾天氣易出現(xiàn)絕緣子閃絡(luò)跳閘等故障，因此供電線絕緣子由絕緣泄露距離1 200 mm的瓷絕緣子改造為絕緣泄露距離1 400 mm的復(fù)合絕緣子。供電線主要零部件材料比較見表2。

表2 主要零部件材料比較

6 結(jié)語

膠濟(jì)客運(yùn)專線是我國(guó)第一批運(yùn)行動(dòng)車組的客運(yùn)專線，隨著客運(yùn)專線、城際和高速鐵路路網(wǎng)的形成，高鐵CRH380系列動(dòng)車組運(yùn)行至既有200～250 km/h客運(yùn)專線時(shí)，可能引起既有客運(yùn)專線牽引供電系統(tǒng)的適應(yīng)性改造，如何采取有效解決方案，滿足運(yùn)行和施工過渡應(yīng)給予足夠的重視，確保供電系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，根據(jù)各線具體情況不同，箱式分區(qū)所的設(shè)計(jì)略有區(qū)別，本文介紹的設(shè)計(jì)思路和方式值得借鑒。

［1］中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司.膠濟(jì)客運(yùn)專線柱上分區(qū)所改造為箱式分區(qū)所工程［R］.北京:中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，2012.

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