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箱式牽引變電站國產化的發展與應用


2019-04-15

      箱式牽引變電站又稱戶外成套牽引變電站,或者組合式牽引變電站,其結構主要由鋼結構箱體,溫度調節裝置,微增壓裝置及其內部供電設備等構成。其發展歷史可以從20世紀60年代算起,在此期間,歐美等西方發達國家推出一種戶外成套變電站的新型變電設備。

      20世紀80年代中期,我國陸續從法國、德國等歐洲國家進口預裝箱式變電站(俗稱"歐式箱變"),1995年又從美國引入組合式變壓器(俗稱"美式箱變");20世紀90年代中期,經各地推廣應用,改進研發,陸續生產出各種符合我國供用電法規要求的箱式變電站,箱式變電站得到了迅速發展。
 
      2002年,上海地鐵莘莊線軌道交通工程率先使用箱式牽引變電站(美國POWELL公司生產),由此箱式牽引變電站正式進入國內的軌道交通領域。
 
箱式牽引變電站的優勢
 
      與傳統的變電站相比,箱式變電站的優勢十分明顯:采用lingxian設計和加工工藝,質量能得到充分保證;箱體內一次設備為全絕緣結構,全站可實現無油化運行,設備運行anquan可靠;全站智能化設計,自動化程度高,滿足無人值班的要求;所有設備均可在工廠內安裝、調試合格,能實現變電站建設工廠預制化;箱式牽引變電站結構比較緊湊,箱體內形成多個duli系統,可根據需要靈活組合;箱式牽引變電站較同規模常規牽引變電站減少投資40%~50%;箱式牽引變電站與土建變電站相比,占地約為1/20,工期約為1/7;箱式牽引變電站土建工作僅包括安裝基礎的建設,土建設計工作量??;箱式牽引變電站安裝地點到負荷zhongxin距離小,提高了供電質量,并且降低了線路成本;箱式牽引變電站可以根據牽引負荷的實際情況合理確定位置,無須與車站合建;箱式牽引變電站能適應多種環境的需要,meihua環境。
 
箱式牽引變電站的設計要點
 
      箱式牽引變電站的設計須具備如下性能:fangshai、防雨、防雪、防滲漏、防腐蝕、防鹽霧、防塵、防盜,抗沖擊、防小動物(蛇、鼠)進入等。箱變殼體結構堅固,隔熱性能優良,防火阻燃,應能承受因內部故障電弧而引起的沖擊力,并且其形狀和顏色要盡量與周邊環境相協調。
 
箱體框架結構的設計
 
      箱式牽引變電站的框架采用標準集裝箱材料及制作工藝,有良好的防腐性能,保證20年不銹蝕。結構強度要求運輸、安裝不變形、不傾斜,且能抵抗7級烈度dizheng。箱體根據設備平面布置要求布設槽鋼,并預留箱體吊裝位;側墻框架預留安裝空調室外機等設備的安裝條件;箱體底部設電纜夾層,用于敷設箱體內的低壓、控制電纜;天花板與箱頂之間預留相關線纜管道的敷設條件。
 
      墻體和箱頂均采用雙層板設計,其夾層內一般都設有導熱系數較低的防火保溫隔熱材料作填料(如巖棉板、聚苯乙烯泡沫塑料等)。箱頂要求不能積水積物并具有足夠的強度,具備頂部檢修、清掃的條件。一般在設計箱頂時,要求箱頂中間要比箱頂四周略高,成一定角度,以便雨雪等物不積存在柜頂。
 
箱體的材料選擇和表面處理
 
      箱式牽引變電站表面處理的方法較多,可以采用噴漆、烤漆、噴塑等方法進行處理,也有在水泥板結構的殼體外貼上彩色瓷磚或貼面。
 
      箱體外殼一般采用敷鋁鋅鋼板、冷軋鋼板,但鋼板存在表面防護層的附著力差、壽命短等問題,這也制約了普通鋼板在戶外型箱變上的應用。如今更多的廠家開始嘗試采用新材料或新工藝來解決這樣的問題。不銹鋼板、鋁合金板開始被大量應用,并且非金屬外殼(如玻璃纖維增強水泥板、聚苯乙烯復合板等)的采用也是一種趨勢。
 
箱體的通風散熱方案設計
 
      箱變的熱量主要來自兩個方面:一個是箱變內部元器件產生的熱量;一個是外界太陽輻射經箱體傳入箱內的熱量[2]。箱式牽引變電站目前存在著隔熱、散熱通風、密閉防塵三大問題,這三大問題互相影響和制約。箱體設計成密閉箱體內溫升過高影響高低壓設備和元器件的正常運行;而要降低溫度就得加強通風散熱,這就需要解決anquan防護和防塵等問題。
 
      從材料上改進。國外箱體材料多用玻纖加水泥合成材料,這種材料耐熱抗壓,抗ziwaixian輻射,防潮阻燃耐腐蝕,且不易產生凝露,易于加工成型。國內也有不少企業致力于新材料的應用,并開發出多種非金屬材料的箱體。例如:玻璃纖維絲增強材料的gaoqiang度特種水泥、金邦板等。
 
      采用損耗較低,發熱量較小的變壓器。整個箱體內供電設備發熱量zuida的當屬變壓器。降低變壓器的發熱量能夠顯著提高箱式牽引變電站的負載能力,這對當前國產變壓器的研發工作提出了更高的要求。增加吹風lengque的設備。給箱體增設足夠的百葉窗以便空氣流通;墻體采用波紋板式結構,zengda散熱面積的同時還加強了結構強度;采用電動風機加強箱體內空氣流通,提高散熱效率;箱體內安裝空調及chushi裝置,設備運行不受自然氣候環境及外界污染等影響,可保證在-40℃~+40℃的惡劣環境下正常運行。
 
      采用微增壓馬達裝置,使箱體內處于微增壓狀態,能youxiao防止灰塵的進入;并且在進風口設置空氣過濾裝置,保證箱體內空氣清潔度。對箱體結構進行改良。各個設備的發熱量并不相同,合理布置設備位置和箱體結構,能zuida限度地gaishan箱體內環境溫度分布,從而保護電氣設備的正常運行。
 
       采用能適應高溫運作的元件。隨著科技的發展,各種新材料的誕生和運用,能夠提高元件能夠適應各種惡劣的環境。
箱體的防凝露方案設計
 
      箱式牽引變電站的外殼很多采用鋼板,鋁板等金屬結構,由于氣溫變化,箱內外的溫差引起箱式變電站內部發生凝露現象,破壞電器絕緣甚至導致變壓器的閃絡。如果箱式牽引變電站在潮濕和有腐蝕性氣體的環境中或沿海多煙霧地區運行,箱體還會容易被腐蝕和氧化,使其anquan性降低,zengda了運行中的故障發生率。
 
      為了防止凝露現象的發生,一種辦法是在箱體內部加裝加熱器、通風裝置和溫濕度控制儀。當箱內環境處于低溫、高濕狀態,接通加熱器并開啟通風;當箱內環境處于低溫、低濕狀態,只接通加熱器,使得箱內溫濕度保持在一定范圍內,以確保箱體內電氣設備不會產生凝露。但這種辦法的效果很大程度上取決于智能控制系統的運行狀況,效果有時并不夠理想?,F在更多廠家致力于通過改變箱體材料或者箱體結構來解決。比如采用金屬絕熱材料夾芯板以及雙層通道式結構的箱體等。
 
箱體的安裝
 
      箱式牽引變電站在工廠完成箱體組裝、設備安裝、接線、實驗、調試等工作,運到現場只需要完成箱體安裝和電纜的連接,就可開通送電。箱體可采用吊車或者其他牽引設備安裝到預埋的地基位置。箱體四角焊有gao qiang du起吊件,起吊時應遵守相應起吊作業規范,起吊時須按箱變外殼上標明部位起吊。一般來說長度低于10m,或總重低于25T的箱體的起吊可直接利用箱體上的起吊件,特殊長度的箱體的起吊需要設計專用的起吊工具。
 
      土建地基上需預留千斤頂安放位置,以便箱體就位時調整位置。箱體安裝到位后,外殼底部與基礎結合處需要用水泥漿抹封,以防蟲、水進入電纜室。所有電纜進入套管后,其縫隙bixu密封,以防蟲、水進入。在箱式牽引變電站的基礎下面設有電纜室,而在箱體內部底板上開設有人井孔,可供人員進入電纜室進行安裝維護。
 
箱式牽引變電站的應用
 
      箱式牽引變電站是箱式變電站中具有代表意義的產品,是軌道交通工程的重要組成部分。由于軌道交通線路沿線每一兩座車站就需設置一座牽引變電站,牽引變電站實現箱式化具有更加深遠的意義。
 
      箱式牽引變電站在國外已經有廣泛的應用。比如說圣地亞哥的地鐵系統、美國達拉斯地區的輕軌系統、賓夕法尼亞東南部捷運局等等。另外英國、法國的電氣化鐵路都大量使用了箱式牽引變電站。國內的天津開發區新交通洞庭路試驗線、北京5號線正線供電系統擴容改造工程以及香港東部和西部鐵路也使用了箱式牽引變電站。下面簡單對國內兩個箱式牽引變電站項目舉例說明:天津開發區新交通洞庭路試驗線項目。天津開發區新交通項目共設6座直流箱式牽引變電站。該項目于2006年11月投入使用,到目前運行正常,采用國產直流箱式變電站,主要由以下因素決定:變電站的現場環境要求牽引變電站占地面積盡可能??;國內已具備國產化直流箱變的能力;進口直流牽引箱變成本高,不利于工程維護;箱式牽引變電站本身比土建變電站具有的優勢。天津開發區新交通項目直流箱式牽引變電站的順利投產運行,標志著直流牽引箱式變電站國產化取得了初步的成功。
    
 
 
     北京5號線正線供電系統擴容改造工程。北京5號線正線供電系統擴容改造是基于北京城市規模不斷發展,人口數量迅速增長的需要。選擇箱式牽引變電站的原因是:近幾年國內箱式變電站發展迅速,國內越來越多城市交通項目采用了箱式變電站,國產化箱式變電站的市場已經成熟;并且由于變電站選址在高架橋下面,要求變電站占地面積盡可能小。該箱體采用集裝箱式外殼設計,大量采用波紋板夾層設計,內襯保溫巖棉;根據箱體內設備散熱量,合理配置空調、風機和散熱風口;采用自然通風和強迫通風并行的方式,冷空氣從箱體下部進風口進入箱體,由箱體上部出風口排出;箱體內設置泄壓通道及可拆卸泄壓裝置;采用吊頂式空調,美觀實用,節省空間;箱體內部承重梁,支撐梁設計合理,主要連接點采用滿焊hanjie工藝,保證箱體具有優良的機械強度。箱體到達現場后,可采取起吊就位或用滑動導軌就位;箱體外側預留千斤頂頂升位置,便于調整箱體位置;箱體就位后,可hanjie在預先做好的地基上?,F在該項目箱式牽引變電站已經投入使用,運行狀況良好。
 
     隨著社會發展和城市化進程的jiakuai,負荷密度越來越高,城市用地越來越緊張,箱式牽引變電站將成為輸變電主要設備之一。且目前在我國箱式牽引變電站的應用僅占整個市場的10%左右,而國外已達到的70-90%,可見箱式牽引變電站其社會效益顯著,市場前景廣闊。隨著國產箱式牽引變電站的生產技術和工藝不斷積累、提高和完善,箱式牽引變電站必然將會成為牽引變電站的發展方向。
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