电气化铁道专用六氟化硫_SF_6_气体绝缘全金属封闭组合电器_GIS_

周丽洁(1972-)女,河南封丘人,工程师(收稿日期:2008-06-11)

铁路供电技术

文章编号:1008-7842(2008)06-0069-03

电气化铁道专用六氟化硫(SF 6)气体绝缘

全金属封闭组合电器(GIS)研发及应用

周丽洁,张　博

(中铁二院西安勘察设计研究院有限责任公司,陕西西安710054)

摘　要　通过对现有2715kV 常规敞开式设备的缺点分析,说明ZF □—3115型GIS 研发应用的必要性。经可行性研究,确定其研发、生产已具备条件,并结合襄渝线六里坪牵引变电所大修工程完成了首套该产品的运行实践,详细介绍了该产品结构特点、主要元件及优越性。关键词　电气化铁道;GIS;研发及应用

中图分类号:U22412;T M63;T M922142　　文献标志码:A

随着我国电气化铁路迅速发展,牵引供电设备技术性能要求越来越高,尤其是新《土地法》实施后,征地成本不断提高,在新技术前提下,受环境影响小、高可靠性、高集成度、占地和占空间少及免维护的新型牵引供电设备的需求日益迫切。尤其是2715kV 敞开式户内、外布置设备的诸多缺陷,严重阻碍了牵引供电系统设备现代化进程。1　现有2715kV 敞开式设备缺陷

(1)占地、占空间多。2715kV 敞开式设备如真空

断路器、隔离开关、自用变压器、电流互感器、电压互感器、避雷器及母线等,均以环境空气为外部对地主绝缘。隔离开关不但对地以环境空气为主绝缘,还以环境空气为断口间分断主绝缘和小电流熄弧介质,要求空气间隙大,造成设备间距大,占地、占空间多。一般牵引变电所2715kV 侧设备占地约为250～300m 2建筑面积(高压室净空≥4800mm );户外500～600m 2设备区用地。合计占地约750～900m 2。

(2)受环境影响大。各类2715kV 设备对地绝缘点多、面广,主绝缘多裸露布置,对防小动物侵入有电区短接设备主绝缘极为不利,且历史上事故发生频繁,造成极大损失。尤其户外布置隔离开关断口裸露,受风沙影响动作可靠性低,强度及防尘设计工艺成本高。

(3)设备采暖困难。2715kV 敞开式布置的设备因

占地空间大,高压室净空要求高,不易采暖。许多设备如隔离开关电动机构等采暖不得不采用内设加热棒的方法。设置点多,设计困难(机构箱本身内空间

小),安全隐患大,效果差。

(4)噪声大。418m 高净空、大开间高压室内,断路器分、合闸(弹簧机构)等设备动作声音经回声反复叠加,噪声很大。

(5)照明设置困难。高压室墙上及顶部布置有大量2715kV 高压设备,采光设计及照明、事故照明设备设置困难,投资大。除专设的部分电缆之外,照明低压线路及设备在高压室内与2715kV 高压线路、设备混合、交叉布置,安全设计复杂,隐患多,安装维修不便。

(6)高压室净空高、空间大,不但排风换气困难,而且房屋因电气设备沿墙体布置,需用实心砖砌实体墙才能满足要求。设计复杂,造价高,与电气工艺配合困难。且与《土地法》、《建筑法》等相关环保法律条文相抵触。

(7)高压室设有大量与室外电缆沟相通的室内电缆沟。投资大,维护困难,防小动物入侵困难,安全隐患多。

(8)高压室建设周期长,不利电气设备安装调试,投资效率低。

(9)高压室房屋大修周期与设备大修周期不同步,造成房屋带电维修,安全隐患很大。

(10)高压室一旦建成无法变动,可调整空间有限,不利于设备及运行方式变更,灵活性差,更难以满足扩能及复线新增设备设置要求。

(11)电磁干扰无屏蔽,不利于通讯安全和环保。

上述诸多缺陷,客观上迫使我们对近年来在

第28卷第6期2008年12月铁道机车车辆

RAI LW AYLOC OM OTI VE &C AR V ol 128　N o 16Dec

1　　2008

? 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. ff0ce6d428ea81c758f5788c

110kV及以上电压等级迅速发展应用的六氟化硫全金属封闭组合电器及相关技术进行深入研究,努力寻求2715kV电气化铁道专用设备在高科技含量、高可靠性、高集成度、少环境干扰、工况稳定、免维护等方面的技术突破。

2　可行性研究

1993～1999年我们对110kV GIS技术及国产化进行了长达7年的跟踪研究。1999年110kV GIS的国产化率逐步达到90%以上,尤其是断路器、隔离开关等操作机构由气动、液压逐步改为弹簧及电动操动,以及盆式绝缘子浇注成套设备引进之后,我们认为相关技术和装备已基本满足电气化铁道2715kV专用GIS研发、制造条件。如2715kV断路器元件可选用技术成熟的SF6灭弧室或真空灭弧室,还可实现断路器机构弹簧或永磁机构操作。隔离开关元件可实现同一机构带隔离、接地的3工位电动操作。电流互感器、电压互感器元件可实现环氧浇注、SF6气体罐内封装。避雷器可使用氧化锌避雷器阀片组合,SF6气体罐内封装技术或硅脂浇注可触摸式装配。盆式绝缘子可按任何需要尺寸、形状设计。尤其是弹簧机构、电动机构在GIS上的成功应用,完全抛弃了过去气动操作方式,不再需要相关气泵、气道等附属配套装备,为2715kV 专用GIS研发制造提供了技术基础。

2001～2004年历经两年多的设计和研制,ZF□—3115型电气化铁道专用SF6气体绝缘全金属封闭组合电器(GIS)通过了国家定点的西安高压电器研究所高压成套型式试验验证,并于2004年4月28日在襄渝线六里坪牵引变电所正式投入运行。该产品是将2715kV断路器、隔离开关、接地开关、电流和电压互感器、避雷器及连接母线等设备封闭在金属壳体内,充以具有优异灭弧和绝缘性能的SF6气体,作为相间和对地绝缘,是电气化铁道专用新型SF6产品。

3　ZF□—3115型GIS的结构特点

(1)优越的开断能力

断路器的设计是在电场计算、流场分析、电弧物理研究和机械特性理想配合的基础上,优化设计灭弧室结构,实现了气吹压力与开断电流自适应这一可靠的自能熄弧方式。断路器具有以下优点:

①由于良好的电场设计及其运动特性的理想配合,使其开断容性电流无重击穿;②适宜的气流特性,使其开断感性电流几乎无截流过电压;③采用气吹压力与开断电流自适应熄弧原理,使其在开断额定短路电流及其他任何故障电流时,均有可靠的开断性能和充裕的燃弧时差;④继承了压气式断路器的结构特点,具有尽可能少的灭弧室零部件,使产品具有更高的电气可靠性。

(2)高度的绝缘可靠性

对GIS的内部结构进行了电场计算,采用了优化的电场结构。由于导体和绝缘件封闭于接地的金属外壳之内,这些部件均不受外界环境影响,其性能不会长期老化,从而保证了高度绝缘可靠性。

(3)操动机构无油化、无气化,运行可靠性高

由于断路器配用弹簧机构,3工位隔离—接地开关配用电动机构,从而实现了无油化、无气化,既避免了火灾危险,又不需配用空压机系统,大大提高了运行可靠性。且隔离开关与接地开关采用3工位结构,用同一台电动机构进行操作,简化了一次间隔结构。

(4)体积小,质量轻

GIS为单相单筒式结构,外壳为铝合金或铸铝合金,质量轻。总体布置采用积木式结构,体积小,布置紧凑。

(5)优良的抗震性能

由于GIS重心低、质量轻、结构紧凑,因而具有优良的抗震性能。

(6)标准化、系列化

产品严格按国际电工委员会标准(IEC)及国家标准进行设计、制造及试验。其结构、性能完全满足标准化、系列化的要求。

4　ZF□—3115型GIS主要元件及主接线、平面布置图(单母线接线模式)

ZF□—3115型GIS主要元件有断路器(C B)、3工位隔离开关(DES)、电流互感器(CT)、电压互感器(PT)、避雷器(LA)、SF6

充气套管(Bug)、母线筒

(Bus)、汇控柜(LP)及支撑架等。这些元件组成了

GIS各分支单元,再按功能合成一套组合电器(图1、

图2)。

图1　主接线图

5　经济技术比较

ZF□—3115型GIS与常规设备经济技术比较主要70　铁道机车车辆第28卷? 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. ff0ce6d428ea81c758f5788c

图2　GIS平面布置图

有以下优势:

(1)占地、占空间省

襄渝线六里坪牵引变电所2715kV侧全套采用了ZF□—3115型GIS,所占户外总空间为52m2,高3m。ZF□—3115型GIS占地仅为敞开式常规设备的615%,占地、占空间少的优势十分显著。

(2)不受环境影响

ZF□—3115型GIS是全密封式,导电部分全部在铝合金壳体内,并充满SF6气体,与外界不接触,不受环境影响。在潮湿环境、盐雾地区、高海拔地区、风沙大铁路沿线地区,不受气候和空气中盐雾、水分、油污及沙尘等影响。同时,因导电部分全封闭,外壳不带电,运行监督、维护中人身安全也得到根本保证,无需考虑误闯带电区等人身安全问题,较敞开式设备优势明显。

(3)运行安全可靠、维护工作量少、检修周期长

ZF□—3115型GIS加工精密、选材优良、工艺严谨、技术先进。绝缘介质使用SF6气体,绝缘性能、灭弧性能大大优于空气。断路器开断能力强,触头烧伤轻微,因此维修周期长、故障率低。设备中无设备绝缘油等易燃品,SF6气体本身阻燃性、防火性能好。所以该产品运行安全可靠,维护工作量少,运行费用低。

(4)施工工期短

ZF□—3115型GIS设备各单元及元件标准化程度高,通用性强。标准一次间隔与制造厂内装配运输单元模式一致,运输方便,可到达施工现场直接就位、固定、拼装。二次线在以一次间隔为单元出厂前装配、试验完好,现场只需按要求从LCP柜引电缆,经联动试验即可投运,也可直接在LCP柜内分单元附带保护、控制及测量,与常规敞开式设备相比,现场安装、调试工作量减少80%以上。不但大幅度缩短了工期,且施工费用省。

(5)ZF□—3115型GIS没有无线电干扰和噪声干扰

该设备导电部分均为金属外壳良好接地屏蔽,导体产生的辐射、电场干扰等也都被外壳屏蔽了。从断路器开断过程产生的噪声,也被外壳隔离。操动机构不需要压缩空气,不排放气体而减少了噪声。因此, ZF□—3115型GIS设备不会象敞开式常规设备一样对通信、无线电产生干扰,且噪声很小。

襄渝线六里坪牵引变电所此次采用ZF□—3115型GIS与采用常规敞开式设备分别进行投资估算:常规敞开式设备设计2715kV侧投资状况为设备费约110万元,建设安装费约80万元,土建(含房建3715万元,电力照明及暖通13万元)约5015万元,合计24015万元。ZF□—3115型GIS设计2715

kV侧投资状况为设

备费约345万元,建设安装费约15万元,无土建费

用,合计约360万元,是常规设备综合投资的115倍,

但占地面积仅为常规设备的615%(没有计算节约

9315%的征地成本)。同时,ZF□—3115型GIS还具有

故障少、检修周期长、运行安全可靠性高等特点,大

大降低了其运行成本。若将主接线进行合理优化、简

化还可大幅降低造价。

综上所述,虽然该产品设备费较敞开式设备费高,

但如计及土建和征用土地费用,ZF□—3115型电气化

铁道专用SF6气体绝缘全金属封闭组合电器(GIS)有

更好的综合经济指标。并且在技术水平上较敞开式设

备上了一个新的台阶。该产品的研制成功,为电气化

铁道牵引变电所工程建设提供了新的选择。

第6期电气化铁道专用六氟化硫(SF6)气体绝缘全金属封闭组合电器(GIS)研发及应用71　? 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. ff0ce6d428ea81c758f5788c

翟玉霞(1968-)女,河南南阳人,工程师(收稿日期:2008-05-27)

文章编号:1008-7842(2008)06-0072-01

轻型接触网检修作业车的研制

翟玉霞

(郑州铁路局　工务机械厂,河南郑州450052)

中图分类号:U22615+2　　文献标志码:B

随着电气化铁路速度的提高、运营密度的加大,

势必对供电设备的质量、维修等提出更高的要求。提高检修效率和消除安全隐患,一直是接触网施工维修过程中关注的焦点问题,特别是既有线维修,缩短占用线路时间创造的运输价值不可估量,解决问题的关键是改进施工设备,因此,对轻型接触网检修作业车进行了研制。1　轻型接触网作业车的主要用途

轻型接触网检修作业车主要用于铁路电气化接触网上部设备的检修、安装、调整和保养等作业。作业时由轨道车或接触网作业车牵引进入施工区间,与牵引车分离摘挂后,由两名施工人员操纵,进行接触网设备检修作业。2　轻型接触网检修作业车的主要技术参数

轨距1435mm ;轴列式A 01;轴距3000mm ;轮径540mm ;车架尺寸(长×宽)4500mm ×2800mm ;平台型式　液压升降立柱式;平台起升高度(距轨面)6200mm ;平台尺寸(长×宽)2000mm ×1200mm ;平台载重300kg ;平台升高后紧急逃离方式　伸缩梯;平台和车辆操纵方式　平台上、下电控操纵;平台作业环境　不带电作业;区间远距离转移作业场所的运输方式　与牵引车联挂,由其牵引运行;车钩型式　标准2号机车前钩;车钩中心高度880±10mm ;制动方式　空气制动(104型分配阀);联挂最高运行速度100km/h ;作业最高运行速度10km/h ;传动方式　高速时机械传动,低速时液压传动;发动机型号495D ;自重8600kg ;最大作业运行坡度20‰;最小作业半径100m ;车辆最大外形尺寸5168m ×311m ×4133m 。

3　主要部件

轻型接触网检修作业车主要结构由车底架等组成

(见图1)。

(1)车底架　车底架为全钢焊接结构,主要由中梁、侧梁、端梁、横梁等组成,各梁均采用20#槽钢。

(2)轮对轴箱装置　车轮直径采用<540mm ,车轮踏面为JM 型磨耗形踏面外形。轴箱为拉杆定位无导框式,箱体通过上下轴箱拉杆与车架相连接,主要由轴箱体、前端盖、后端盖、滚动轴承42620T 和滚动轴承152620T 等组成。轴箱悬挂装置采用一系弹簧和液压减振器。

(3)柴油发动机　采用95系列495D 型柴油机,随机附带24V 、500W 和0117m 3/min 空压机,提供车上部分电器用电和自运行时空气制动的风源。柴油发动机与油泵连接后通过前后支脚及减振垫安装在车底架上。

(4)传动系统　传动系统采用液压马达作为动力源,通过键式嵌合离合器,传递到驱动桥的主动齿轮→被动齿轮→车轴,最后传递给车轮,驱动车辆低速行走。由于本车区间远距离转移时与牵引车联挂,需切断本车的动力源,故要求本传动系统具有动力的输入和切断的双重功能,该功能可通过操纵键式嵌合离合器的内外花键套的啮合,实现分离。

(5)制动系统　制动系统由空气制动装置、基础制动装置和手制动装置3部分组成。具有两套空气制动装置。一套是本车单独自运行作业时,由本车发动机风泵提供风源控制的制动装置;另一套是与牵引车辆联挂时,由牵引车辆提供风源控制的制动装置。

R esearch and Application of E lectric R ail w ay

Dedicated SF 6G as I nsulated all Metal Closed Combinations (GIS)

ZHOU Li -jie ,ZH ANG Bo

(X i ′an Survey ,Design and Research Institute C o ,Ltd 1,X i ′an 710054Shaanxi ,China )

Abstract :This article is through existing 2715kV convention open type equipment shortcoming analysis ,explanation ZF □-3115GIS research and

development application necessity 1A fter the feasibility study ,determined that its research and development ,the production have met the requirement ,and unified the X iangyang -Chongqin line Liuliping level ground to tow the trans former substation overhaul project to com plete the first set of this product m ovement practice ,introduced this product mix characteristic ,the key element and the superiority is in detailed 1K eyw ords :electrification railroad ;GIS;research and development and application

第28卷第6期2008年12月

铁

道机车车辆

RAI LW AYLOC OM OTI VE &C AR V ol 128　N o 16Dec 1　　2008

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/q6ol.html