高速铁路箱变环控系统设计

高速铁路箱变环控系统设计

杨萌

杨萌

（中铁二院济南分院济南市250002）

摘要：随着我国高速铁路的迅猛发展，营运里程越来越长，线路覆盖地域范围越来越广，运行环境（海拔、温度、湿度、温差变化等）差异越来越大，而单一的设计方案及设备选型不能完全满足安全、可靠运行的要求，设备故障时有发生。因此高速铁路箱变的设计增加了较多的环控系统设计以保证箱变运行可靠性能。本文主要讨论了高速铁路箱变环控系统的设计。

关键词：高速铁路箱变；环控系统

一、高速铁路箱变的运行环境

高速铁路营运里程越来越长，线路覆盖的地域范围越来越广，高速铁路箱变运行环境（海拔、温度、湿度、温差变化等）差异越来越大，部分箱变还可能放置在隧道内使用；根据《GB/T11022-1999高压开关设备和控制设备标准的共同技术要求》，户外设备选取范围为严寒和酷热两种，所对应的运行环境温度分别为-50℃～+40℃和-5℃～+50℃。而实际情况可能更复杂，比如温差大的地区要考虑凝露，而高湿热地区要考虑高湿热对设备绝缘和防腐的破坏等，而简单的一种要求，比如-50℃～+50℃，显然会增加设备制造的难度并且增加设备成本。

高速铁路箱变集成了大量的电子设备，二次设备，这些元件比一次设备对环境要求更为敏感。从哈大客专到海南东环线，满足运行温度要求的话，二次设备应选择-40℃～+70℃档，这样将极大地增加制造成本。高速铁路箱变由于其运行环境的复杂性，这就要求必须重点考虑箱变内环境控制系统的设计。

二、高速铁路箱变环境控制分析

箱式变电站和常规的变电站相比，难点之一就是箱变内的环境控制部分；再加上高速铁路箱变里程长，分散广，这种环境造成的影响就更加突出了。如海南东环线地处中国的最南端——海南，高温和高湿环境对电气设备的运行非常不利；哈大客专是世界上第一条运行在高寒地区的高速铁路，-40℃的运行环境，对箱变的保温设计也是一个极大的挑战。

这些影响绝对不可忽视：高温、高湿容易导致凝露产生，凝露不仅会导致箱体生锈，还会使电气元件寿命急剧减短，甚至短路造成火灾；高寒环境会造成电子元件失灵，甚至会导致变压器、PT等元件炸裂，造成重大事故的产生。

三、环控系统设计

经过反复试验，并结合现场箱变的运行情况，环控系统的设计方案逐步完善，主要体现在以下几个方面：

（一）保温方案

1、箱体

箱体采用双层金属结构，利用冰箱保温工艺，门板内部为聚氨酯发泡填充，极大的提高了箱体的保温性能。

工艺：一体式聚氨酯保温层是通过发泡机械混合喷出雾状制剂，在室温下一分钟发泡凝固成型的，通体无热桥。断桥隔热技术将内外两层金属既隔开又紧密连接成一个整体，防止内外金属热量的传导。

结论：保温性能极好，满足-50℃～70℃使用，适用于高寒、高温环境条件。

2、低温控制

对于运行在温度极低地区的箱变，比如哈大客运专线项目，其户外低温要求为-40℃！针对此类项目，除了对箱体保温层做加厚处理外，箱变内部还设置了电暖气等加热装置。加热装置通过升温型温度控制器控制，当箱变内温度低于温控器的设定值时就会自动启动电暖气进行加热，从而改善低温环境，达到箱变内设备正常运行条件；箱变内温度一旦上升至温度控制器设定温度以上，电暖气就能自动停止加热，从而达到节能的目的。上述电暖气启动条件一旦满足，启动加热的同时，温控器还会向后台发送低温信号，加热停止时低温信号同时停止，这样在调度端就可以掌握箱变内的温度情况，一旦电暖气故障，则可以及时安排相关人员维护。

3、高温控制

相对低温控制来说，箱变内高温控制更具有普遍意义，也更重要些。箱变内高温控制措施主要包含两部分内容：自然通风和强制通风。

自然通风主要是通过箱体本身的通风设计来实现，主要包括变压器室门板和底板通风孔设计以及箱体顶盖四周“迷宫式”通风孔设计。

强制通风是指在箱变内部设置了风机等强制风冷系统，风冷系统通过降温型温度控制器控制，当箱变内温度高于温控器的设定值时就会自动启动风机进行通风降温，从而改善高温环境，达到箱变内设备正常运行条件；箱变内温度一旦降至温度控制器设定温度以下，风机就自动停止通风，从而达到节能的目的。上述风机启动条件一旦满足，启动风机的同时，温控器还会向后台发送高温信号，通风停止时高温信号同时停止，这样在调度端就可以掌握箱变内的温度情况，一旦风机故障，则可以及时安排相关人员维护。

（二）凝露控制措施

箱变内外温差大导致箱变内可能会产生凝露，凝露严重时会降低箱体以及电气元件的使用寿命，因此除湿及防凝露设计也必不可少。防凝露设计主要通过以下两个方面实现：

1、箱体密封：双层箱体除保证了箱体强度及保温效果外，还可以起到抑制凝露产生的作用；另外，在框架和顶盖的结合处采用密封胶条处理以及采用密封胶条对门缝进行处理也都可以很好的起到防止凝露产生的效果。

2、除湿设计：在箱变内部设置了加热板等除湿元件，除湿器件通过凝露控制器控制；当凝露控制器传感器检测到凝露浓度达到一定值时就会自动启动加热板，从而改善潮湿环境，满足箱变内设备正常运行条件。凝露控制器启动加热板的条件一旦满足，在启动加热板的同时，凝露控制器还会向后台发送凝露信号，加热停止时凝露信号同时停止，这样在调度端就可以掌握箱变内的湿度情况，一旦加热板故障，则可以及时安排相关人员维护。

对于沿海地区等湿度特别严重的项目，除采用上述加热板除湿外，还可通过凝露控制器启动加热板的同时启动箱变内各隔室顶盖上的风机，共同达到除湿效果。

（三）防火措施

箱变的防火措施主要从以下三个方面考虑：

1、箱体设计：箱体采用双层金属材料，双层门板之间填充阻燃材料，有效阻止外界火源影响箱变的正常运行。

2、内部布置：一级侧和综合侧之间增加金属隔板实现完全的物理隔离；一侧发生火灾，另一侧可正常工作，不受影响，保证了铁路沿线供电可靠性。

3、烟感设计：箱变内各隔室均设有烟雾报警装置，一旦有火情发生，感烟器则立即发出报警并向后台发出烟雾报警信号，以便及时安排相关人员切除电源，防止事故扩大。

（四）防尘措施

客专箱变均安装在铁路沿线，外界环境比较恶劣，再加上变压器室通风百叶窗等设计导致箱变内容易进入灰尘，影响电气设备安全运行，因此箱变防尘设计也不可忽视。

防尘设计主要包括箱体接缝位置的密封处理以及变压器室百叶窗的密封处理等，包括门板与框架结合处增加耐低温、长寿命硅橡胶密封胶条，变压器室百叶窗内部加设防尘网等。

结语

伴随我国高速铁路的迅猛发展，高速铁路箱变分别范围越来越广。文章对高速铁路箱变环控方案进行分析，并结合现有技术条件提出了相应环控控制措施。随着技术发展，更为高效环控元器件出现，高速铁路环控系统会进一步完善。

参考文献：

[1]崔健，沈文杰，韩成.铁路箱式变电站的特点及应用[J].中国新技术新产品.2015（14）

[2]吕强.铁路电力箱变的运行与维护[J].中国电子商务.2013（5）