一種鐵路室內變電所與信號設備機房的布置方法
2024-04-14 11:35:05
1.本發明涉及軌道交通供電技術領域，尤其涉及一種鐵路室內變電所與信號設備機房的布置方法。
背景技術：
2.隨著鐵路電氣化飛速發展，各種先進的電氣、電子和通信設備層出不窮，鐵路信號系統為保證鐵路行車安全、提高鐵路區間和車站通過能力、增加鐵路運輸經濟效益、改善鐵路員工勞動條件而被廣泛應用於客運高速、貨運重載。
3.鐵路信號系統可以幫助鐵路系統實現高度自動化和精確控制，但是同時導致了系統中的設備更容易受到幹擾，受擾設備增加。現有鐵路信號系統的體系龐大，各類子系統之間的交互也錯綜複雜，室內變電所、牽引供電系統等都會對信號系統產生較強的電磁幹擾。信號設備所處的電磁環境變得愈加惡劣，其往往因自身抗電磁幹擾能力不強而對工作環境要求較高，電氣設備與信號設備距離太近，電磁場相互耦合對信號設備安全運行造成危險影響；電氣設備與信號設備布置太遠則會造成供電線路、變電所所址佔地面積、土木建築等投資大大增加。
4.在鐵路信號系統設計標準方面，現有規範規定的條文主要針對信號設備電磁幹擾允許限值、信號電纜或設備與接觸網系統的間距等方面。gb/t50719-2011 20《電磁屏蔽室工程技術》規定電磁屏蔽室的工作頻率範圍在10khz及以下時，距離10kv電力架空線路或變電(站)所的距離不應小於10m，該條規範主要參考輸電線路電磁幹擾允許值和我國一些城市規劃中電力幹線的距離要求，並未考慮鐵路信號設備類型、抗電磁幹擾限值以及鐵路信號機房的具體電磁屏蔽措施，缺乏針對鐵路室內變電所與信號設備機房工況的研究依據；其他國家及行業標準中均無鐵路變配電所與信號設備安全間距的具體規定。
5.因此，現有技術不能明確的給出鐵路10/0.4kv下變電所與信號機房合理布局的技術指導。
技術實現要素：
6.本發明提供一種鐵路室內變電所與信號設備機房的布置方法，用以解決上述現有技術中的缺陷，實現鐵路變電所與信號機房的合理布局。
7.本發明提供一種鐵路室內變電所與信號設備機房的布置方法，包括：
8.獲取鐵路室內變電所在不同工況下的電壓變化範圍和電流變化範圍；
9.基於所述電壓變化範圍和所述電流變化範圍，計算獲取電氣設備與信號設備的最小安全間距；
10.根據所述最小安全間距布置所述室內變電所與所述信號設備機房。
11.根據本發明提供的一種鐵路室內變電所與信號設備機房的布置方法，獲取電氣設備與信號設備的最小安全間距包括：
12.基於鐵路室內變電所在不同工況下的電場強度分布，計算獲取電氣設備與信號設
備的電場安全間距變化規律；
13.基於鐵路室內變電所在不同工況下的磁場強度分布，計算獲取電氣設備與信號設備的磁場安全間距變化規律；
14.基於所述電場安全間距變化規律和所述磁場安全間距變化規律獲取電氣設備與信號設備的最小安全間距。
15.根據本發明提供的一種鐵路室內變電所與信號設備機房的布置方法，所述工況包括正常工況和故障工況，其中，
16.變電所正常工況下電氣設備與信號設備的電場安全間距為：
17.d
vn
＝-0.029x
13
+0.0421x
12-0.1259x1+0.062；
18.變電所故障工況下電氣設備與信號設備的電場安全間距為：
19.d
vf
＝9.56e-5
x
13
+0.0025x
12-0.0278x1+0.0033；
20.變電所正常工況下電氣設備與信號設備的磁場安全間距為：
21.d
an
＝1.1015e-11
x
23-7.1535e-8x
22
+4.3226e-4
x
2-0.1857；
22.變電所故障工況下電氣設備與信號設備的磁場安全間距為：
23.d
af
＝-2.9716e-25
x
23-7.1429e-8
x
22
+7.8571e-5
x2+5.7143e-4
；
24.其中，x1為所述電壓變化範圍內的數值，x2為所述電流變化範圍內的數值。
25.根據本發明提供的一種鐵路室內變電所與信號設備機房的布置方法，獲取電氣設備與信號設備的最小安全間距包括：
26.獲取變電所正常工況下電氣設備與信號設備的第一安全間距：
27.d1＝max{d
vn
，d
an
}；
28.獲取變電所故障工況下電氣設備與信號設備的第二安全間距：
29.d2＝max{d
vf
，d
af
}；
30.取所述第一安全間距與所述第二安全間距的最大值，即為所述電氣設備與信號設備的最小安全間距。
31.根據本發明提供的一種鐵路室內變電所與信號設備機房的布置方法，所述信號設備機房中信號設備包括：
32.運輸調度指揮模塊、無線閉塞中心、臨時限速伺服器、列控中心、安全數據網、自動閉塞、計軸設備、計算機聯鎖、信號集中監測、調車防護系統、動車所控制集中系統、無線調車機車信號及監控系統、駝峰自動控制系統、綜合智能電源屏、列控中心、安全數據網、自動閉塞、信號集中監測模塊以及綜合智能電源屏。
33.根據本發明提供的一種鐵路室內變電所與信號設備機房的布置方法，若所述信號設備機房中包括任意霍爾元器件設備，信號設備所處環境電場強度不超過4kv/m，穩態磁場強度不超過30a/m，暫態磁場強度不超過300a/m。
34.根據本發明提供的一種鐵路室內變電所與信號設備機房的布置方法，根據所述最小安全間距，所述室內變電所與所述信號設備機房的布置方案包括同層毗鄰，上下布置和分別獨立布置。
35.本發明還提供一種非暫態計算機可讀存儲介質，其上存儲有電腦程式，該電腦程式被處理器執行時實現如上述任一種所述鐵路室內變電所與信號設備機房的布置方法的步驟。
36.本發明提供的一種鐵路室內變電所與信號設備機房的布置方法，至少具有如下的技術效果：
37.(1)綜合考慮了變電所在不同工況下的電壓變化範圍和電流變化範圍；基於電壓變化範圍和電流變化範圍將電場強度和磁場強度的影響均考慮在內，從而計算出避免幹擾所需的最小安全間距；
38.(2)通過計算得到的最小安全間距布置室內變電所與信號設備機房，對高速鐵路、城際鐵路等電力變電所與信號設備房屋相對布置方案、鐵路站場規劃選址、節約工程投資具有重要的實際工程價值，簡單高效。
附圖說明
39.為了更清楚地說明本發明或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
40.圖1是本發明提供的鐵路室內變電所與信號設備機房的布置方法的流程示意圖；
41.圖2是本發明實施例的鐵路10/0.4kv室內變電所不同工況下電流變化範圍。
具體實施方式
42.為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明中的附圖，對本發明中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
43.本技術的說明書和權利要求書及上述附圖中的術語「包括」和「具有」以及它們任何變形，意圖在於覆蓋不排他的包含。例如包含了一系列步驟或模塊的過程、方法、系統、產品或設備沒有限定於已列出的步驟或模塊，而是可選地還包括沒有列出的步驟或模塊，或可選地還包括對於這些過程、方法、產品或設備固有的其他步驟或模塊。
44.需要說明的是，本發明涉及的術語「第一\第二」僅僅是區別類似的對象，不代表針對對象的特定排序，可以理解地，「第一\第二」在允許的情況下可以互換特定的順序或先後次序。應該理解「第一\第二」區分的對象在適當情況下可以互換，以使這裡描述的本發明的實施例能夠以除了在這裡描述或圖示的那些以外的順序實施。
45.在一個實施例中，如圖1所示，本發明提供一種鐵路室內變電所與信號設備機房的布置方法，包括：
46.獲取鐵路室內變電所在不同工況下的電壓變化範圍和電流變化範圍；
47.基於所述電壓變化範圍和所述電流變化範圍，計算獲取電氣設備與信號設備的最小安全間距；
48.根據所述最小安全間距布置所述室內變電所與所述信號設備機房。
49.具體的，本發明所述的鐵路室內變電所的變壓比為10/0.4kv，在高壓側的額定輸入為10kv，輸出端為0.4kv；
50.具體的，獲取鐵路室內變電所在不同工況下的電壓變化範圍和電流變化範圍，室
內變電所不同工況下電流變化範圍如圖2所示，結合電壓、電流標準規範可知x1、x2的取值範圍；
51.正常工況下，10kv高壓側電壓在0～10kv，0.4kv低壓電流在0～3600a；
52.單相接地工況下，10kv高壓側電壓在單相接地短路故障電流的範圍在0～400a區間；
53.需要說明的是，本發明實施例的鐵路室內變電所內設置三單元，所建三維模型具體包括高低壓裸露母線及屏蔽等影響電磁場分布的主要因素。根據實際工程情況，目前鐵路室內變電所變壓器、高壓環網櫃、低壓開關櫃、ups櫃及其他控制保護櫃等大部分具有金屬櫃體，具有一定電磁屏蔽作用，(極少數有室內變電所變壓器不帶外殼)高低壓引入引出均採用電纜線路，電力電纜一般敷設於電力電纜溝內、穿鋼管暗埋於牆、穿鋼管保護沿牆明敷設或敷設於金屬電纜橋架內，且電力電纜具有絕緣屏蔽、金屬屏蔽等多層屏蔽結構,也具有一定電磁屏蔽作用。考慮電纜線路的屏蔽層及變壓器、高低壓開關櫃外殼的屏蔽效果，裸露在外的高低壓母線排是室內變電所空間電磁場的主要場源，為更準確擬合裸母線對外產生的場強，採取超細化剖分方式對變壓器高低壓裸露母線排進行加密剖分。
54.具體的，根據本發明提供的一種鐵路室內變電所與信號設備機房的布置方法，獲取電氣設備與信號設備的最小安全間距包括：
55.基於鐵路室內變電所在不同工況下的電場強度分布，計算獲取電氣設備與信號設備的電場安全間距變化規律；
56.基於鐵路室內變電所在不同工況下的磁場強度分布，計算獲取電氣設備與信號設備的磁場安全間距變化規律；
57.基於所述電場安全間距變化規律和所述磁場安全間距變化規律獲取電氣設備與信號設備的最小安全間距。
58.根據本發明提供的一種鐵路室內變電所與信號設備機房的布置方法，所述工況包括正常工況和故障工況，電場強度集中分布在變壓器、gis櫃內高壓裸露母線附近，而gis櫃外帶有金屬鋼板屏蔽，其對周圍空間的電場環境影響不大，結合鐵路室內變電所不同工況下電場強度分布狀況，得出電氣設備與信號設備的電場安全間距變化規律，得：
59.變電所正常工況下電氣設備與信號設備的電場安全間距為：
60.d
vn
＝-0.029x
13
+0.0421x
12-0.1259x1+0.062；
61.變電所故障工況下電氣設備與信號設備的電場安全間距為：
62.d
vf
＝9.56e-5
x
13
+0.0025x
12-0.0278x1+0.0033；
63.進一步，磁場強度集中部分集中分布在變壓器、mns櫃內低壓裸露母線附近，而mns櫃外帶有金屬鋼板屏蔽，其對周圍空間的磁場境影響不大，結合鐵路室內變電所不同工況下磁場強度分布狀況，得出電氣設備與信號設備的安全間距磁場變化規律，得：
64.變電所正常工況下電氣設備與信號設備的磁場安全間距為：
65.d
an
＝1.1015e-11
x
23-7.1535e-8x
22
+4.3226e-4
x
2-0.1857；
66.變電所故障工況下電氣設備與信號設備的磁場安全間距為：
67.d
af
＝-2.9716e-25
x
23-7.1429e-8
x
22
+7.8571e-5
x2+5.7143e-4
；
68.其中，x1為所述電壓變化範圍內的數值，x2為所述電流變化範圍內的數值。
69.根據本發明提供的一種鐵路室內變電所與信號設備機房的布置方法，獲取電氣設備與信號設備的最小安全間距包括：
70.獲取變電所正常工況下電氣設備與信號設備的第一安全間距：
71.d1＝max{d
vn
，d
an
}；
72.獲取變電所故障工況下電氣設備與信號設備的第二安全間距：
73.d2＝max{d
vf
，d
af
}；
74.取所述第一安全間距與所述第二安全間距的最大值，即為所述電氣設備與信號設備的最小安全間距。
75.需要說明的是，工程應用中針對鐵路室內變電所與信號機房的布局時，考慮到不同設備間的電磁幹擾水平以及設備自身的抗幹擾性能等因素外，兼顧到變電所對信號設備的電磁幹擾問題，通常都會對變電所與信號機房採取分散地相對獨立布置，比較常見的是將這兩類設備分成不同的樓層放置，如果兩類設備在同一層放置，則會放置在同層的兩端，距離儘可能的拉遠。這樣既不能有效節約機電設備的用房面積，也容易造成一定的安全隱患，不利於車站各方面的管理。
76.根據本發明提供的一種鐵路室內變電所與信號設備機房的布置方法，所述信號設備機房中信號設備包括：
77.運輸調度指揮模塊、無線閉塞中心、臨時限速伺服器、列控中心、安全數據網、自動閉塞、計軸設備、計算機聯鎖、信號集中監測、調車防護系統、動車所控制集中系統、無線調車機車信號及監控系統、駝峰自動控制系統、綜合智能電源屏、列控中心、安全數據網、自動閉塞、信號集中監測模塊以及綜合智能電源屏。
78.根據本發明提供的一種鐵路室內變電所與信號設備機房的布置方法，若所述信號設備機房中包括任意霍爾元器件設備，信號設備所處環境電場強度不超過4kv/m，穩態磁場強度不超過30a/m，暫態磁場強度不超過300a/m。
79.根據本發明提供的一種鐵路室內變電所與信號設備機房的布置方法，根據所述最小安全間距，所述室內變電所與所述信號設備機房的布置方案包括同層毗鄰，上下布置和分別獨立布置。
80.具體的，對於變壓比為10/0.4kv的變電所，根據已知的電壓最大值x1、電流最大值x2，得電氣設備與信號設備的最小安全間距為0.96m；
81.由此，當鐵路室內變電所與信號設備機房並棟同層毗鄰布置時，根據相關設計規範要求，室內變電所高低壓設備四周均需設置一圈檢修通道(寬度為0.8m～1m)，室內變電所變壓器目前均設置保護外殼，且10/0.4kv變壓器一般布置於高壓環網櫃與低壓開關櫃之間，一般條件下，變壓器外殼與信號設備之間均可滿足1.0m安全間距。
82.則在滿足變配電系統設計規範要求下，10/0.4kv室內變電所與信號設備機房同層毗鄰布置時，符合本專利提出的安全間距要求。
83.當鐵路室內變電所在信號設備機房正下方布置時，由於變電所變壓器及低壓柜上方空間需設置母線槽及通風管道等附屬設施，變壓器外殼上方至天花板的距離一般大於1.0m，則在滿足變配電系統設計規範要求下，10/0.4kv、室內變電所在信號設備機房正下方布置時，符合本專利提出的安全間距要求。
84.當鐵路室內變電所在信號設備機房外獨立布置時，由於鐵路室內變電所設備四周
需設置檢修通道，且不同獨棟房屋之間布置時需考慮防火間距要求，均能保證電力變壓器與信號設備間距大於1.0m，因此10/0.4kv室內變電所與信號設備機房獨立布置時，符合本專利提出的安全間距要求。鐵路室內變電所與信號設備機房並棟同層毗鄰布置、鐵路室內變電所在信號設備機房正下方布置時，由於變配電設計規範要求，電力變電所一般設置於房屋一層、且具備直通室外或疏散通道的出口，供電與電務的運維管理界面較為清晰。
85.另一方面，變電所與信號設備機房毗鄰或上下層布置時，低壓饋出電纜均在室內沿電纜溝、電纜橋架等方式敷設，電纜長度短，可靠性較高，亦便於維護，此外，變電所獨立布置時，由於獨棟房屋數量增多，房建部門的運維工作量亦大於毗鄰布置或上下層布置方案。鐵路室內變電所與信號設備機房並棟同層毗鄰布置、鐵路室內變電所在信號設備機房正下方布置時，由於房屋並棟，減少了房屋基礎及附屬設施投資，同時大幅降低了獨立房屋數量，縮小了佔地面積，便於鐵路站區規劃布置，土建及電氣總體投資較變電所獨立設置時最優。
86.綜上所述，鐵路室內變電所與信號設備機房並棟同層毗鄰布置、鐵路室內變電所在信號設備機房正下方布置的技術經濟性較優，對於信號中繼站等單層房屋，可採取鐵路室內變電所與信號設備機房毗鄰布置方案，對於信號樓、線路所、客運站房等多層房屋，可採取室內變電所設置於一層、信號機房設置於二層方案，受條件限制時，信號設備機房可布置於鐵路室內變電所上方。
87.本發明還提供一種電子設備，該電子設備可以包括：處理器(processor)、通信接口(communications interface)、存儲器(memory)和通信總線，其中，處理器、通信接口、存儲器通過通信總線完成相互間的通信。處理器可以調用存儲器中的邏輯指令，以執行上述各方法提供的鐵路室內變電所與信號設備機房的布置方法的步驟。
88.此外，上述的存儲器中的邏輯指令可以通過軟體功能單元的形式實現並作為獨立的產品銷售或使用時，可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質中。基於這樣的理解，本發明的技術方案本質上或者說對現有技術做出貢獻的部分或者該技術方案的部分可以以軟體產品的形式體現出來，該計算機軟體產品存儲在一個存儲介質中，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可以是個人計算機，伺服器，或者網絡設備等)執行本發明各個實施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質包括：u盤、移動硬碟、只讀存儲器(rom，read-only memory)、隨機存取存儲器(ram，random access memory)、磁碟或者光碟等各種可以存儲程序代碼的介質。
89.另一方面，本發明還提供一種電腦程式產品，所述電腦程式產品包括存儲在非暫態計算機可讀存儲介質上的電腦程式，所述電腦程式包括程序指令，當所述程序指令被計算機執行時，計算機能夠執行上述各方法提供的鐵路室內變電所與信號設備機房的布置方法的步驟。
90.又一方面，本發明還提供一種非暫態計算機可讀存儲介質，其上存儲有電腦程式，該電腦程式被處理器執行時實現以執行上述各方法提供的鐵路室內變電所與信號設備機房的布置方法的步驟。
91.以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，其中所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位於一個地方，或者也可以分布到多個網絡單元上。可以根據實際的需要選擇其
中的部分或者全部模塊來實現本實施例方案的目的。本領域普通技術人員在不付出創造性的勞動的情況下，即可以理解並實施。
92.通過以上的實施方式的描述，本領域的技術人員可以清楚地了解到各實施方式可藉助軟體加必需的通用硬體平臺的方式來實現，當然也可以通過硬體。基於這樣的理解，上述技術方案本質上或者說對現有技術做出貢獻的部分可以以軟體產品的形式體現出來，該計算機軟體產品可以存儲在計算機可讀存儲介質中，如rom/ram、磁碟、光碟等，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可以是個人計算機，伺服器，或者網絡設備等)執行各個實施例或者實施例的某些部分所述的方法。
93.最後應說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和範圍。