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直流开关柜在地铁1500V直流供电系统中的应用

供稿:luojiniu 2013/3/8 17:08:15

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行业概况

随着中国经济的飞速发展和轨道交通技术的成熟,越来越多的中国1,2线城市开始修建地铁、轻轨等轨道交通。近几年来,轨道交通因其运载能力大、运行快速准时、噪音废气污染小等优势,在我国获得蓬勃发展,也带来中国轨道交通供电设备需求的日益增长。越来越多的城市加入到修建地铁的行列当中来。目前全国已有11个城市拥有了地铁,另外计划在建地铁的城市20多个。如北京、天津、香港、上海、广州,南京、武汉、长春、沈阳、大连、杭州、成都、西安、长沙等10多个城市已经拥有地铁或正在建造地铁,还有更多的城市正在规划地铁。可见轨道交通行业的欣欣向荣。

      直流开关柜是地铁直流供电系统中重要的一环,目前最常用的是1500V DC架空接触网双边供电方式的供电方式(除了北京采用的是750V DC第三轨受流器,上海、广州和深圳均采用1500V)。

      目前国内的直流开关柜基本上都是引进国外的技术,国内的直流开关柜还处在起步阶段。国内份额最大的直流开关柜生产商是大全赛雪龙,依托瑞士赛雪龙的成熟技术,大全赛雪龙在国内地铁直流开关柜的占有率达到了60%以上,其他如西门子、上海电气成套(庞巴迪)、上广电(GE)、广州白云电气(FKI)等共同瓜分运营线路的其他份额,维修线和试验线的市场份额则被国内的一些大型开关柜生产厂家占有,如苏州万龙、株洲南车时代、沈开、川开和上海立新等等。

 

直流开关柜简介

 

直流开关设备为标称工作电压直流1500V及以下、户内安装、空气绝缘的金属封闭式成套设备。结构上分各种功能小室。功能小室通常有:低压室、断路器手车室、母线室、电缆室。其主要用于直流牵引供电系统,作为直流电能分配,实现对馈线,接触网或接触轨等设备的测控、保护和上位监控设备的总线通信。直流开关设备除了带有完成当地控制测量、保护功能所必须的元器件外,还配置了为实现远方监控用的转换开关及数据传送用的界面接口。

 

 

直流开关柜的应用:

 

1.      轨道交通的变电系统

 

典型的牵引变电所的主变电所来的交流高电压(典型值:33kV)经整流机组(包括变压器及整流器)降压、整流为直流1500V,再经直流开关柜向接触网供电。我国上海和广州地铁的直流牵引供电系统均是如此,北京地铁采用的是第三轨受流器(上海和广州地铁则是架空接触网),其馈电电压为750V。由于750V馈电电压供电距离短、杂散电流大,现在多采用1500V。一个供电区由相邻的2个牵引变电所同时供电,这种双边供电的方式提高了供电的可靠性,同时分区段的方式使故障被隔离在某个区段以内,而不致影响其它供电区段,因而被广泛采用。运用广泛的是基于1500V架空接触网双边供电方式。

 

通常轨道交通的供电系统是将5KV-38KV高压交流电通过变压器和高负荷牵引整流器转换为1500V直流电压,然后将1500V直流电压引入直流开关柜,通过开关柜分配到各个输电轨或者顶部接触供电系统对机车进行供电,示意图如图1(发表的时候无法上图片,所以图片请看http://luojiniu.goepe.com/apollo/jsshow-99012.html

 

 

2.直流开关柜的组成

 

 

 

直流开关柜按照用途可以分为:进线柜(又称正极柜)、馈线柜、负极柜和轨电位保护柜四种基本类型。目前主流的直流开关柜的额定工作电压DC750VDC1500V,额定工作电流为6000A6000A以下。

 

 

 

直流系列开关设备按结构分类,可分为两大类:

 

1. 由断路器手车组成的抽出式开关柜;

 

2. 由隔离开关组成的固定式开关柜。

 

 

 

直流开关柜主要由4大部件组成:

 

1.断路器(主要由意大利Microelettrica Scientifica提供

 

2.隔离开关(主要由法国Ferrze Shawmut提供)

 

3.隔离器变送器(又称隔离器放大器,主要由德国KNICK公司提供)

 

4.终端保护(又称继保、主要由北京四方、南瑞等公司提供)

 

 

 

除此之外开关柜内还需要框架电流继电器(Techno-elec)、接地装置(Horstman)、电源单元(FG Elektronik)等等其他元件组成,关键的部件基本上全是国外进口。

 

 

 

直流开关柜属于快速开断设备它是空气绝缘、户内安装的封闭分隔式成套设备。开关柜由一系列标准化单元组合,开关柜内按用户要求可隔成不同的功能小室,功能小室通常有低压控制室、断路器手车室、主母线室。一次电缆室、隔离开关室等。

2,图3是直流开关柜的示意图

3.直流高压隔离放大器的作用

 

 

 

继电保护装置是直流开关柜关键装置之一,它集成了测控、保护、自诊断、故障录波、事件顺序记录和总线通讯等功能,可实现对馈线柜、进线柜、负极柜等设备的全面监控和保护。

 

 

 

轨道交通使用的直流电压高达上千伏,这对二次仪表或其他检测设备带了危险。所以必须将上千伏的电压安全隔离转换成可以接收和测量的标准模拟信号,完成对低压设备的保护。

 

此时就非常需要能将高压信号转换成标准信号的隔离器放大器,同时还应该具备强大的耐压

 

能力和截止频率。隔离器的可靠性和稳定性对轨道交通的供电系统故障的监控和数据分析及其的重要。

 

 

4,图5,图6是馈线保护示意图,分别测量了馈线电阻的电流和馈线电压。隔离变送后的低压模拟信号输入到2次回路的继电保护系统。

l  进线柜和馈线柜的被测电压高,需要使用工作电压2200V甚至3600V的高压型隔离器;

 

l  负极柜监控的钢轨回流电流较小,故可以使用耐压相对较低的隔离器来监测电流;

 

l  框架保护柜监控整个系统的框架电位,同样电压较小,也可以使用低压的隔离器。

 

 

 

目前广泛使用的高压隔离器都是德国Knickhttp://www.goepe.com/apollo/prolist-luojiniu-1200698-1.html)公司生产的P41000(测电流)和P42000(测电压)系列直流高压隔离器,产品经理罗先生13661922226。目前世界上唯一能直接输入3600V DC信号的隔离器是Knick公司生产的,它的三端测试电压可达15KV,截止频率5KHZ。目前全球闻名的赛雪龙(MIU10对应P41000VM10对应P42000)、西门子、ABB等直流开关柜厂家的高压隔离器都是由KNICK提供。

 

 

 

 

 

4.部分使用Knick高压隔离器的地铁线路:

 

上海地铁1号线,2号线, 3号线等;

 

上海轻轨明珠线;

 

上海阿尔斯通轨道交通有限公司试验线;

 

北京1号线,2号线,5号线,8号线,13号线等;

 

广州2号线,3号线,4号线等;

 

深圳地铁1号线;深圳地铁2号线;深圳地铁3号线;

 

长春轻轨二期、长春轻轨三期;长春客车厂试验线;

 

沈阳地铁1号线;沈阳地铁2号线;

 

天津地铁2号线;天津地铁3号线;

 

 

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