無軌電車用箱式整流變電站電氣設(shè)計(jì)

摘 要：本文闡述了無軌電車箱式整流變電站的電氣設(shè)計(jì)，分析了箱式整流變電站的特點(diǎn)，并重點(diǎn)對變壓整流系統(tǒng)與自動化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、直流微機(jī)綜合保護(hù)裝置進(jìn)行了介紹。該箱式整流變電站已在青島公交集團(tuán)投入使用，運(yùn)行良好。

關(guān)鍵詞：箱式整流變電站；變壓整流系統(tǒng)；

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.04.040

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，為了緩解城市交通的壓力，節(jié)能減排，減少大氣污染，城市交通調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展電力牽引公共交通設(shè)施，其中，無軌電車作為城市軌道交通的有力補(bǔ)充，其清潔、環(huán)保、低噪音的特點(diǎn)符合城市發(fā)展的需要。無軌電車通常采用直流電接觸網(wǎng)進(jìn)行供電，本文主要對無軌電車箱式整流變電站的設(shè)計(jì)與應(yīng)用進(jìn)行闡述。

1 箱式整流變電站的特點(diǎn)

1.1 體積小、投資少

箱式整流變電站較傳統(tǒng)的變電所相比，布局緊湊，占地面積小，占地面積通常僅為同規(guī)模常規(guī)變電站的1/4-1/5，更適宜在城市環(huán)境布施，易于與城市其他建設(shè)相融合[1]。并且，其投資少，約為同規(guī)模變電站建設(shè)投入的1/2。

1.2 安全可靠、自動化程度高

由于是箱式結(jié)構(gòu)，所以該整流變電站無裸露帶電部分。整流變電站采用智能化設(shè)計(jì)，其自動化系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，具備完善的繼電保護(hù)，其運(yùn)行狀況可實(shí)時(shí)監(jiān)控。

1.3 現(xiàn)場施工簡便，便于維護(hù)

箱式整流變電站可以在工廠生產(chǎn)制造階段進(jìn)行集成并調(diào)試完畢，最大限度的減少了現(xiàn)場的安裝工程量。在現(xiàn)場僅需進(jìn)行簡單的線路連接與安裝即可投入運(yùn)行，大大縮短了現(xiàn)場施工周期。并且，由于是箱式結(jié)構(gòu)，方便搬運(yùn)拆遷。

由于是箱式結(jié)構(gòu)，其集成度高，對外接口少，因此大大減少了維護(hù)工作量。

2 箱式整流變電站的電氣設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

整流變電站主要由高壓系統(tǒng)，變壓系統(tǒng)、整流系統(tǒng)和自動化監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成，如圖1所示。

其中，高壓系統(tǒng)主要由高壓進(jìn)線柜、計(jì)量柜、PT柜和高壓出線柜組成，其主要功能是10kV高壓配電的投切及計(jì)量。

變壓整流系統(tǒng)由變壓設(shè)備和整流設(shè)備構(gòu)成。變壓設(shè)備主要由電力變壓器和控制變壓器構(gòu)成。其中，電力變壓器提供高壓側(cè)向低壓側(cè)的電壓降壓變換，而控制變壓器則主要為直流屏提供電源供給。整流設(shè)備將三相交流電源變換為無軌電車供電接觸網(wǎng)所需的直流電源。

低壓系統(tǒng)包括直流開關(guān)柜和直流微機(jī)綜合保護(hù)裝置等。其主要功能是低壓直流電源配電的投切，實(shí)現(xiàn)整流變電站直流側(cè)的綜合保護(hù)。

自動化監(jiān)控系統(tǒng)對以上三個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動化采集并監(jiān)控其運(yùn)行狀態(tài)。

2.2 變壓整流系統(tǒng)設(shè)計(jì)

變壓整流系統(tǒng)主要由電力變壓器和整流電路構(gòu)成，其理圖如圖2所示。

其中，電力變壓器為降壓變壓器，其額定功率為1000kVA， 聯(lián)結(jié)組別為Dd0，yn11。其高壓側(cè)為10kV，低壓側(cè)為485V。

整流電路由2個(gè)三相6脈沖全波整流橋構(gòu)成，該全波整流橋采用的是二極管整流橋，其中1個(gè)整流橋接至1000kVA變壓器低壓側(cè)Y型繞組，另1個(gè)整流橋接至1000kVA變壓器低壓側(cè)△型繞組。兩個(gè)整流橋并聯(lián)連接，構(gòu)成十二脈沖全波整流電路，從而進(jìn)一步降低直流電壓的紋波，提高其平穩(wěn)度。在每個(gè)整流電路的輸入側(cè)設(shè)置由電阻、電容構(gòu)成的RC吸收裝置。該RC吸收裝置可以有效的吸收操作過電壓，抑制變壓器低壓側(cè)的泵生電壓，保護(hù)二極管整流器，防止其因過壓而燒損。

2.3 自動化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

自動化監(jiān)控系統(tǒng)采用西門子PLC S7-300作為控制器，觸摸屏作為人機(jī)接口，可實(shí)現(xiàn)本地控制與狀態(tài)顯示。另外，該自動化監(jiān)控系統(tǒng)采用PROFIBUS DP總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分布式數(shù)據(jù)采集與集中控制相結(jié)合，可在中央控制室對其進(jìn)行遠(yuǎn)程操作與監(jiān)控。

自動化監(jiān)控系統(tǒng)對高壓系統(tǒng)、變壓系統(tǒng)、整流系統(tǒng)的電壓、電流等信號進(jìn)行采集，監(jiān)控整流變電站的運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)整流變電站的運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)自動化運(yùn)行。另外，通過本地觸摸屏和中央控制室遠(yuǎn)程操作，可實(shí)現(xiàn)對整流變電站的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如高壓真空隔離開關(guān)、接觸器等進(jìn)行控制。

2.4 直流微機(jī)綜合保護(hù)裝置

直流微機(jī)綜合保護(hù)裝置是對變流后的直流側(cè)電壓、電流、開關(guān)器件及設(shè)備等的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，對產(chǎn)生的故障自動報(bào)警并記錄，并采取保護(hù)動作，而且將故障信息上報(bào)到自動化監(jiān)控系統(tǒng)，由自動化監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)一步對整流變電站的運(yùn)行情況進(jìn)行控制。

直流微機(jī)綜合保護(hù)裝置的保護(hù)功能主要有以下幾方面：

（1）過流速斷保護(hù)；

（2）過流延時(shí)保護(hù)；

（3）熱過載保護(hù)；

（4）線路測試功能；

（5）絕緣監(jiān)測功能；

（6）自動重合閘功能；

3 箱式整流變電站的應(yīng)用

通常，無軌電車行駛沿線每1、2座車站就需設(shè)置1座箱式整流變電站[2]。根據(jù)無軌電車行駛路線長度及周邊建設(shè)情況、運(yùn)營的經(jīng)濟(jì)效益等因素綜合考慮，進(jìn)而規(guī)劃箱式整流變電站的設(shè)置位置及數(shù)量。

本文所討論的箱式整流變電站施工周期短，日常維護(hù)簡便。該箱式整流變電站已在青島公交集團(tuán)投入使用，系統(tǒng)運(yùn)行良好。

4 結(jié)論

箱式整流變電站以其工廠化生產(chǎn)、建設(shè)周期短，可靠性高等諸多優(yōu)勢越來越被工程人員所認(rèn)知[3]。箱式整流變電站不僅可用在無軌電車的基礎(chǔ)建設(shè)中，另外還可以為城市軌道交通，諸如輕軌、快軌、地鐵等，提供電能變換供給。箱式整流變電站在城市交通的基礎(chǔ)建設(shè)中的應(yīng)用越來越多，發(fā)揮了重要的作用，其應(yīng)用前景廣闊。

參考文獻(xiàn)：

[1]李漢卿.淺議箱式變電站在城市軌道交通工程的應(yīng)用[J].都市快軌交通，2002（04）：34-41.

[2]秦峰，朱祥連，楊懷國.國產(chǎn)化箱式變電站的發(fā)展和應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代城市軌道交通，2014（05）：6-10.

[3]何治新.箱式牽引變電站在廣州市軌道交通中的應(yīng)用[J].電氣化鐵道，2004（04）：33-35.

作者簡介：榮儉（1986-），男，遼寧錦州人，本科，助理工程師，主要從事軌道交通車輛及相關(guān)設(shè)備的設(shè)計(jì)。