城市軌道交通變電所交直流屏系統(tǒng)研究

唐心柳 翁創(chuàng)業(yè)

摘 要：交直流電源系統(tǒng)是發(fā)電廠和各級變電站中的重要設備，它給一次、二次的各種開關(guān)、繼電保護以及照明設備提供不間斷的電源，以保證電力系統(tǒng)的安全、可靠運行。本文以武漢地鐵某線路交直流屏系統(tǒng)為研究對象，分析了交直流屏的作用、運行方式、主要元器件功能等。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通;變電所;交直流屏系統(tǒng)

1 概述

交流屏是變電所所有控制電源的來源。交流屏負責給直流屏、加熱裝置、排流裝置、控制信號盤、以及設備維護接口提供電源。直流屏是直流電源操作系統(tǒng)的簡稱。通用名為智能免維護直流電源屏，簡稱直流屏，通用型號為GZDW，發(fā)電廠和變電站中的電力操作電源現(xiàn)今采用的都是直流電源。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（1）交流配電。將交流電源引入分配給各個充電模塊，擴展功能為實現(xiàn)兩路交流輸入的自動切換，以提高直流系統(tǒng)供電的可靠性。為防止過電壓損壞充電模塊，交流配電設有防雷裝置。

（2）充電模塊。提供電池所需電壓輸出的AC/DC智能高頻開關(guān)變換器，其輸出連接在電池母線上。其基本功能是完成AC/DC變換，以輸出穩(wěn)定的直流電源實現(xiàn)系統(tǒng)最為基本的功能。

（3）直流饋電。將直流電源經(jīng)斷路器、刀熔開關(guān)分配到各直流用電設備。包括合閘（動力）回路、控制回路和閃光回路以及絕緣監(jiān)測裝置等，擴展功能為饋線故障跳閘報警。

（4）降壓硅鏈單元。因為直流電源在對蓄電池組進行均衡充電時，充電模塊的輸出電壓會高于控制回路的額定電壓值，所以在合閘母線與控制母線之間設置降壓硅鏈調(diào)壓裝置，以保證控制母線的電壓在正常范圍內(nèi)。

（5）監(jiān)控模塊。負責實現(xiàn)直流電源系統(tǒng)的監(jiān)測、控制和管理的功能模塊。監(jiān)控模塊是電源系統(tǒng)的控制、管理核心，具有四遙功能，可使電源系統(tǒng)達到無人值守。采用以微處理器為核心的集散模式對充電模塊、饋電回路、電池組、直流母線對地絕緣情況實施全方位監(jiān)視、測量、控制，完全不需人工干預。

（6）蓄電池組。蓄電池組是直流系統(tǒng)的重要組成部份，主要作用是在交流輸入電源正常時儲存電能，并在交流停電時釋放電能，保證直流系統(tǒng)不間斷地向負載供電。

（7）絕緣監(jiān)測儀。主要功能是在線監(jiān)測母線和饋線支路的絕緣下降情況。在線檢測出有絕緣下降的支路和絕緣電阻，并發(fā)出告警信號。

3 系統(tǒng)工作原理

直流電源系統(tǒng)主要由交流配電、充電模塊、監(jiān)控模塊、母線調(diào)壓（降壓硅鏈）、直流饋電（包括合閘回路、控制回路）、絕緣監(jiān)測、蓄電池組等幾大部分組成。不同的接線方式有不同的特點，但基本原理是一致的，基本組成形式如圖所示。

系統(tǒng)交流輸入正常時，兩路交流輸入經(jīng)過交流自動切換控制選擇其中一路輸入，并通過交流配電給各個充電模塊供電。充電模塊將輸入三相交流電轉(zhuǎn)換為高質(zhì)量的110 V直流電，經(jīng)隔離二極管隔離后輸出，一方面給電池充電，另一方面給合閘負載供電。此外，合閘母線還通過降壓硅鏈裝置為控制母線提供電源。

系統(tǒng)中的監(jiān)控部分對系統(tǒng)進行管理和控制，信號通過采集處理后，再由監(jiān)控模塊統(tǒng)一管理，在顯示屏上提供人機操作界面，并可以接入到遠程監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)還配置有絕緣監(jiān)測儀或絕緣監(jiān)測繼電器，用于監(jiān)測母線絕緣情況。

交流輸入停電或異常時，充電模塊停止工作，由電池向負載供電。監(jiān)控模塊監(jiān)測電池電壓、電流和放電時間，當電池放電到一定程度時，監(jiān)控模塊發(fā)出告警。交流輸入恢復正常以后，監(jiān)控模塊根據(jù)電池放電情況自動選擇充電方式，控制充電模塊對電池進行充電，使電池恢復到滿容量狀態(tài)。

4 主要元器件功能

4.1 交流狀態(tài)監(jiān)測單元

交流狀態(tài)監(jiān)測單元用于監(jiān)測交流進線狀態(tài)，正常運行時，三相交流電處于相對平衡的狀態(tài)，三相交流電中性點與零線之間無電勢差，內(nèi)部繼電器J1不動作，交流故障檢測單元內(nèi)的告警繼電器J3的線圈通過J1的常閉接點接于零線于火線間，同時LED發(fā)光管點亮，指示交流電源正常。

4.2 高頻開關(guān)電源模塊

充電整流模塊輸入AC380V，輸出DC240V具有穩(wěn)定的直流輸出，均/浮充電壓、電流設置功能。裝置原邊檢測控制電路監(jiān)視交流輸入電網(wǎng)的電壓，實現(xiàn)輸入過壓、欠壓、缺相保護功能及軟啟動的控制;輔助電源為整個模塊的控制電路及監(jiān)控電路提供工作電源;EMI輸入濾波電路實現(xiàn)對輸入電源作凈化處理，濾除高頻干擾及吸收瞬態(tài)沖擊;輸出測量、故障保護及微機管理部分負責監(jiān)測輸出電壓、電流及系統(tǒng)的工作狀況，并將電源的輸出電壓、電流顯示到前面板，實現(xiàn)故障判斷及保護，協(xié)調(diào)管理模塊的各項操作，并跟系統(tǒng)通信，實現(xiàn)電源模塊的高度智能化。

4.3 硅鏈降壓裝置

直流系統(tǒng)中硅鏈降壓裝置是一種可以對控制母線電壓進行自動調(diào)節(jié)的調(diào)壓裝置。同時也可以應用在通訊電源上，對輸出電壓進行自動調(diào)節(jié)。

5 總結(jié)

本文以武漢地鐵某線路交直流屏為研究對象，探討分析了交直流屏系統(tǒng)的功能、組成結(jié)構(gòu)、原理、重點零部件。交直流屏系統(tǒng)是城市軌道交通運營中最關(guān)鍵的系統(tǒng)之一，對正線運營影響較大，通過對其結(jié)構(gòu)、功能的分析能夠優(yōu)化檢修修程，保障運營安全。

參考文獻：

[1]陳旭.城市軌道交通變電所交直流屏硅鏈回路的改進[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2010（13）：27-28.

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