无轨电车用箱式整流变电站电气设计

2017-03-28荣俭

山东工业技术 2017年4期

摘要：本文阐述了无轨电车箱式整流变电站的电气设计，分析了箱式整流变电站的特点，并重点对变压整流系统与自动化监控系统的设计、直流微机综合保护装置进行了介绍。该箱式整流变电站已在青岛公交集团投入使用，运行良好。

关键词：箱式整流变电站；变压整流系统；

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

随着城市建设的发展，为了缓解城市交通的压力，节能减排，减少大气污染，城市交通调整产业结构，大力发展电力牵引公共交通设施，其中，无轨电车作为城市轨道交通的有力补充，其清洁、环保、低噪音的特点符合城市发展的需要。无轨电车通常采用直流电接触网进行供电，本文主要对无轨电车箱式整流变电站的设计与应用进行阐述。

1 箱式整流变电站的特点

1.1 体积小、投资少

箱式整流变电站较传统的变电所相比，布局紧凑，占地面积小，占地面积通常仅为同规模常规变电站的1/4-1/5，更适宜在城市环境布施，易于与城市其他建设相融合[1]。并且，其投资少，约为同规模变电站建设投入的1/2。

1.2 安全可靠、自动化程度高

由于是箱式结构，所以该整流变电站无裸露带电部分。整流变电站采用智能化设计，其自动化系统进行监控，具备完善的继电保护，其运行状况可实时监控。

1.3 现场施工简便，便于维护

箱式整流变电站可以在工厂生产制造阶段进行集成并调试完毕，最大限度的减少了现场的安装工程量。在现场仅需进行简单的线路连接与安装即可投入运行，大大缩短了现场施工周期。并且，由于是箱式结构，方便搬运拆迁。

由于是箱式结构，其集成度高，对外接口少，因此大大减少了维护工作量。

2 箱式整流变电站的电气设计

2.1 系统构成

整流变电站主要由高压系统，变压系统、整流系统和自动化监控系统构成，如图1所示。

其中，高压系统主要由高压进线柜、计量柜、PT柜和高压出线柜组成，其主要功能是10kV高压配电的投切及计量。

变压整流系统由变压设备和整流设备构成。变压设备主要由电力变压器和控制变压器构成。其中，电力变压器提供高压侧向低压侧的电压降压变换，而控制变压器则主要为直流屏提供电源供给。整流设备将三相交流電源变换为无轨电车供电接触网所需的直流电源。

低压系统包括直流开关柜和直流微机综合保护装置等。其主要功能是低压直流电源配电的投切，实现整流变电站直流侧的综合保护。

自动化监控系统对以上三个系统的数据进行自动化采集并监控其运行状态。

2.2 变压整流系统设计

变压整流系统主要由电力变压器和整流电路构成，其理图如图2所示。

其中，电力变压器为降压变压器，其额定功率为1000kVA，联结组别为Dd0，yn11。其高压侧为10kV，低压侧为485V。

整流电路由2个三相6脉冲全波整流桥构成，该全波整流桥采用的是二极管整流桥，其中1个整流桥接至1000kVA变压器低压侧Y型绕组，另1个整流桥接至1000kVA变压器低压侧△型绕组。两个整流桥并联连接，构成十二脉冲全波整流电路，从而进一步降低直流电压的纹波，提高其平稳度。在每个整流电路的输入侧设置由电阻、电容构成的RC吸收装置。该RC吸收装置可以有效的吸收操作过电压，抑制变压器低压侧的泵生电压，保护二极管整流器，防止其因过压而烧损。

2.3 自动化监控系统设计

自动化监控系统采用西门子PLC S7-300作为控制器，触摸屏作为人机接口，可实现本地控制与状态显示。另外，该自动化监控系统采用PROFIBUS DP总线网络结构，分布式数据采集与集中控制相结合，可在中央控制室对其进行远程操作与监控。

自动化监控系统对高压系统、变压系统、整流系统的电压、电流等信号进行采集，监控整流变电站的运行状态，根据整流变电站的运行情况，实现自动化运行。另外，通过本地触摸屏和中央控制室远程操作，可实现对整流变电站的执行机构，如高压真空隔离开关、接触器等进行控制。

2.4 直流微机综合保护装置

直流微机综合保护装置是对变流后的直流侧电压、电流、开关器件及设备等的状态进行监测，对产生的故障自动报警并记录，并采取保护动作，而且将故障信息上报到自动化监控系统，由自动化监控系统进一步对整流变电站的运行情况进行控制。

直流微机综合保护装置的保护功能主要有以下几方面：

（1）过流速断保护；

（2）过流延时保护；

（3）热过载保护；

（4）线路测试功能；

（5）绝缘监测功能；

（6）自动重合闸功能；