CN209096531U - 一种城市轨道交通牵引供电系统 - Google Patents

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杨孝忠
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徐斌杰
郑浩天
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Abstract

本实用新型提供一种城市轨道交通牵引供电系统及变电所,牵引供电系统用于市郊城市轨道,牵引供电系统包括:第一整流机组、第二整流机组,第一整流机组和第二整流机组独立安装在绝缘等级为3kV的机组外壳内,通过隔离开关串联运行时输出3000V电源;并联运行时输出1500V电源;具体地,第一整流机组与母线之间设置有第一断路器,第二整流机组与母线之间设置有第二断路器;第一整流机组与负母线之间设置有第一电动隔离开关,第二整流机组与负母线之间设置有第二电动隔离开关;第一整流机组与第二整流机组之间设置有第三电动隔离开关。上述系统具有成本低,且供电能力强、供电距离长、电气绝缘对土建影响较小的优点。

Description

一种城市轨道交通牵引供电系统
技术领域
本实用新型涉及一种城市轨道交通线路技术,特别涉及一种城市轨道交通牵引供电系统。
背景技术
对于市区内的城市轨道交通系统,因为站间距离短,直流牵引地铁车辆的牵引电机可频繁进行加、减速性能,且最高速度目标值一般在80km/h以下,各站间距一般在1.4km左右,采用DC750V和DC1500V从运营经济型、可靠性、维护性等均有优势。
而对于市郊城市轨道交通线路,站间距较长,一般4~7公里,运营速度要求较高,一般在120km/h~160km/h。在这种情况下,DC750V供电系统在弓网受流、牵引整流设备配套等方面已不满足要求。
也就是说,市郊(市县)快速城市轨道交通线路,若牵引供电系统仍采用现有市区内轨道交通DC750V和DC1500V供电,存在供电半径过小、需区间设置牵引所运营检修不方便、机车功率进一步提高造成导线载流能力不足的瓶颈、供电损耗过大运营不经济等问题;若采用AC27.5kV电气化铁路供电系统,存在电压等级过高绝缘净距过大对土建投资影响大、牵引变电所外部电源投资高等问题。
为此,如何提供一种成本低,且供电能力强、供电距离长、电气绝缘对土建影响较小的城市轨道交通牵引供电系统成为当前需要解决的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种比既有DC750V和DC1500V系统相比具有供电能力强、供电距离长、电气绝缘对土建影响较小的城市轨道交通牵引供电系统。
本实用新型的技术方案如下:
一方面,本实用新型提供一种城市轨道交通牵引供电系统,所述牵引供电系统用于市郊城市轨道,所述牵引供电系统包括:
第一整流机组、第二整流机组,所述第一整流机组和所述第二整流机组独立安装在绝缘等级为3kV的机组外壳内;
所述第一整流机组与母线之间设置有第一断路器,所述第二整流机组与母线之间设置有第二断路器;
所述第一整流机组与负母线之间设置有第一电动隔离开关,所述第二整流机组与负母线之间设置有第二电动隔离开关;
所述第一整流机组与所述第二整流机组之间设置有第三电动隔离开关;
其中,第一整流机组和第二整流机组串联运行时,所述牵引供电系统输出3000V电源,第一整流机组和第二整流机组并联运行时所述牵引供电系统输出1500V电源。
可选地,所述第一整流机组和第二整流机组均为1500V的整流机组。
可选地,所述第一断路器、第二断路器、第一电动隔离开关、第二电动隔离开关和第三电动隔离开关的耐压等级均为3kV的耐压等级。
可选地,在第一断路器、第二断路器、第一电动隔离开关和第二电动隔离开关均闭合、第三电动隔离开关断开时,第一整流机组和第二整流机组并联连接,所述牵引供电系统的直流母线输出DC1500V的牵引电压;
在第一断路器、第二电动隔离开关、第三电动隔离开关闭合、第一电动隔离开关和第二断路器断开时,第一整流机组和第二整流机组串联连接,所述牵引供电系统的直流母线输出DC3000V的牵引电压。
可选地,所述牵引供电系统还包括:
开关联锁控制装置,所述开关联锁控制装置与所述第一断路器、第二断路器、第一电动隔离开关、第二电动隔离开关和第三电动隔离开关连接,用于控制所述第一断路器、第二断路器、第一电动隔离开关、第二电动隔离开关和第三电动隔离开关的断开和闭合。
可选地,开关联锁控制装置的控制规则包括:
①第三电动隔离开关和第一电动隔离开关不同时闭合;
②第三电动隔离开关和第二断路器不同时闭合。
可选地,第一断路器和第二断路器均采用真空断路器。
另一方面,本实用新型提供一种变电所,包括上述任一所述的牵引供电系统。
可选地,所述变电所还设置有DC3000V电阻消耗型再生制动装置。
本实用新型具有的有益效果:
本实用新型的牵引供电系统的优点具有以下两部分:①采用3000V的牵引供电系统解决的问题是1500V供电能力不强、供电距离短的问题,效果是降低牵引所数量,减少牵引供电系统投资。②采用2个1500V整流器串联实现3000V,效果是主要元器件按照1500V选型,仅在绝缘方面增加了成本,所以综合考虑下下来成本低,相较于直接采用3000V的元器件搭建成3000V整流机组而言。
附图说明
图1为本实用新型提供的一种城市轨道交通牵引供电系统的拓扑结构示意图;
图2为图1的牵引供电系统所应用的变电所的结构示意图。
具体实施方式
为了更好的解释本实用新型,以便于理解,下面结合附图,通过具体实施方式,对本实用新型作详细描述。
一般来说机车速度在80~120km/h多采用DC1500供电方式,在120~160km多采用DC3000V供电方式。虽然供电制式为AC25kV的牵引供电系统也可用于100km/h~160km/h市域轨道交通工程,但是AC25kV投资高于DC3000V。一般来说,供电制式为AC25kV的牵引供电系统常用于大铁。为此,本实用新型的牵引供电系统能够解决现有技术中的成本低,且供电能力强、供电距离长、电气绝缘问题。
本实用新型的牵引供电系统的直流母线的可输出DC1500V的牵引电压或者输出DC3000V的牵引电压。即本实施例的牵引供电系统有两种供电制式。
本实用新型的牵引供电系统的拓扑结构如图1所示,本实施例的牵引供电系统的拓扑结构可适用远郊轨道交通。
对于市郊城市轨道交通线路来说,站间距较长,相应的设置的车站较少。因此,对于站间距离长的线路,应尽量提高目标速度,以达到提高旅行速度的目的。一般来说随着最高运行速度的提升,车辆的平均加速度呈逐步递减趋势,加减速距离急距增加。列车的能耗主要发生在加速阶段,一般来说最高速度运行的距离需占站间距离较大比重,宜占一半及以上,否则加速到最高速度就马上制动,列车不能充分发挥牵引性能,也不经济。
对于市郊城市轨道交通线路,站间距较长,牵引变电所供电半径较长(牵引变电所一般设置在车站内,车站内不一定设置牵引变电所),所需要的运行网压等级越高,在大双边供电情形下,甚至仅在特长区间的供电能力都不能满足列车运行所需要的网压。反过来说,牵引网压等级越高,能够设置的站间距也就越长。能够减少牵引变电所的数量,从而节约投资。
结合图1说明本实用新型的城市轨道交通牵引供电系统,牵引供电系统用于市郊城市轨道,所述牵引供电系统包括:
第一整流机组、第二整流机组,所述第一整流机组和第二整流机组独立安装在绝缘等级为3kV的机组外壳内,通过隔离开关串联运行时输出3000V电源;并联运行时输出1500V电源;
具体地,所述第一整流机组R1与母线A1之间设置有第一断路器D1,所述第二整流机组R2与母线A1之间设置有第二断路器D2;
所述第一整流机组R1与负母线A2之间设置有第一电动隔离开关DG1,所述第二整流机组R2与负母线A2之间设置有第二电动隔离开关DG2;
所述第一整流机组R1与所述第二整流机组R2之间设置有第三电动隔离开关DG3。
即,上述的第一断路器D1、第二断路器D2、第一电动隔离开关DG1、第二电动隔离开关DG2和第三电动隔离开关DG3组成了用于实现第一整流机组和第二整流机组串联或并联的隔离开关。
也就是说,其中,第一整流机组和第二整流机组串联运行时,所述牵引供电系统输出3000V电源,第一整流机组和第二整流机组并联运行时所述牵引供电系统输出1500V电源。
本实施例中的第一整流机组和第二整流机组均为1500V的整流机组。在具体实现过程中,每一个整流机组均包括:整流变压器和整流器(如图2所示的牵引供电系统3)。
在本实用新型实施例中,第一断路器D1、第二断路器D2、第一电动隔离开关DG1、第二电动隔离开关DG2和第三电动隔离开关DG3的耐压等级均为3kV的耐压等级。
在实际应用中,本实施例的牵引供电系统还包括:开关联锁控制装置(图中未示出),本实施例的开关联锁控制装置可与所述第一断路器D1、第二断路器D2、第一电动隔离开关DG1、第二电动隔离开关DG2和第三电动隔离开关DG3连接,用于控制所述第一断路器D1、第二断路器D2、第一电动隔离开关DG1、第二电动隔离开关DG2和第三电动隔离开关DG3的断开和闭合。
需要说明的是,本实施例中开关联锁控制装置的控制规则包括:
①第三电动隔离开关和第一电动隔离开关不同时闭合;
②第三电动隔离开关和第二断路器不同时闭合。
具体地,上述的开关联锁控制装置控制第一断路器D1、第二断路器D2、第一电动隔离开关DG1和第二电动隔离开关DG2均闭合、第三电动隔离开关DG3断开时,所述牵引供电系统的直流母线输出DC1500V的牵引电压;
上述的开关联锁控制装置控制第一断路器D1、第二电动隔离开关D2、第三电动隔离开关DG3闭合、第一电动隔离开关DG1和第二断路器DG2断开时,所述牵引供电系统的直流母线输出DC3000V的牵引电压。
在实际应用中,牵引供电系统的DC3000V接触网按照工作电流最大电流4000A30s,车辆最大容量12000kVA进行设计,其比既有DC750V和DC1500V系统相比具有供电能力强、供电距离长、电气绝缘对土建影响较小。
根据本实用新型的另一方面,本实用新型还提供一种变电所,该变电所包括上述任意实施例的城市轨道交通牵引供电系统3。如图2所示,本实施例的变电所还包括:10kV中压系统1、动力变压器(即配电变压器)2、DC3000V的直流柜4和交直流屏5。其中,10kV中压系统1包括:10kV进出线柜两个、配电变馈线柜、第一牵引变馈线柜、第二牵引变馈线柜。
DC3000V的直流柜4可包括:端子柜、进线柜、馈线柜、再生制动电阻柜、负极柜等,图2中仅为举例说明,不对其限定。
此外,交直流屏5可包括:交流屏、直流屏、蓄电池屏、综控屏、电能质量屏等等。
在实际应用中,本实施例中牵引供电系统的应用在变电所(如图2所示)高压侧,其采用电缆进出线断路器配置型式,且进出线上设置有电流选跳保护(或差动保护)、过电流保护和零序等保护,以及设置有自投和失压跳闸功能。此外,在进出线上设置有电压互感器,其用于测量、检压和自投使用。
本实施例中的直流母线按照单母线不分段方式设置。在本实施例中牵引供电系统的应用变电所还连接有DC3000V电阻消耗型再生制动装置。
在具体应用中,变电所所内设有与外部公路衔接的运输道路,道路宽度不小于3.5米,便于设备运输以及和消防抢修车辆进出。变电所四周设置防护栅栏或实体围墙(高度不低于2.5m)。
图2所示的变电所可设置有远程监控方式,通过控制方式转换开关设置远程监控或本地监控的切换。
前述的各断路器(如D1和D2)和电动隔离开关(DG1、DG2、DG3)在图2所示的开关柜上和变电所内远动屏上均设有位置信号。
为成本考虑,本实用新型的变电所内设置一台自用变变压器为变电所自用电供电,在自用变故障时可利用预先设置的直流盘蓄电池为变电所内重要负荷供电。
此外,上述的变电所(即DC3000V直线牵引变电所)设置一套综合自动化系统。
变电所综合自动化系统采用分层、分布式的安装方式,各间隔层设备分散布置在各柜体二次室中,但接触网电动隔离开关等硬接点控制设备可在端子柜或控制信号盘上集中安装设置。
变电所采用保护测控一体化设备,并通过所内通信网络与控制室中的控制信号盘通信实现所内集中监控、数据集中处理及远程通信功能。
防雷及接地装置
1)变电所房屋屋顶设避雷带,防止直击雷。
2)10kV进出线设置避雷器防止感应过电压侵入。
3)设以水平接地体为主的网格式接地装置。
4)变电所电气设备的金属外壳、架构铁件、瓷瓶底座及避雷器引下线均应与接地装置可靠连接,但不得与电缆沟的接地干线连接。
在实际应用中,变电所图1的10kV采用空气绝缘开关柜,断路器采用真空断路器,直流开关柜采用空气绝缘直流开关柜,变电所避雷器均采用氧化锌避雷器,变电所牵引变电所继电保护采用微机型综合自动化系统,变电所所有外露铁件均应采取热镀锌防锈处理。
上述各个实施例可以相互参照,本实施例不对各个实施例进行限定。
最后应说明的是:以上所述的各实施例仅用于说明本实用新型的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换;而这些修改或替换,并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种城市轨道交通牵引供电系统,其特征在于,所述牵引供电系统用于市郊城市轨道,所述牵引供电系统包括:
第一整流机组、第二整流机组,所述第一整流机组和所述第二整流机组独立安装在绝缘等级为3kV的机组外壳内;
所述第一整流机组与母线之间设置有第一断路器,所述第二整流机组与母线之间设置有第二断路器;
所述第一整流机组与负母线之间设置有第一电动隔离开关,所述第二整流机组与负母线之间设置有第二电动隔离开关;
所述第一整流机组与所述第二整流机组之间设置有第三电动隔离开关;
其中,第一整流机组和第二整流机组串联运行时,所述牵引供电系统输出3000V电源,第一整流机组和第二整流机组并联运行时所述牵引供电系统输出1500V电源。
2.根据权利要求1所述的牵引供电系统,其特征在于,
所述第一整流机组和第二整流机组均为1500V的整流机组。
3.根据权利要求1所述的牵引供电系统,其特征在于,
所述第一断路器、第二断路器、第一电动隔离开关、第二电动隔离开关和第三电动隔离开关的耐压等级均为3kV的耐压等级。
4.根据权利要求1所述的牵引供电系统,其特征在于,
在第一断路器、第二断路器、第一电动隔离开关和第二电动隔离开关均闭合、第三电动隔离开关断开时,第一整流机组和第二整流机组并联连接,所述牵引供电系统的直流母线输出DC1500V的牵引电压;
在第一断路器、第二电动隔离开关、第三电动隔离开关闭合、第一电动隔离开关和第二断路器断开时,第一整流机组和第二整流机组串联连接,所述牵引供电系统的直流母线输出DC3000V的牵引电压。
5.根据权利要求1所述的牵引供电系统,其特征在于,所述牵引供电系统还包括:
开关联锁控制装置,所述开关联锁控制装置与所述第一断路器、第二断路器、第一电动隔离开关、第二电动隔离开关和第三电动隔离开关连接,用于控制所述第一断路器、第二断路器、第一电动隔离开关、第二电动隔离开关和第三电动隔离开关的断开和闭合。
6.根据权利要求1所述的牵引供电系统,其特征在于,第一断路器和第二断路器均采用真空断路器。
7.一种变电所,其特征在于,包括上述权利要求1至6任一所述的牵引供电系统。
8.根据权利要求7所述的变电所,其特征在于,所述变电所还设置有DC3000V电阻消耗型再生制动装置。
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