無軌電車用箱式整流變電站電氣設計

摘 要：本文闡述了無軌電車箱式整流變電站的電氣設計，分析了箱式整流變電站的特點，并重點對變壓整流系統與自動化監控系統的設計、直流微機綜合保護裝置進行了介紹。該箱式整流變電站已在青島公交集團投入使用，運行良好。

關鍵詞：箱式整流變電站；變壓整流系統；

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

隨著城市建設的發展，為了緩解城市交通的壓力，節能減排，減少大氣污染，城市交通調整產業結構，大力發展電力牽引公共交通設施，其中，無軌電車作為城市軌道交通的有力補充，其清潔、環保、低噪音的特點符合城市發展的需要。無軌電車通常采用直流電接觸網進行供電，本文主要對無軌電車箱式整流變電站的設計與應用進行闡述。

1 箱式整流變電站的特點

1.1 體積小、投資少

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

1.2 安全可靠、自動化程度高

由于是箱式結構，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計，其自動化系統進行監控，具備完善的繼電保護，其運行狀況可實時監控。

1.3 現場施工簡便，便于維護

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

由于是箱式結構，其集成度高，對外接口少，因此大大減少了維護工作量。

2 箱式整流變電站的電氣設計

2.1 系統構成

整流變電站主要由高壓系統，變壓系統、整流系統和自動化監控系統構成，如圖1所示。

其中，高壓系統主要由高壓進線柜、計量柜、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量。

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

低壓系統包括直流開關柜和直流微機綜合保護裝置等。其主要功能是低壓直流電源配電的投切，實現整流變電站直流側的綜合保護。

自動化監控系統對以上三個系統的數據進行自動化采集并監控其運行狀態。

2.2 變壓整流系統設計

變壓整流系統主要由電力變壓器和整流電路構成，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， 聯結組別為Dd0，yn11。其高壓側為10kV，低壓側為485V。

整流電路由2個三相6脈沖全波整流橋構成，該全波整流橋采用的是二極管整流橋，其中1個整流橋接至1000kVA變壓器低壓側Y型繞組，另1個整流橋接至1000kVA變壓器低壓側△型繞組。兩個整流橋并聯連接，構成十二脈沖全波整流電路，從而進一步降低直流電壓的紋波，提高其平穩度。在每個整流電路的輸入側設置由電阻、電容構成的RC吸收裝置。該RC吸收裝置可以有效的吸收操作過電壓，抑制變壓器低壓側的泵生電壓，保護二極管整流器，防止其因過壓而燒損。

2.3 自動化監控系統設計

自動化監控系統采用西門子PLC S7-300作為控制器，觸摸屏作為人機接口，可實現本地控制與狀態顯示。另外，該自動化監控系統采用PROFIBUS DP總線網絡結構，分布式數據采集與集中控制相結合，可在中央控制室對其進行遠程操作與監控。

自動化監控系統對高壓系統、變壓系統、整流系統的電壓、電流等信號進行采集，監控整流變電站的運行狀態，根據整流變電站的運行情況，實現自動化運行。另外，通過本地觸摸屏和中央控制室遠程操作，可實現對整流變電站的執行機構，如高壓真空隔離開關、接觸器等進行控制。

2.4 直流微機綜合保護裝置

直流微機綜合保護裝置是對變流后的直流側電壓、電流、開關器件及設備等的狀態進行監測，對產生的故障自動報警并記錄，并采取保護動作，而且將故障信息上報到自動化監控系統，由自動化監控系統進一步對整流變電站的運行情況進行控制。

直流微機綜合保護裝置的保護功能主要有以下幾方面：

（1）過流速斷保護；

（2）過流延時保護；

（3）熱過載保護；

（4）線路測試功能；

（5）絕緣監測功能；

（6）自動重合閘功能；

3 箱式整流變電站的應用

通常，無軌電車行駛沿線每1、2座車站就需設置1座箱式整流變電站[2]。根據無軌電車行駛路線長度及周邊建設情況、運營的經濟效益等因素綜合考慮，進而規劃箱式整流變電站的設置位置及數量。

本文所討論的箱式整流變電站施工周期短，日常維護簡便。該箱式整流變電站已在青島公交集團投入使用，系統運行良好。

4 結論

箱式整流變電站以其工廠化生產、建設周期短，可靠性高等諸多優勢越來越被工程人員所認知[3]。箱式整流變電站不僅可用在無軌電車的基礎建設中，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建設中的應用越來越多，發揮了重要的作用，其應用前景廣闊。

參考文獻：

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

[2]秦峰，朱祥連，楊懷國.國產化箱式變電站的發展和應用[J]. 現代城市軌道交通，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設備的設計。