城市軌道交通變電所交直流屏系統研究

唐心柳 翁創業

摘 要：交直流電源系統是發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、繼電保護以及照明設備提供不間斷的電源，以保證電力系統的安全、可靠運行。本文以武漢地鐵某線路交直流屏系統為研究對象，分析了交直流屏的作用、運行方式、主要元器件功能等。

關鍵詞：城市軌道交通;變電所;交直流屏系統

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，發電廠和變電站中的電力操作電源現今采用的都是直流電源。

2 系統結構

（1）交流配電。將交流電源引入分配給各個充電模塊，擴展功能為實現兩路交流輸入的自動切換，以提高直流系統供電的可靠性。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，以輸出穩定的直流電源實現系統最為基本的功能。

（3）直流饋電。將直流電源經斷路器、刀熔開關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壓裝置，以保證控制母線的電壓在正常范圍內。

（5）監控模塊。負責實現直流電源系統的監測、控制和管理的功能模塊。監控模塊是電源系統的控制、管理核心，具有四遙功能，可使電源系統達到無人值守。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，保證直流系統不間斷地向負載供電。

（7）絕緣監測儀。主要功能是在線監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，并發出告警信號。

3 系統工作原理

直流電源系統主要由交流配電、充電模塊、監控模塊、母線調壓（降壓硅鏈）、直流饋電（包括合閘回路、控制回路）、絕緣監測、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。

系統交流輸入正常時，兩路交流輸入經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換為高質量的110 V直流電，經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。

系統中的監控部分對系統進行管理和控制，信號通過采集處理后，再由監控模塊統一管理，在顯示屏上提供人機操作界面，并可以接入到遠程監控系統。系統還配置有絕緣監測儀或絕緣監測繼電器，用于監測母線絕緣情況。

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。監控模塊監測電池電壓、電流和放電時間，當電池放電到一定程度時，監控模塊發出告警。交流輸入恢復正常以后，監控模塊根據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。

4 主要元器件功能

4.1 交流狀態監測單元

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

4.2 高頻開關電源模塊

充電整流模塊輸入AC380V，輸出DC240V具有穩定的直流輸出，均/浮充電壓、電流設置功能。裝置原邊檢測控制電路監視交流輸入電網的電壓，實現輸入過壓、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控電路提供工作電源;EMI輸入濾波電路實現對輸入電源作凈化處理，濾除高頻干擾及吸收瞬態沖擊;輸出測量、故障保護及微機管理部分負責監測輸出電壓、電流及系統的工作狀況，并將電源的輸出電壓、電流顯示到前面板，實現故障判斷及保護，協調管理模塊的各項操作，并跟系統通信，實現電源模塊的高度智能化。

4.3 硅鏈降壓裝置

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

5 總結

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的功能、組成結構、原理、重點零部件。交直流屏系統是城市軌道交通運營中最關鍵的系統之一，對正線運營影響較大，通過對其結構、功能的分析能夠優化檢修修程，保障運營安全。

參考文獻：

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