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大 秦 线2亿吨扩能电气化配套工程交直流电源系统太原铁路职培中心大同分中心前言为了确保大秦线新设备新技术的推广和使用，保证不间断供电，实现大秦运输任务远期4亿吨的顺利完成，提高铁路供电专业的素质，更好地为运输生产服务，特编写本教材。本教材是根据大秦铁路两亿吨扩能电气化改造配套工程负荷隔离开关而编写的。教材对该装置的原理、适用范围、环境条件、主要技术参数、性能、设备结构及使用作了详细的介绍。适应于电气化铁道牵引供电专业人员的短期培训、继续教育以及相关专业的职工培训、岗前培训等。本书由太原铁路培训中心大同分中心专业部张耀斌编写，编写过程中得到了茶圬供电段、湖东供电段专业技术人员的大力支持，在此表示感谢！ 由于编者水平有限，时间也仓促，书中难免有不妥之处，望广大读者予以批评指正。 编者2005.10 目 录1适用范围12环境条件13采用标准14交流电源装置24.1主要技术参数及性能24.2盘体结构35直流电源装置45.1主要技术参数及性能45.2设备结构10 1 适用范围本讲义适用于大秦线2亿吨扩能电气化配套工程新建牵引变电所的交直流系统。2 环境条件2.1 环境温度*户外：-40 +40户内：-20 +40日温差152.2 相对湿度日平均值不大于95%；月平均值不大于90%（205）； 2.3 海拔高度：1000m2.4 最大风速：34m/s2.5 覆冰厚度：10mm2.6 地震烈度：8度2.7 雷暴水平：中雷区3 采用标准所有设备设计、制造、检查、试验、验收及特性除了应满足本技术规格书的要求外，还应遵照适用的最新版IEC标准和中国国家标准（GB）及电力行业（DL）标准，以及国际单位制（SI）。3.1 GB7251-1998低压成套开关设备和控制设备3.2 IEC60439-3低压开关设备和控制设备组合装置 3.3 GB1497-85低压电器基本标准3.4 JB/T8456-1996低压直流成套开关设备3.5 ZBK45017电力系统用直流屏通用技术条件3.6 DK/459-92充电、浮充电装置技术标准3.7 DL/T5044-95火力发电厂、变电所直流系统设计技术规定3.8 DL/T637-97阀控式密封铅酸蓄电池订货技术条件3.9 GB50171-92电气装置安装工程盘、柜及二次回路接线施工及验收规范3.10 GB5017292电气装置安装工程蓄电池施工及验收规范所有标准都应是最新版本，如标准间出现矛盾时，则按最新标准执行或按双方商定的标准执行。4 交流电源装置4.1 主要技术参数及性能4.1.1 系统参数：交流输入电压：三相380V20%额定频率：500.5Hz系统接地方式：TN-S4.1.2 性能要求：1） 采用单母线分段，两回进线，一回由逆斯柯特变压器供给，电源取自55kV母线；另一回通过Y/Y0三相变压器获得，电源取自10kV外供电源。交流盘设置智能自投装置，运行方式及自投装置的具体自投方案在设计联络时确定。2） 交流多路馈线输出AC380/220V。相关信号通过直流盘的监控单元以网络方式接入变电所综合自动化系统。3） 与直流盘共用一套监控单元，应能够对所有进线、馈线、母联开关及所有故障信息进行监视，对进线电流、母线电压进行监测，所有数据应能够通过监控单元的通信接口上传。用户保留对监控内容的修改扩充权利。具体上传的监控、监测、信号内容待设计联络时确定。4） 耐压水平：应能承受2kV、50Hz、一分钟的工频电压。5） 温升：符合IEC947-1有关温升的规定。（1） 连接外部绝缘导线的端子不大于70K；（2） 母线固定连接处(铜-铜)不大于50K；（3） 操作手柄，金属的不大于15K，绝缘材料的不大于25K；（4） 可接触的外壳和覆板，金属的表面不大于30K，绝缘的表面不大于40K。4.1.3 交流进线回路：由各所自用电变压器引入两回电源，作为交流自用电系统的进线电源。进线开关、母联开关采用高分断自动空气断路器，并配置位置和故障信号元件。4.1.4 交流馈出回路：配电采用母排方式，每路输出均配有高分断自动空气断路器，配置位置和故障信号元件。主要馈出回路如下：共24路单相或三相馈线负荷回路。(TN-S接线)详细回路名称及具体回路容量在设计联络时确定。4.1.5 信号：信号包括故障信号和工作状态指示信号两类。1） 工作状态指示：（1） 一号电源投入（2） 二号电源投入（3） 各受馈电开关位置信号2） 故障信号：包括各受、馈电断路器跳闸信号。信号采用接点发送方式，每一故障信号应有至少三对各自独立的接点分别用于本盘故障显示和接入监控单元。在盘上的故障信号显示，应能经复归后消除，复归方式可采取当地复归、远方复归（自动复归）两种方式。在监控单元中应保存故障历史记录。4.1.6 测量表计：1） 两进线分别设置电流表、电压表并根据需要设有功电度表；2） 照明回路应单独设置有功电度表；3） 母线上设置电压表，可由转换开关转换测量各相电压；4） 所有表计应为广角度、嵌入式安装。4.2 盘体结构4.2.1 交流盘应由钢板及骨架组成，采用钢性好，有一定耐热能力的钢材，表面应进行严格的处理并采取防腐蚀措施。钢板厚度不小于2mm。盘内辅助钢板厚度不应小于1.5mm。制成的面板及屏架应有足够的机械强度，以保证元件安装及操作时无摇晃，盘面板及盘架无变形。盘的防护等价不低于IP40。盘的开门方式、结构、盘体的喷漆及颜色由卖方推荐，在设计联络时确定。盘的尺寸：800mm(宽) X600mm(深) X2260 mm (高)4.2.2 盘内配线截面应满足各回路载流量的要求。可动部分应过渡柔软，并能承受挠曲而不致疲劳损伤，盘内编号应统一、清晰。4.2.3 盘上端子排的设计应考虑运行、检修、调试的方便，采用在铁路上有多年实际运行经验的抗震动免维护的高质量阻燃端子，可选用笼式弹簧夹持或回拉式侧面接线的端子。端子应有明显的标识，并具备同时进行桥接和测试的功能。一般端子、弱电端子之间应有所间隔。适当考虑与设备位置对应，端子排导电部分为铜质。端子的选用应满足回路载流量及所接电缆截面的需要。盘内应预留适当数量的端子及端子安装位置。端子排、空气开关等附件应优先选用国际知名品牌产品（例如：德国品牌）。4.2.4 盘上装设接地螺栓，盘的活动金属构件及金属门，与盘体之间应用铜线牢固连接。4.2.5 盘内元器件安装及走线要求整齐可靠、布置合理，电气间绝缘应符合国家有关标准。测量表计的安装应便于读数。盘体结构要求通风良好。4.2.6 元器件的要求：1） 柜内安装的元器件均应采用进口或合资工厂的高品质元件，不得选用淘汰的、落后的元器件。盘内端子排及空气开关等附件应采用进口知名品牌产品（如：德国产品）。2） 导线、导线颜色、指示灯、按钮、行线槽、涂漆，均应符合国家或行业现行有关标准的规定。其中导线应选用铜线，按室温40C时长期连续负荷工作制选用，导线截面积必须满足回路容量的要求，在投标文件中明确给出不同回路（信号回路、小电流控制回路、大电流控制回路、馈出线等回路）的导线选用截面及计算依据。交流母线选用铜母线，截面积必须满足系统容量要求。3） 面板配置测量表计其量程应在测量范围内，测量最大值应在满量程85%以上。指针仪表误差不大于1.5%，数字表应采用四位半表。4） 盘面布置盘面布置应整齐、简洁、美观、合理。安装高度应考虑运行操作的方便。各受馈电开关的位置信号应与开关对应，以便于维护人员操作、检查。具体布置在设计联络时确定。5 直流电源装置5.1 主要技术参数及性能直流电源装置作为所内设备操作电源和控制电源，以及所内事故照明电源等。5.1.1 主要技术参数1） 交流输入： 电压：三相380V 20% 频率：50Hz5% 系统接地方式：TN-S2） 直流额定输出：DC110V5%。3） 交流额定输出：AC220V5%。4） 其余额定输出：不大于额定值5%5） 电压纹波系数: 0.5%6） 稳压、稳流精度:0.5%7） 噪声50 dB（屏前1米处）8） 综合效率90%9） 绝缘电阻：在正常试验大气压下，绝缘电阻大于5MW（用500V兆欧表）。10） 耐压水平：应能承受2kV、50Hz，一分钟的工频电压11） 温升：符合IEC947-1有关温升的规定。（1） 连接外部绝缘导线的端子不大于70K（2） 母线固定连接处(铜-铜)不大于50K（3） 操作手柄，金属的不大于15K，绝缘材料的不大于25K（4） 可接触的外壳和覆板，金属的表面不大于30K，绝缘的表面不大于40K。5.1.2 各种电气设备回路电压: 1） 控制回路:DC110V2） 保护回路:DC110V3） 信号回路:DC110V4） 其他特殊要求的回路：DC110V/AC220 V， DC/DC电压待定5.1.3 馈线回路直流盘配电盘设馈电回路24回，详细的回路名称、回路容量待设计联络时确定。所内事故照明电源在交流照明回路失电后，自动投入。卖方在投标时应根据要求提供直流系统设计图。5.1.4 性能要求1） 基本要求直流系统由交流配电单元，智能高频开关充电模块，蓄电池组，DC/DC，直流母线自动(手动)调压装置，馈电单元，绝缘故障监测装置、智能监控单元等组成，所有设备分别安装在直流盘内。由所内交流屏两段母线引入两路三相交流380V进线电源，两路进线电源互为备用，并设置进线电源自动投切装置。正常供电时，充电单元对蓄电池组进行充电或浮充电，同时为全所的经常性直流负荷提供电源，由蓄电池向冲击负荷供电。同时通过DC/DC转换器向需特殊电压等级的直流弱电设备供电。交流失电后，由蓄电池向所内全部直流负荷包括经常性负荷、所内事故照明负荷、冲击负荷供电，并通过DC/DC转换器向弱电直流负荷供电。在交直流切换过程中，DC/AC应为在线工作方式，不仅要保证输出精度，而且应连续不停电供电。直流母线采用单母线分段型式。2） 具有交流进线缺相保护、防雷、过欠压保护功能。3） 蓄电池采用原装进口阀控式铅酸免维护蓄电池。环境温度满足要求条件下，使用寿命不少于10年，内阻1.5m。蓄电池容量应保证所内经常性负荷、事故负荷2小时放电容量以及事故放电末期最大冲击负荷容量的要求。放电末期不能低于90%额定电压，充电10小时后应能充到100%AH容量，否则考虑可靠系数。4） 具有在线测定电池电压、内阻、容量功能，实现在线电池自动活化放电功能。5） 充电电源选用智能型高频开关电源充电模块，采用(N+1)热冗余方式并联组合供电，一个模块故障不应影响系统正常运行。充电模块数按备用容量不小于全部容量的30%考虑。每个充电模块最小不低于10A。充电机的容量应满足系统运行要求。（1） 充电模块应具有以下功能 良好的可互换性 可带电插拔 限流充电和限流输出功能 根据温度变化对电池容量补偿 防止蓄电池过充的功能 短路、过流等完善保护和报警措施 交流输入端应有雷电防护措施 电源模块间输出电流最大不平衡度 5% 充电模块统一经通信口由内部监控单元监控，监控单元由所内综合自动化系统进行集中管理。 充电模块采用分散监控方式，每个模块内部具有监控功能（内置CPU），使得模块可以脱离监控单元独立运行。 充电模块可不依赖监控装置，独立完成对输出电压、电流的控制和调整，即可直接在模块上完成均浮充方式转换、均浮充电压电流的设置。（2） 充电模块应通过型式试验，包括如下项目： 温升试验 抗高频干扰性能试验 谐波电流测量试验（3） 充电模块应通过如下项目的检测： 环境温度变化对性能的影响检验 承受振动耐久能力检验 承受冲击耐久能力检验 承受碰撞能力检验 承受耐湿热性能检验 100KHz脉冲群干扰检验 承受快速瞬变干扰检验 承受静电放电干扰检验 承受辐射电磁场干扰6） 硬件自主均流，稳定性好，均流精度好。7） 电压绝缘监察装置应能对母线电压、母线对地绝缘电阻及各馈线支路绝缘状况进行实时测量判断，超出正常范围时发出报警信号，并正确指示发生故障的馈线支路，相关信号送全所综合自动化系统，并能够通过辅助工具实现在不停电状态下的快速故障定位。8） 直流母线调压装置能自动或手动调整直流母线电压。系统采用分级自动调压装置，并具有手动调节功能，充电时直流母线电压不能超过110%额定电压。9） 系统应配置智能监控单元，监控单元采用微机型产品（1） 硬件要求如下： 电源模块：应具有较强的过压、过负荷保护能力 主处理器模块：采用16位以上CPU 数字输出模块：用于交直流系统设备的控制，其输出接点数量及容量应满足现场设备(包括交流、直流系统)出口驱动能力的要求，并应考虑一定的预留。 数字输入模块：应采用光电隔离措施，采集交直流系统接点信号，输入数量应满足交直流系统数据采集的要求。 模拟量采集模块：用于对交直流系统电流、电压参数的采集，其中采用交流采样方式，对交流电流、电压进行测量。容量满足系统监测要求。 通信模块：用于与变电所综合自动化系统的数据传输。应采用标准接口，通信规约优先采用IEC-870-5-103。该模块上还应有与计算机直接连接的标准接口，用于单元调试。 液晶显示器：用于显示实时值、整定值、控制输出及信号，屏幕不小于10寸。（2） 监控单元功能 自诊断、掉电后来电自恢复等功能。 监测交流进线电压、电流及主备用电源工作状态。 监测充电机输出电压、电流及每个高频模块工作状态 监测直流母线电压、电流，浮充电压，充电电流，蓄电池输出电流以及系统对地绝缘电压、电阻等 。 监视所有开关的位置状态及设备运行状态 监视交、直流盘所有故障报警信号 对设备发生下列状况启动保护并发出声光报警：交流装置异常、充电装置故障、母线电压异常、蓄电池异常、绝缘异常、馈线回路故障、设备内部故障等。 根据蓄电池的充电特性曲线及特点，控制充电机自动完成对蓄电池的充电、放电、内阻测定及充电方式的转换。 对单体蓄电池进行在线监测，并显示当前蓄电池的容量。 对整个直流系统的运行状态进行实时监控，并能与全所自动化系统通信，实现遥控、遥测、遥调、遥信功能及时钟同步功能。其协议开放(设计联络时确定)。还应给用户提供专用维护测试、监控软件。 遥控量主要包括：整组或单个充电模块开/关机，电池均充和浮充转换等。 遥测量主要包括：充电模块输出电压和电流、电池充放电电压和电流、直流母线电压和电流等。 遥调量主要包括：调节浮充电压、均充电压、充电限流值、输出电流稳流值等。 遥信量主要包括：充电模块正常工作状态、故障工作状态、直流母线过/欠压、直流馈线绝缘状况、开关状态、自检信息等。 所有控制操作应有口令密码权限限制。10） 信号显示功能信号包括正常状态显示信号及故障状态显示信号两类。（1） 工作状态至少有下列指示： 一号交流电源投入 二号交流电源投入 所有进、馈电等开关位置信号 （2） 故障状态、故障信号至少有下列内容： 交流进线失压故障 浮充故障 直流母线电压过高 直流母线电压过低 直流电源绝缘下降 蓄电池电压低线 蓄电池故障 受馈电回路短路故障 DC/DC转换器、切换器运行状态信号（3） 信号采用接点发送方式。在盘上的故障信号显示，应能经复归后消除，复归方式可采取当地复归、远方复归两种方式。（4） 监控单元对所有直流系统正常/故障信号进行采集，并通过网络数字通信的方式，传向所内综合自动化监控系统。交流盘的相关信号通过I/O、AI等方式接入监控单元。经监控单元传向所内综合自动化系统。(通信接口标准及通信规约待设计联络时确定。)11） 测量表计功能采用广角测量表计。直流表计准确度不低于1.5级，附加分流器准确度不低于0.5级。选用的电流、电压表指针考虑过负荷运行时有适当的裕度。测量内容有：交流进线电源电压、浮充电压、浮充电流、母线电压、输出电流、蓄电池电压、蓄电池充/放电电压、放电电流等。12） 交流输入单元为充电单元提供交流输入电源，通常由两路交流电源经互投电路手动或自动选择一路向充电单元供电，交流输入单元含有防雷电路和三相输入状态监视电路，当有雷击发生时，通过防雷电路保护使充电电源免受损坏，当交流电源发生缺相或失压故障时，输入状态监视电路启动，进行报警。故障信号通过集中监控器送往后台和远方遥信装置。13） 自投装置直流盘内设置自动装置，实现如下自投功能：（1） 直流盘两路交流进线自投，两路交流进线电源互为备用，当主供电源回路故障时，自动投入到备用电源回路。（2） 实现所内事故照明交流电源和直流电源的自动投切。具体自投方案待设计联络时确定。5.2 设备结构5.2.1 盘的种类：1） 直流电源装置包括：控制盘、蓄电池盘二种2） 蓄电池容量：200AH5.2.2 直流盘体1） 直流盘应由钢板及骨架组成，采用钢性好，有一定耐热能力的钢材，表面应进行严格的处理并采取防腐蚀措施。钢板厚度不小于2mm。盘内辅助钢板厚度不应小于1.5mm。制成的面板及屏架应有足够的机械强度，以保证元件安装及操作时无摇晃，盘面板及盘架无变形。盘的防护等价不低于IP40。盘的尺寸：800mm(宽) X600mm(深) X2260 mm (高)。开门方式、结构及盘体的喷漆、颜色由卖方推荐，在设计联络时确定。2） 盘内配线截面应满足各回路载流量的要求。可动部分应过渡柔软，并能承受挠曲而不致疲劳损伤，盘内编号应统一、清晰。3） 直流设备的电气间隙、爬电距离、间隔距离、外接导线端子的选择、接线、安装等要求，均满足GB7251有关规定。4） 盘上端子排的设计应考虑运行、检修、调试的方便，采用在铁路上有多年实际运行经验的抗震动免维护的高质量阻燃端子，可选用笼式弹簧夹持或回拉式侧面接线的端子。端子应有明显的标识，并具备同时进行桥接和测试的功能。一般端子、弱电端子之间应有所间隔。适当考虑与设备位置对应，端子排导电部分为铜质。端子的选用应满足回路载流量及所接电缆截面的需要。盘内应预留适当数量的端子及端子安装位置。端子排应优先选用国际知名品牌产