排流柜技術(shù)方案.doc

深圳地鐵二號(hào)線排流柜技術(shù)方案西安永電氣有限責(zé)任公司二零零八年五月二十日排流柜技術(shù)方案1.概述排流柜安裝于牽引變電所內(nèi)，排流柜的一端接負(fù)極柜內(nèi)的直流負(fù)母排，另一端接隧道結(jié)構(gòu)鋼筋（或高架橋梁結(jié)構(gòu)鋼筋）、整體道床結(jié)構(gòu)鋼筋、牽引變電所的地母排。使結(jié)構(gòu)鋼筋中的雜散電流單方向回流到牽引變電所內(nèi)的負(fù)極柜，防止雜散電流對(duì)結(jié)構(gòu)鋼筋的腐蝕。本排流柜主回路采用1接地+4排流的聯(lián)結(jié)形式。將這5個(gè)支路所收集的雜散電流通過匯流母排進(jìn)行收集，最終回流至牽引所排流柜負(fù)極。四個(gè)排流二極管支路電氣參數(shù)完全一致，雜散電流經(jīng)排流柜進(jìn)線排進(jìn)入，依次流經(jīng)二極管、熔斷器、電流傳感器，負(fù)荷開關(guān)，進(jìn)入四個(gè)支路共用的可調(diào)電阻，再流入?yún)R流母排。接地二極管支路由二極管、電流傳感器、和負(fù)荷開關(guān)組成，電流通過接地支路專用可調(diào)電阻匯流至匯流母排。排流柜所選用的熔斷器為直流快速熔斷器，有別于交流快速熔斷器，由于交流電有過零點(diǎn)，產(chǎn)生的電弧容易在過零點(diǎn)時(shí)熄滅，直流電拉弧因無過零點(diǎn)，對(duì)器件本身的消弧能力較交流快熔有所提高。所以對(duì)于根據(jù)地鐵直流供電的實(shí)際情況，我公司選用國內(nèi)知名品牌的直流快速熔斷器以滿足地鐵實(shí)際運(yùn)行工況。排流柜內(nèi)各器件都有明顯的標(biāo)識(shí)，方便施工和檢查維修。排流柜采用1200mm1000mm2000mm的GGD金屬屏柜，柜體無焊接，全部采用不銹鋼螺栓連接。防護(hù)等級(jí)為IP20,柜體前后開門，以方便檢修。在柜體的前后門下部開有進(jìn)氣網(wǎng)孔，上部設(shè)有散熱通風(fēng)孔，兩側(cè)封蓋。柜體經(jīng)電鍍鋅處理，表面靜電塑料噴粉，防腐性強(qiáng)。2.主要技術(shù)參數(shù)2.1 型號(hào) YGP2Q46I2.2 系統(tǒng)額定電壓 1500V DC2.3 系統(tǒng)最高電壓 1800V DC2.4 額定排流電流 200A2.5 額定短路電流 100kA（200ms） 2.6 主回路工頻耐壓 5kV（1min）2.7 輔助回路工頻耐壓 2kV（1min）2.8 電流不平衡度 10%2.9 外形尺寸 1200mm1000mm2000mm（寬深高）2.10 安裝形式 戶內(nèi)安裝2.11 防護(hù)等級(jí) IP202.12 二極管型號(hào) ZP800-30、ZP4400-302.13 短路保護(hù) 每只二極管串聯(lián)直流快速熔斷器2.14 過電壓保護(hù) 壓敏電阻2.15 防凝露 設(shè)置加熱器2.16 故障報(bào)警方式 屏面指示燈、遠(yuǎn)端冷節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)傳輸故障狀態(tài) 2.17 主電路聯(lián)結(jié)形式 1接地+4排流2.18 環(huán)境條件 環(huán)境溫度：0 +45相對(duì)濕度：日平均值不大于95%，月平均值不大于90%（25）；有凝露發(fā)生，海拔高度：2000m，地震烈度：7度，雷暴日：90日/年3 排流柜設(shè)計(jì)計(jì)算3.1 二極管排流柜選用中國北車集團(tuán)永濟(jì)電機(jī)廠研制生產(chǎn)的二極管我公司的電力半導(dǎo)體器件從七十年代初投產(chǎn)，通過與西安交通大學(xué)、西安理工大學(xué)聯(lián)合開發(fā)，并從美國、英國引進(jìn)的半導(dǎo)體器件生產(chǎn)技術(shù)等方式，培養(yǎng)了一支高技術(shù)水平的研究開發(fā)隊(duì)伍，在電力半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)上形成了一套特有的制造工藝。我公司生產(chǎn)的二極管具有以下特點(diǎn)：投標(biāo)選用的二極管主要技術(shù)參數(shù)見下表： 規(guī) 格項(xiàng) 目ZP800-30ZP4400-30正向平均電流IF(AV) (A)8004400反向重復(fù)峰值電壓VRRM (V)30003000反向不重復(fù)峰值電壓VRSM (V)46004600額定結(jié)溫Tjm ()175180儲(chǔ)存溫度 ()-40160-40160正向浪涌電流IFSM (A)12.410356.6103I2t (A2S)7.7310516106安裝力 (kN)1370正向峰值電壓VFM (V)1.301.3反向重復(fù)峰值電流IRRM (mA)30（175）2503.2 相關(guān)計(jì)算3.2.1整流管的參數(shù)計(jì)算3.2.1.1 電壓等級(jí)主回路額定直流電壓為1500V，最高電壓為1800V，考慮留有一定的電壓裕量（1.52），管子承受的反向電壓為28003000V。3.2.1.2整流管許可電流的核算自冷條件下，整流管通過的電流容量下降到6m/s風(fēng)速下所允許流過容量的1/3左右，故先計(jì)算出6m/s風(fēng)速下整流管所允許通過的電流容量。ZP800-30整流管許可功率PT=（Tj-Ta）/（Rsa+Rjc+Rcs）=（180-50）/（0.09+0.02+0.005）=1130W許可正向功率PF=0.9PT =0.91130 =1017W許可電流為VTO 門檻電壓rT 斜率電阻Rsa散熱器熱阻Rjc結(jié)殼熱阻，取0.02/WRcs接觸熱阻，取0.005/W故自冷條件下，ZP800-30整流管所允許流過的電流為754/3=251A左右，電流裕量為251/200=1.25，故所選ZP800-30整流管能滿足技術(shù)要求。ZP4400-30整流管自冷條件下，整流管通過的電流容量下降到6m/s風(fēng)速下所允許流過容量的1/3左右，故先計(jì)算出6m/s風(fēng)速下整流管所允許通過的電流容量。許可功率PT=（Tj-Ta）/（Rsa+Rjc+Rcs）=（150-45）/（0.025+0.007+0.006）=2763W許可正向功率PF=0.9PT =0.92174 =2487.6W許可電流為故自冷條件下，ZP4400-30整流管所允許流過的電流為1972.8/4=493.2A左右，選用兩只并聯(lián)，總通流能力為 493.22=2466A，安全系數(shù)為2466/200=4.93，可滿足系統(tǒng)要求。4 可調(diào)電阻的計(jì)算 由于排流網(wǎng)支路與軌道是牽引電流回流的兩個(gè)并聯(lián)支路，排流網(wǎng)支路和軌道的不同之處在于排流網(wǎng)支路電阻大于軌道電阻，故回流電流大部分通過軌道流回牽引整流器負(fù)極。在地鐵運(yùn)行初期，由于軌道與道床絕緣強(qiáng)度較好，泄漏到地下的雜散電流相對(duì)較少，經(jīng)過長期運(yùn)行后，軌道與道床絕緣強(qiáng)度不斷降低，此時(shí)泄漏到地下的雜散電流不斷增多。為了防止雜散電流過大損壞排流二極管，在排流支路上串聯(lián)可調(diào)電阻器。本柜依據(jù)招標(biāo)要求，采用0-5 0.5kw可調(diào)電阻，五檔可調(diào)，可根據(jù)地鐵運(yùn)營的實(shí)際工況調(diào)節(jié)限制雜散電流大小。5 保護(hù)器件的選擇5.1 壓敏電阻RV1RV5的選擇壓敏電阻的選用主要考慮額定電壓和通流容量。額定電壓通常按實(shí)際電壓的2倍來核算，故壓敏電阻的額定電壓選3000V。通流容量的選擇，原則上是壓敏電阻元件通過的最大電流大于泄放浪涌電壓流過的實(shí)際浪涌峰值電流。在此通流容量取20kA。5.2 故障報(bào)警的顯示。5.2.1排流柜面板上設(shè)置指示燈指示故障類型，以方便工作人員檢修工作。5.2.2 故障報(bào)警信號(hào)通過RS485串行通信與變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)連接，采用開放的通信協(xié)議，波特率可調(diào)。5.3 抗干擾措施5.3.1 排流柜二次回路采用單片機(jī)80C196KC作為核心器件，對(duì)電流、電壓、各狀態(tài)量集中進(jìn)行采集、檢測(cè)以及信號(hào)的傳送。單片機(jī)具有抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單、維護(hù)方便，具有很高的可靠性。5.3.2 排流柜的內(nèi)部布線考慮環(huán)境溫度及電磁干擾，采用耐高溫導(dǎo)線、屏蔽線等。6 排流柜結(jié)構(gòu)6.1 排流柜采用1200mm1000mm2000mm的GGD金屬屏柜，柜體無焊接，全部采用不銹鋼螺栓連接。在柜體的前后門下部開有進(jìn)氣網(wǎng)孔，上部設(shè)有散熱通風(fēng)孔，兩側(cè)封蓋。柜體經(jīng)電鍍鋅處理，表面靜電塑料噴粉，防腐性強(qiáng)。6.2 排流柜除二極管和可調(diào)電阻安裝于柜體后部，其余部件都安裝在柜前的絕緣板上。6.3 二極管配鋁合金擠壓型材散熱器，自然空氣冷卻。條狀散熱器作為陰極用，二極管單元由鋁型材散熱器、管芯、壓緊螺栓、絕緣板、墊塊、鋼球、簧板、螺母組成。6.4 進(jìn)出銅排采用下進(jìn)下出形式。6.5 快熔通過絕緣子安裝于絕緣板上。 6.6 排流柜的電氣間隙不小于25mm，爬電距離不小于30mm。6.7 排流柜內(nèi)設(shè)置端子排作為設(shè)備二次接線口。7 保護(hù)設(shè)置7.1 短路保護(hù)：裝置中每個(gè)排流支路均設(shè)置快速熔斷器，當(dāng)出現(xiàn)短路時(shí)，熔斷器首先熔斷，保護(hù)二極管使其不受損壞；7.2過電壓保護(hù)：裝置中每個(gè)排流流支路包括接地支路均在支路兩端設(shè)置壓敏電阻進(jìn)行過電壓保護(hù)，當(dāng)出現(xiàn)雷擊等過電壓時(shí)，壓敏電阻瞬間短路，保護(hù)排流柜內(nèi)各器件不受損壞。8 輔助系統(tǒng)8.1 電流顯示：排流柜在柜門上設(shè)置數(shù)字顯示表頭，實(shí)時(shí)顯示每一路電流值，同時(shí)在柜門上設(shè)置智能儀表，實(shí)時(shí)顯示排流柜總輸出電流，并具有電流上限設(shè)置和延時(shí)功能，當(dāng)設(shè)置的電流及其維持時(shí)間超時(shí)時(shí)，可通過指示燈顯示在柜門上，同時(shí)該過流信號(hào)可被排流柜控制器采集并上傳到電力監(jiān)控系統(tǒng)或提供硬結(jié)點(diǎn)信號(hào)。8.2電壓顯示：采用電壓傳感器對(duì)排流柜接地支路輸入端和排流柜輸出端進(jìn)行電壓檢測(cè)，將傳感器輸出信號(hào)送給柜門電壓數(shù)字顯示表頭，對(duì)接地電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。8.3二次電源保護(hù)：在排流柜二次電源輸入端設(shè)置浪涌保護(hù)器對(duì)二次電源進(jìn)行保護(hù)，增加了設(shè)備運(yùn)行的可靠性。8.4柜內(nèi)照明：設(shè)置前后兩只與柜門連鎖的照明燈方便設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)。8.5 輔助電源: AC220V, 500W9標(biāo)識(shí)9.1 銘牌銘牌采用不銹鋼材料制成，通過電噴處理，來進(jìn)行防腐和保持永久清晰，安裝在柜體右前門中下側(cè)。其內(nèi)容包括：額定電壓、額定