排流柜技術方案.doc

深圳地鐵二號線排流柜技術方案西安永電氣有限責任公司二零零八年五月二十日排流柜技術方案1.概述排流柜安裝于牽引變電所內，排流柜的一端接負極柜內的直流負母排，另一端接隧道結構鋼筋（或高架橋梁結構鋼筋）、整體道床結構鋼筋、牽引變電所的地母排。使結構鋼筋中的雜散電流單方向回流到牽引變電所內的負極柜，防止雜散電流對結構鋼筋的腐蝕。本排流柜主回路采用1接地+4排流的聯結形式。將這5個支路所收集的雜散電流通過匯流母排進行收集，最終回流至牽引所排流柜負極。四個排流二極管支路電氣參數完全一致，雜散電流經排流柜進線排進入，依次流經二極管、熔斷器、電流傳感器，負荷開關，進入四個支路共用的可調電阻，再流入匯流母排。接地二極管支路由二極管、電流傳感器、和負荷開關組成，電流通過接地支路專用可調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，產生的電弧容易在過零點時熄滅，直流電拉弧因無過零點，對器件本身的消弧能力較交流快熔有所提高。所以對于根據地鐵直流供電的實際情況，我公司選用國內知名品牌的直流快速熔斷器以滿足地鐵實際運行工況。排流柜內各器件都有明顯的標識，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。防護等級為IP20,柜體前后開門，以方便檢修。在柜體的前后門下部開有進氣網孔，上部設有散熱通風孔，兩側封蓋。柜體經電鍍鋅處理，表面靜電塑料噴粉，防腐性強。2.主要技術參數2.1 型號 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 戶內安裝2.11 防護等級 IP202.12 二極管型號 ZP800-30、ZP4400-302.13 短路保護 每只二極管串聯直流快速熔斷器2.14 過電壓保護 壓敏電阻2.15 防凝露 設置加熱器2.16 故障報警方式 屏面指示燈、遠端冷節(jié)點、數據傳輸故障狀態(tài) 2.17 主電路聯結形式 1接地+4排流2.18 環(huán)境條件 環(huán)境溫度：0 +45相對濕度：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 排流柜設計計算3.1 二極管排流柜選用中國北車集團永濟電機廠研制生產的二極管我公司的電力半導體器件從七十年代初投產，通過與西安交通大學、西安理工大學聯合開發(fā)，并從美國、英國引進的半導體器件生產技術等方式，培養(yǎng)了一支高技術水平的研究開發(fā)隊伍，在電力半導體器件的設計與生產上形成了一套特有的制造工藝。我公司生產的二極管具有以下特點：投標選用的二極管主要技術參數見下表： 規(guī) 格項 目ZP800-30ZP4400-30正向平均電流IF(AV) (A)8004400反向重復峰值電壓VRRM (V)30003000反向不重復峰值電壓VRSM (V)46004600額定結溫Tjm ()175180儲存溫度 ()-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反向重復峰值電流IRRM (mA)30（175）2503.2 相關計算3.2.1整流管的參數計算3.2.1.1 電壓等級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風速下所允許流過容量的1/3左右，故先計算出6m/s風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風速下所允許流過容量的1/3左右，故先計算出6m/s風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，總通流能力為 493.22=2466A，安全系數為2466/200=4.93，可滿足系統(tǒng)要求。4 可調電阻的計算 由于排流網支路與軌道是牽引電流回流的兩個并聯支路，排流網支路和軌道的不同之處在于排流網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極。在地鐵運行初期，由于軌道與道床絕緣強度較好，泄漏到地下的雜散電流相對較少，經過長期運行后，軌道與道床絕緣強度不斷降低，此時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，在排流支路上串聯可調電阻器。本柜依據招標要求，采用0-5 0.5kw可調電阻，五檔可調，可根據地鐵運營的實際工況調節(jié)限制雜散電流大小。5 保護器件的選擇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際浪涌峰值電流。在此通流容量取20kA。5.2 故障報警的顯示。5.2.1排流柜面板上設置指示燈指示故障類型，以方便工作人員檢修工作。5.2.2 故障報警信號通過RS485串行通信與變電所綜合自動化系統(tǒng)連接，采用開放的通信協議，波特率可調。5.3 抗干擾措施5.3.1 排流柜二次回路采用單片機80C196KC作為核心器件，對電流、電壓、各狀態(tài)量集中進行采集、檢測以及信號的傳送。單片機具有抗干擾能力強、編程簡單、維護方便，具有很高的可靠性。5.3.2 排流柜的內部布線考慮環(huán)境溫度及電磁干擾，采用耐高溫導線、屏蔽線等。6 排流柜結構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氣網孔，上部設有散熱通風孔，兩側封蓋。柜體經電鍍鋅處理，表面靜電塑料噴粉，防腐性強。6.2 排流柜除二極管和可調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 進出銅排采用下進下出形式。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 排流柜內設置端子排作為設備二次接線口。7 保護設置7.1 短路保護：裝置中每個排流支路均設置快速熔斷器，當出現短路時，熔斷器首先熔斷，保護二極管使其不受損壞；7.2過電壓保護：裝置中每個排流流支路包括接地支路均在支路兩端設置壓敏電阻進行過電壓保護，當出現雷擊等過電壓時，壓敏電阻瞬間短路，保護排流柜內各器件不受損壞。8 輔助系統(tǒng)8.1 電流顯示：排流柜在柜門上設置數字顯示表頭，實時顯示每一路電流值，同時在柜門上設置智能儀表，實時顯示排流柜總輸出電流，并具有電流上限設置和延時功能，當設置的電流及其維持時間超時時，可通過指示燈顯示在柜門上，同時該過流信號可被排流柜控制器采集并上傳到電力監(jiān)控系統(tǒng)或提供硬結點信號。8.2電壓顯示：采用電壓傳感器對排流柜接地支路輸入端和排流柜輸出端進行電壓檢測，將傳感器輸出信號送給柜門電壓數字顯示表頭，對接地電壓進行實時顯示。8.3二次電源保護：在排流柜二次電源輸入端設置浪涌保護器對二次電源進行保護，增加了設備運行的可靠性。8.4柜內照明：設置前后兩只與柜門連鎖的照明燈方便設備維護保養(yǎng)。8.5 輔助電源: AC220V, 500W9標識9.1 銘牌銘牌采用不銹鋼材料制成，通過電噴處理，來進行防腐和保持永久清晰，安裝在柜體右前門中下側。其內容包括：額定電壓、額定