排流柜技术方案.doc
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深圳地铁二号线排流柜
技术方案
西安永电气有限责任公司
二零零八年五月二十日
排流柜技术方案
1.概述
排流柜安装于牵引变电所内，排流柜的一端接负极柜内的直流负母排，另一端接隧道结构钢筋（或高架桥梁结构钢筋）、整体道床结构钢筋、牵引变电所的地母排。
使结构钢筋中的杂散电流单方向回流到牵引变电所内的负极柜，防止杂散电流对结构钢筋的腐蚀。
本排流柜主回路采用1接地+4排流的联结形式。
将这5个支路所收集的杂散电流通过汇流母排进行收集，最终回流至牵引所排流柜负极。
四个排流二极管支路电气参数完全一致，杂散电流经排流柜进线排进入，依次流经二极管、熔断器、电流传感器，负荷开关，进入四个支路共用的可调电阻，再流入汇流母排。
接地二极管支路由二极管、电流传感器、和负荷开关组成，电流通过接地支路专用可调电阻汇流至汇流母排。
排流柜所选用的熔断器为直流快速熔断器，有别于交流快速熔断器，由于交流电有过零点，产生的电弧容易在过零点时熄灭，直流电拉弧因无过零点，对器件本身的消弧能力较交流快熔有所提高。
所以对于根据地铁直流供电的实际情况，我公司选用国内知名品牌的直流快速熔断器以满足地铁实际运行工况。
排流柜内各器件都有明显的标识，方便施工和检查维修。
排流柜采用1200mm×1000mm×2000mm的GGD金属屏柜，柜体无焊接，全部采用不锈钢螺栓连接。
防护等级为IP20,柜体前后开门，以方便检修。
在柜体的前后门下部开有进气网孔，上部设有散热通风孔，两侧封盖。
柜体经电镀锌处理，表面静电塑料喷粉，防腐性强。
2.主要技术参数
2.1型号YGP2Q46I
2.2系统额定电压1500VDC
2.3系统最高电压1800VDC
2.4额定排流电流200A
2.5额定短路电流100kA（200ms）
2.6主回路工频耐压5kV（1min）
2.7辅助回路工频耐压2kV（1min）
2.8电流不平衡度≤10%
2.9外形尺寸1200mm×1000mm×2000mm（宽×深×高）
2.10安装形式户内安装
2.11防护等级IP20
2.12二极管型号ZP800-30、ZP4400-30
2.13短路保护每只二极管串联直流快速熔断器
2.14过电压保护压敏电阻
2.15防凝露设置加热器
2.16故障报警方式屏面指示灯、远端冷节点、数据传输故障状态
2.17主电路联结形式1接地+4排流
2.18环境条件环境温度：
0～+45℃
相对湿度：
日平均值不大于95%，月平均值不大于90%（25℃）；有凝露发生，海拔高度：
≤2000m，地震烈度：
7度，雷暴日：
＞90日/年
3排流柜设计计算
3.1二极管
排流柜选用中国北车集团永济电机厂研制生产的二极管
我公司的电力半导体器件从七十年代初投产，通过与西安交通大学、西安理工大学联合开发，并从美国、英国引进的半导体器件生产技术等方式，培养了一支高技术水平的研究开发队伍，在电力半导体器件的设计与生产上形成了一套特有的制造工艺。
我公司生产的二极管具有以下特点：
投标选用的二极管主要技术参数见下表：
规格
项目
ZP800-30
ZP4400-30
正向平均电流IF（AV）（A）
800
4400
反向重复峰值电压VRRM（V）
3000
3000
反向不重复峰值电压VRSM（V）
≥4600
≥4600
额定结温Tjm（℃）
175
180
储存温度（℃）
-40～160
-40～160
正向浪涌电流IFSM（A）
12.4×103
56.6×103
I2t（A2S）
7.73×105
16×106
安装力（kN）
13
70
正向峰值电压VFM（V）
≤1.30
≤1.3
反向重复峰值电流IRRM（mA）
≤30（175℃）
≤250
3.2相关计算
3.2.1整流管的参数计算
3.2.1.1电压等级
主回路额定直流电压为1500V，最高电压为1800V，考虑留有一定的电压裕量（1.5~2），管子承受的反向电压为2800~3000V。
3.2.1.2整流管许可电流的核算
自冷条件下，整流管通过的电流容量下降到6m/s风速下所允许流过容量的1/3左右，故先计算出6m/s风速下整流管所允许通过的电流容量。
ZP800-30整流管
许可功率PT=（Tj-Ta）/（Rsa+Rjc+Rcs）=（180-50）/（0.09+0.02+0.005）=1130W
许可正向功率PF=0.9PT=0.9×1130=1017W
许可电流为
VTO—门槛电压
rT—斜率电阻
Rsa－散热器热阻
Rjc－结壳热阻，取0.02℃/W
Rcs－接触热阻，取0.005℃/W
故自冷条件下，ZP800-30整流管所允许流过的电流为754/3=251A左右，电流裕量为251/200=1.25，故所选ZP800-30整流管能满足技术要求。
ZP4400-30整流管
自冷条件下，整流管通过的电流容量下降到6m/s风速下所允许流过容量的1/3左右，故先计算出6m/s风速下整流管所允许通过的电流容量。
许可功率PT=（Tj-Ta）/（Rsa+Rjc+Rcs）=（150-45）/（0.025+0.007+0.006）=2763W
许可正向功率PF=0.9PT=0.9×2174=2487.6W
许可电流为
故自冷条件下，ZP4400-30整流管所允许流过的电流为1972.8/4=493.2A左右，选用两只并联，总通流能力为493.2×2=2466A，安全系数为2466/200=4.93，可满足系统要求。
4可调电阻的计算
由于排流网支路与轨道是牵引电流回流的两个并联支路，排流网支路和轨道的不同之处在于排流网支路电阻大于轨道电阻，故回流电流大部分通过轨道流回牵引整流器负极。
在地铁运行初期，由于轨道与道床绝缘强度较好，泄漏到地下的杂散电流相对较少，经过长期运行后，轨道与道床绝缘强度不断降低，此时泄漏到地下的杂散电流不断增多。
为了防止杂散电流过大损坏排流二极管，在排流支路上串联可调电阻器。
本柜依据招标要求，采用0-5Ω0.5kw可调电阻，五档可调，可根据地铁运营的实际工况调节限制杂散电流大小。
5保护器件的选择
5.1压敏电阻RV1～RV5的选择
压敏电阻的选用主要考虑额定电压和通流容量。
额定电压通常按实际电压的2倍来核算，故压敏电阻的额定电压选3000V。
通流容量的选择，原则上是压敏电阻元件通过的最大电流大于泄放浪涌电压流过的实际浪涌峰值电流。
在此通流容量取20kA。
5.2故障报警的显示。
5.2.1排流柜面板上设置指示灯指示故障类型，以方便工作人员检修工作。
5.2.2故障报警信号通过RS485串行通信与变电所综合自动化系统连接，采用开放的通信协议，波特率可调。
5.3抗干扰措施
5.3.1排流柜二次回路采用单片机80C196KC作为核心器件，对电流、电压、各状态量集中进行采集、检测以及信号的传送。
单片机具有抗干扰能力强、编程简单、维护方便，具有很高的可靠性。
5.3.2排流柜的内部布线考虑环境温度及电磁干扰，采用耐高温导线、屏蔽线等。
6排流柜结构
6.1排流柜采用1200mm×1000mm×2000mm的GGD金属屏柜，柜体无焊接，全部采用不锈钢螺栓连接。
。
在柜体的前后门下部开有进气网孔，上部设有散热通风孔，两侧封盖。
柜体经电镀锌处理，表面静电塑料喷粉，防腐性强。
6.2排流柜除二极管和可调电阻安装于柜体后部，其余部件都安装在柜前的绝缘板上。
6.3二极管配铝合金挤压型材散热器，自然空气冷却。
条状散热器作为阴极用，二极管单元由铝型材散热器、管芯、压紧螺栓、绝缘板、垫块、钢球、簧板、螺母组成。
6.4进出铜排采用下进下出形式。
6.5快熔通过绝缘子安装于绝缘板上。
6.6排流柜的电气间隙不小于25mm，爬电距离不小于30mm。
6.7排流柜内设置端子排作为设备二次接线口。
7保护设置
7.1短路保护：
装置中每个排流支路均设置快速熔断器，当出现短路时，熔断器首先熔断，保护二极管使其不受损坏；
7.2过电压保护：
装置中每个排流流支路包括接地支路均在支路两端设置压敏电阻进行过电压保护，当出现雷击等过电压时，压敏电阻瞬间短路，保护排流柜内各器件不受损坏。
8辅助系统
8.1电流显示：
排流柜在柜门上设置数字显示表头，实时显示每一路电流值，同时在柜门上设置智能仪表，实时显示排流柜总输出电流，并具有电流上限设置和延时功能，当设置的电流及其维持时间超时时，可通过指示灯显示在柜门上，同时该过流信号可被排流柜控制器采集并上传到电力监控系统或提供硬结点信号。
8.2电压显示：
采用电压传感器对排流柜接地支路输入端和排流柜输出端进行电压检测，将传感器输出信号送给柜门电压数字显示表头，对接地电压进行实时显示。
8.3二次电源保护：
在排流柜二次电源输入端设置浪涌保护器对二次电源进行保护，增加了设备运行的可靠性。
8.4柜内照明：
设置前后两只与柜门连锁的照明灯方便设备维护保养。
8.5辅助电源:
AC220V,500W
9标识
9.1铭牌
铭牌采用不锈钢材料制成，通过电喷处理，来进行防腐和保持永久清晰，安装在柜体右前门中下侧。
其内容包括：
额定电压、额定电流、主电路联结形式、制造依据、重量、制造厂及制造日期。
9.2其它标识
9.2.1在主要电器附近贴自粘胶标识，方便检查维修；
9.2.2在排流柜对外接口处作明显标记以方便施工。
10验收标准
根据产品试验大纲，将对产品进行以下出厂试验，
序号
类别
项目
型式试验
出厂试验
1
一般性检验
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2
绝缘试验及工频耐压试验
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3
辅助装置检验
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4
排流柜动作试验
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5
保护报警功能试验
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6
额定电流试验
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7
均流试验
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8
温升试验
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