項目二城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備《地鐵變配電所運行與維護》任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備第六節(jié)、整流機組城軌牽引變電所中的整流機組由干式整流變壓器和整流器組成。一、干式整流變壓器介紹整流變壓器的作用是將交流35kV電壓降壓為交流1180V電壓，作為整流器的交流輸入端，如圖2-61所示。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備,整流變壓器大多采用干式、戶內(nèi)、自冷、環(huán)氧樹脂澆注變壓器。特點如下：（1）具有良好的阻燃性，使用安全，可安裝在負荷中心。（2）節(jié)能低耗。（3）體積小、重量輕，便于安裝。（4）無污染，不需要特別的維護。（5）耐潮濕。（6）局部放電量小。（7）機械強度高、無開裂。因此整流變壓器廣泛應(yīng)用于輸變電系統(tǒng)、賓館酒店、高層建筑、商業(yè)中心、體育場館、石化工廠、電廠、機場、車站、海上鉆臺等場所，特別是安裝空間有限、須靠近負荷中心和具有特殊防火要求的場合，更能充分發(fā)揮其體積小、阻燃性好的優(yōu)越性。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備（一）整流變壓器基本參數(shù)（1）額定容量：2200kVA，2500kVA，3300kVA。（2）額定電壓：35kV/1.18kV。（3）額定電流：高壓41.2A，低壓Y/△

611.6A。（4）阻抗電壓：7.55%。（5）連接組別：Dy5-Dd0/Dy7-Dd2。（6）分接擋位范圍：±2×2.5%。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備整流變壓器設(shè)置了5擋分接頭，高壓側(cè)電壓在35kV±2×2.5%V范圍內(nèi)調(diào)整，分接頭為無載調(diào)壓，通過調(diào)整繞組上的分接連接片實現(xiàn)調(diào)壓。出廠時設(shè)定為額定分接，當?shù)蛪狠敵鲭妷浩邥r，將分接片向上調(diào)(匝數(shù)增加)，電壓將下降；當?shù)蛪狠敵鲭妷浩蜁r，將分接片向下調(diào)（匝數(shù)減少），電壓將上升。由于整流變壓器為四繞組變壓器，在調(diào)整分接頭時，必須同時調(diào)整二組高壓繞組相對應(yīng)的分接頭，以保證兩個低壓繞組的輸出線電壓一致。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備（二）技術(shù)性能（1）單臺變壓器為十二脈波整流變壓器，兩臺變壓器并聯(lián)運行構(gòu)成等效二十四脈波整流變壓器。同容量整流變壓器可互換。（2）整流機組負荷等級：①100%額定負荷，連續(xù)；②150%額定負荷，2h③300%額定負荷，1min。（3）整流變壓器接線組別：單臺整流變壓器所采用的接線組別，應(yīng)使得其二次側(cè)兩組線圈電壓相角差30°。（4）每個牽引變電所內(nèi)并聯(lián)運行的兩臺整流變壓器一次側(cè)繞組分別移相+7.5°和-7.5°，使兩臺整流變壓器二次側(cè)電壓相角差15°，通過整流器構(gòu)成等效24脈波整流。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備整流變壓器實操訓(xùn)練實訓(xùn)指導(dǎo)書項目二任務(wù)5：整流變繞組超溫報警任務(wù)4：整流變繞組超溫跳閘先觀看實訓(xùn)視頻，然后分組完成實訓(xùn)任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備任務(wù)5：變壓器繞組高溫告警1.1實訓(xùn)目的掌握變壓器繞組高溫告警設(shè)置操作。1.2實訓(xùn)內(nèi)容變壓器的高溫告警是由變壓器溫控儀實現(xiàn)的，溫控儀采集預(yù)埋到變壓器繞組和鐵芯中的溫度傳感器信號，溫控儀將采集到的溫度與設(shè)定溫度進行比較判斷后發(fā)出告警信號。變壓器的溫度傳感器是預(yù)埋到變壓器內(nèi)部的，溫控儀采集溫度傳感器的值來測量變壓器的溫度，由于實訓(xùn)室變壓器的的負荷較小，溫度變化不明顯，無法通關(guān)調(diào)節(jié)負載做溫度保護試驗。為了達到教學(xué)演示的要求只能從溫控儀的高溫報警輸出端子做變壓器高溫報警試驗。（1）操作前準備①準備繼電保護測試儀及試驗線；②檢查并配帶絕緣手套。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備（2）保護聯(lián)跳驗證步驟：①打開整流變壓器柜前柜門（注意變壓器有電危險，防止觸電）。②將兩根試驗線的插頭插入X:3，X:4端子，另一端插頭插入繼電保護測試儀模擬裝置“開關(guān)量1”輸出端子；任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備③按下“按鈕1”按鈕，35KV高壓柜發(fā)生告警信號；（圖）④觀察35KV高壓電源柜微機保護裝置，發(fā)現(xiàn)變壓器高溫告警事件動作。（圖）⑤驗證完成。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備任務(wù)4：變壓器繞組超溫跳閘1.1實訓(xùn)目的掌握變壓器超溫跳閘連鎖35kV高壓電源柜跳閘操作。1.2實訓(xùn)內(nèi)容變壓器的超溫跳閘是由變壓器溫控儀實現(xiàn)的，溫控儀采集預(yù)埋到變壓器繞組和鐵芯中的溫度傳感器信號，溫控儀將采集到的溫度與設(shè)定溫度進行比較判斷后發(fā)出跳閘信號。變壓器的溫度傳感器是預(yù)埋到變壓器內(nèi)部的，溫控儀采集溫度傳感器的值來測量變壓器的溫度，由于實訓(xùn)室變壓器的的負荷較小，溫度變化不明顯，無法通關(guān)調(diào)節(jié)負載做溫度保護試驗。為了達到教學(xué)演示的要求只能從溫控儀的高溫跳閘輸出端子做變壓器超溫跳閘連鎖35kV高壓柜跳閘試驗。（1）操作前準備①要求35kV高壓電源柜在合閘位置；②準備繼電保護測試儀及試驗線；③檢查并配帶絕緣手套。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備（2）保護聯(lián)跳驗證步驟：①檢查35kV高壓電源柜是否在合閘狀態(tài)；任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備②打開整流變壓器柜前柜門（注意變壓器有電危險，防止觸電）。③將兩根試驗線的插頭插入X:1，X:2端子，另一端插頭插入繼電保護測試儀模擬裝置“開關(guān)量1”輸出端子；任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備④按下“按鈕1”按鈕，35KV斷路器跳閘；任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備⑤觀察35KV高壓電源柜微機保護裝置，發(fā)現(xiàn)超溫跳閘保護動作。⑥驗證完成。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備二、整流器介紹（一）整流管的基本知識及參數(shù)1、結(jié)構(gòu)與工作原理P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起組成的P-N結(jié)具有單向?qū)щ姷奶匦裕蠊β势桨逍投O管就是把一個面積較大的P-N結(jié)，兩邊用銅塊壓結(jié)，并以瓷外殼作為兩極之間絕緣而封裝起來的。二極管是兩端器件：P型半導(dǎo)體的一端為陽極，用字母A表示；N型半導(dǎo)體的一端為陰極，用字母K表示。當A端加上正向電壓時，整流管表現(xiàn)為一個很小的電阻，流過較大的正向電流，稱為正向?qū)?。當K端加上正電壓時，整流管表現(xiàn)為一個很大的電阻，幾乎沒有電流通過，稱為反向截止。當反向電壓增加過大時，可使整流管失去反向截止能力，而導(dǎo)致P-N結(jié)反向擊穿。圖1ＰＮ結(jié)任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備2、額定值和特性值半導(dǎo)體的額定值是在規(guī)定的工作溫度范圍內(nèi)均應(yīng)滿足的極限值。當超過這一極限值時，可導(dǎo)致器件失效。特性值則不然，當使用中超過其特性值規(guī)定范圍時，允許性能指標下降，并不直接導(dǎo)致器件的失效。對于特性值，一般給出典型值或允許范圍。（1）額定值①二極管的額定正向平均電流IFAV。（允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值）②二極管的反向重復(fù)峰值電壓URRM。（反向能承受的最高電壓，可多次連續(xù)加壓）（2）特性值①二極管的正向峰值電壓UFM。（正向?qū)妷海诜聪蛑貜?fù)峰值電流IRRM。（反向截止狀態(tài)的漏電流，越小越好）任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備（二）基本整流電路原理生產(chǎn)實踐中，要將交流電變成直流電，可利用各種整流電路，但經(jīng)過整流、濾波后的直流電，不可避免夾雜有交流電，產(chǎn)生紋波，紋波系數(shù)的大小，與相數(shù)有關(guān)。脈波數(shù)是指一個周期內(nèi)Ud所包含的波頭數(shù)，比如單相半波的脈波數(shù)為1，單相橋式的脈波數(shù)為2，三相橋式的脈波數(shù)為6。脈波數(shù)越多，輸出直流電壓紋波系數(shù)越小，電壓更趨近平整。分別以單相半波整流電路和三相橋式全波整流電路為例，說明工作原理。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備wwwwtTVTR0a)u1u2uVTudidwt1p2ptttu2uguduVTaq0b)c)d)e)00◆變壓器T起變換電壓和隔離的作用，其一次側(cè)和二次側(cè)電壓瞬時值分別用u1和u2表示，有效值分別用U1和U2表示，其中U2的大小根據(jù)需要的直流輸出電壓ud的平均值Ud確定。

◆在分析整流電路工作時，認為晶閘管（開關(guān)器件）為理想器件，即晶閘管導(dǎo)通時其管壓降等于零，晶閘管阻斷時其漏電流等于零，晶閘管的開通與關(guān)斷過程瞬時完成。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備（三）城市軌道交通供電系統(tǒng)整流器

城市軌道交通的整流器采用成套設(shè)備，它將整流變壓器降壓后的交流1180V整流成牽引列車所需要的直流1500V電壓，如圖2-64所示。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備城市軌道交通采用的整流器作為大功率整流設(shè)備，屬于非線性負荷,從電網(wǎng)吸收非正弦電流，引起電網(wǎng)電壓的畸變，因此整流機組屬于重要的諧波源。為了抑制整流機組諧波對電網(wǎng)的影響，通常的措施是將變壓器的一次繞組或二次繞組接成三角形，使勵磁電流的3次諧波或零序分量能夠流通，使3倍次諧波或3的整數(shù)倍次諧波電流不注入電網(wǎng)。因此，在確定城市軌道交通整流機組規(guī)格時，考慮帶三角形聯(lián)結(jié)的變壓器，同時盡可能地增加整流的相數(shù)，以減少諧波污染。下面將重點介紹常見的24脈波整流機組。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備1、整流器工作原理在牽引變電所內(nèi)，通過整流變壓器將交流35kV降到交流1180V，再經(jīng)整流器轉(zhuǎn)換成直流1500V向接觸網(wǎng)送電。每座牽引變電所，由整流變壓器和整流器組成整流機組，24脈波整流電路由兩組12脈波整流電路組成，12脈波整流由兩個6脈波三相整流橋并聯(lián)組成。其中，一個三相整流橋接向整流變壓器的二次側(cè)星型繞組，另一個三相整流橋接向整流變壓器的二次側(cè)三角形繞組。由于每臺整流變壓器二次側(cè)星型繞組和三角形繞組相應(yīng)的線電壓相位錯開π/6，便可以得到兩個三相橋并聯(lián)組成的12脈波整流電路，當供給兩臺12脈波整流器的整流變壓器高壓網(wǎng)側(cè)并聯(lián)的繞組分別采用±7.5°外延三角形連接時，兩套整流機組并聯(lián)運行構(gòu)成等效24脈波整流。12脈波整流電路圖如圖2-65、圖2-66所示。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備整流變壓器△形繞組線電壓滯后于Y形繞組線電壓30°，因此，并聯(lián)后，產(chǎn)生12脈波直流電。二極管配置數(shù)量：48任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備2、整流器技術(shù)條件（1）整流器設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)①額定功率：2250kW。②額定交流輸入電壓：1180V。③額定直流輸出電壓：1500V。④額定直流電流：1467A。（1500A/2000A）⑤冷卻方式：空氣自然冷卻。⑥過載能力：100%時——連續(xù)；150%時——2h；300%時——1min。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備⑦整流器耐壓：主回路對地、主回路對輔助回路6kV；輔助回路對地2kV。⑧整流器臂并聯(lián)的冗余度為P-1，任一橋臂并聯(lián)的二極管有一個損壞時，能正常運行，滿足整流器的過負荷要求及承受短路電流的要求。⑨二極管采用平板式，型號均為ZP2200-44，采用鋁型材散熱器，二極管的反向重復(fù)峰值電壓4400V，二極管的正向額定電流2200A。⑩整流器橋臂并聯(lián)二極管的電流不平衡度≤10%。⑾整流器橋臂二極管串并聯(lián)數(shù)：1串3并。⑿整流器設(shè)計壽命為30年。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備（2）整流器設(shè)備配置的保護①快速熔斷器保護（實訓(xùn)視頻）：每只二極管串聯(lián)一個快速熔斷器。②交流側(cè)過電壓保護（實訓(xùn)視頻）：壓敏電阻、特種熔浙器。③過電壓保護（實訓(xùn)視頻）：RC回路、壓敏電阻及特種熔斷器。④溫度保護：在整流器預(yù)測最熱處設(shè)置溫度傳感器元仵。⑤逆流保護（實訓(xùn)視頻）：在每個撟臂串聯(lián)一個電流傳感器，檢測逆流信號。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備（3）整流器的控制與信號回路①二極管故障指示回路：整流器同一整流橋臂的一個二極管故障，或不同整流器橋臂的兩個二極管故障時均不跳閘，將二極管故障信號通過接點在當?shù)睾瓦h方顯示。②二極管故障跳閘控制回路：整流器同一整流橋臂的兩個二極管故障時，發(fā)出跳閘信號，將二極管故障信號通過接點在當?shù)睾瓦h方顯示。③整流器溫度報警和跳閘指示回路：當整流器測試點的溫度超過設(shè)定值時，能分級發(fā)出報警和跳閘信號，在當?shù)睾瓦h方顯示故障信號。④逆流保護顯示：當每個橋臂安裝的電流傳感器檢測到逆向電流時，發(fā)出逆流跳閘信號，并在顯示屏顯示。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備3、整流器柜結(jié)構(gòu)整流器柜內(nèi)采用尺寸為1200mm×1200mm×2200mm的金屬屏柜，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(wǎng)孔，上部設(shè)有散熱通風孔，兩側(cè)封蓋，柜體經(jīng)電鍍鋅處理,防腐性強,表面靜電塑料噴粉。兩個三相整流橋分別裝在柜子的上下部分，從前門開門可以清晰地看到垂直排列的三列元件分上下兩部分，前門一面放置4、6、2橋臂，后門一面放置1、3、5橋臂。兩個三相橋的對應(yīng)序號橋臂1U1和2U1、1U3和2U3?并聯(lián)在一起，共陽極或共陰極組成一組整流堆。每組整流堆由一個加工成條狀的散熱器和6個塊狀的散熱器壓裝上二極管組成，每組整流堆有6個二極管，每柜共6組整流堆。交流匯流母排L1~L6及直流輸出母排L+、L-，集中在屏柜內(nèi)下方進、出線。每橋臂銅母線上串裝有逆流保護用電流傳感器，快速熔斷器一端接至交流母排上，另一端用銅排與塊狀(獨立)散熱器連接，柜體的防護等級為IP20，柜前有模擬圖，顯示整流器的接線方式，具體結(jié)構(gòu)如圖2-67、圖2-68所示，每個柜體質(zhì)量為1200kg。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備4、整流器保護設(shè)置整流器設(shè)置二極管報警（單個橋臂一個熔斷器熔斷或任意不同橋臂的各一個熔斷器熔斷）、熔斷器熔斷跳閘（同一個橋臂的兩個及以上熔斷器熔斷）、整流器溫度高報警及跳閘、逆流保護跳問。（1）熔斷器保護由于二極管元件的熱容量小，在過流故障狀態(tài)下必須要有快速保護。整流器快速保護的方式采用快速熔斷器保護，這是通常采用的方式?？焖偃蹟嗥骶哂信c二極管元件相類似的熱特性，是一種較為理想的保護器件。由于快速熔斷器保護分斷后，一般僅有一個元件退出運行，整流橋仍能在缺一波頭的情況下運行，因此對于牽引供電而言，其具有優(yōu)異的可靠性。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備（2）逆流保護城市軌道交通1500V設(shè)備采用叨脈波全波整流系統(tǒng)，在二極管整流器上裝設(shè)有逆流保護。其原理為:在整流器的每一個整流橋臂上都裝有1個穿心式電流互感器，如果整流橋臂內(nèi)的某個二極管反向擊穿，則在這個二極管支路的熔斷器開始熔斷的弧前時間和燃弧時間內(nèi)，將有故障電流流經(jīng)這個橋臂，接在電流互感器二次側(cè)的逆流保護單元就有信號輸出，向整流機組35kVGIs保護裝置發(fā)出跳閘信號，35kV斷路器保護分閘，同時35kV保護控制輸出向1500V進線斷路器S7-300發(fā)跳閘信號，S7-300再保護分閘1500V進線開關(guān)。當橋臂支路整流元件擊穿出現(xiàn)逆向電流時，電流互感器給出逆流取樣信號，通過接通逆流保護板出口繼電器接點，向整流機組的計算機保護裝置輸入切斷整流機組電源的跳閘命令。（3）超溫保護當整流器由于周圍環(huán)境影響或長時間過負荷運行而引起溫度上升，超過整定值，威脅到整流器及其他設(shè)各的正常運行時，超溫保護動作，切斷整流機組電源,整流器退出運行。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備整流變壓器實操訓(xùn)練實訓(xùn)指導(dǎo)書項目三任務(wù)3：整流器交流側(cè)過電壓保護實訓(xùn)任務(wù)4：整流器直流過電壓保護實訓(xùn)任務(wù)6：快速熔斷器保護觀看動畫視頻，并分組完成實訓(xùn)任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備任務(wù)3：交流側(cè)過電壓保護1.1實訓(xùn)目的（1）理解整流器交流側(cè)過電壓保護原理（2）掌握整流器交流側(cè)過電壓保護驗證試驗步驟1.2實訓(xùn)內(nèi)容（1）交流過壓保護原理整流器的保護是通過PLC邏輯控制器實現(xiàn)的，PLC通過信號變送器采集交流電壓通過計算及邏輯判斷結(jié)果發(fā)出保護信號跳閘上級開關(guān)，從而實現(xiàn)整流柜的各種保護。（2）交流過壓保護試驗操作前準備①準備繼電保護測試儀及試驗線；②檢查并配戴絕緣手套。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備（3）交流過壓保護試驗聯(lián)跳35kV高壓柜①將35kV高壓電源模擬裝置斷路器合上；任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備②操作觸摸屏，將整流柜交流過電壓定值設(shè)為2000V（直接點擊數(shù)字修改）；③將整流柜的X3：1與X3：2試驗端子調(diào)節(jié)至分開狀態(tài)；任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備④使用試驗線將信號模擬發(fā)生裝置模擬量1端口和整流柜X3：1、X3：2端子連接，X3：1為正極，X3：2為負極；任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備⑤調(diào)節(jié)模擬量1對應(yīng)的0~10V信號發(fā)生器，由小到大調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)到電壓值大于電壓整定值。整流柜交流1過壓跳閘；任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備⑥整流柜發(fā)出過電壓保護跳閘信號，高壓柜跳閘；⑦將模擬量信號發(fā)生器調(diào)節(jié)至零位，拔出試驗短接線，將試驗端子復(fù)歸。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備任務(wù)4：直流過電壓保護1.1實訓(xùn)目的（1）理解整流器直流過電壓保護原理（2）掌握整流器直流過電壓保護驗證試驗步驟1.2實訓(xùn)內(nèi)容（1）直流過壓保護原理整流器的保護是通過PLC邏輯控制器實現(xiàn)的，PLC通過信號變送器采集直流電壓通過計算及邏輯判斷結(jié)果發(fā)出保護信號跳閘上級開關(guān)，從而實現(xiàn)整流柜的各種保護。（2）直流過壓保護試驗操作前準備①準備繼電保護測試儀及試驗線；②檢查并配戴絕緣手套。任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備（3）直流過壓保護聯(lián)跳正極柜試驗①將正極柜斷路器合上，微機保護裝置交流測故障投入；②操作觸摸屏，將整流柜直流過電壓定值設(shè)為2000V；任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備③將整流柜的X3：5與X3：6試驗端子調(diào)節(jié)至分開狀態(tài)；④使用試驗線將信號模擬發(fā)生裝置模擬量1端口和整流柜X3：5、X3：6端子連接，X3：5為正極，X3：6為負極；任務(wù)2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備⑤調(diào)節(jié)模擬量1對應(yīng)的0~10V信號發(fā)生器，由小