储能式有轨电车充电电缆漏电检测方法

黄宝亮 张春雨

摘要： 目前在储能式有轨电车中，车辆负极以及地面充电系统负极均是接地的，采用绝缘电阻阻值来衡量绝缘状态并不适用。因此需要一种充电电缆绝缘检测方法，使得在储能式车辆负极以及地面充电系统负极均接地的情况下，也能检测充电电缆异常情况，以在较短的时间内对漏电异常情况作出判断，以便及时采取相应措施，避免因漏电导致更严重的设备损失。

关键词： 储能式有轨电车;地面充电系统;充电装置;漏电;绝缘检测

【中图分类号】U223【文献标识码】A【文章编号】1674-3733（2020）12-0210-01

引言：储能式有轨电车地面充电系统属于大功率充电系统，其较高的工作电压对系统正负极间的绝缘性能提出了更高的要求。特别是在复杂的应用场景下，一旦输出充电电缆出现老化现象，导致绝缘性能下降，不仅影响充电系统和车载设备正常运行，还会导致漏电回路产生热积累效应，发生起火燃烧事故。因此从安全性上考虑，必须增加对充电系统绝缘状态的检测。

1智能化充电模式

1.1多个充电装置间相互限制保护

考虑前级DC1500V变电所的输出容量限制，多个充电装置同时工作将会造成变电所负荷超额，充电装置借助电力监控系统可以实现负载限额，以保证电网稳定性。同一变电所1500V直流环网下，充电装置间通过光纤网络建立通讯。每个充电装置开始充电前，接收并处理其他充电装置的充电状态信息，如果正在充电的充电装置数量超过设定值，将禁止该充电装置投入运行充电。

1.2单个充电装置输出电流与车辆电压状态匹配

为减少充电装置瞬时大功率对前级电网的冲击，增加充电装置本身的可靠性，充电装置可根据进站车辆的电压状态，智能匹配输出电流。充电装置通过配套的传感器获得进站车辆的电压值，根据车辆电压值的高低，分别输出不同的充电电流，保证车辆进站期间充电装置输出最优充电电流（功率）使车辆充电至预设值。例如当进站车辆电压较高，大于等于A值时，充电装置输出相对较小电流a，该情况下，充电装置可以输出相对较小的功率保证进站车辆在规定时间内充电至预设值，从而减小大功率冲击问题。

2充电系统漏电等效分析

常规的直流系统母线绝缘检测方法有“星矩”桥式检测方法和“接地”检测方法。储能式有轨电车地面充电系统输出负极与车辆行走钢轨等电位。等效来说，正极电缆破损对地放电，相当于正负极电缆之间阻抗减小。当出现上述情况时，正极部分电流会通过大地阻抗回流到负极，但对于充电系统而言，正极与负极电流还是相等的，不会有任何电流差，固然也无法通过电流差识别。因此，以上两种检测方法（基于绝缘检测和电流差检测）均不适用于本系统。

3有轨电车充电对电网的影响分析

3.1对城市配电网的影响

在满足有轨电车线路充电站容量的前提下，由于直流供电网络和中压供电网络采用的是专有线路，故其不会对其他用电负荷产生较大干扰。而储能式充电装置就近接入了380V城市低压配电网，其充电功率约为配电网变压器容量的1/3。因此，需对有轨电车接入的线路进行系统规划，避免接入负荷过重的线路，更多考虑线路负载率低的接入点，故采用低压供电网络充电的有軌电车站点需根据城市负荷情况及有轨电车线路规划综合决定。

3.2对城市输电网的影响

直流牵引供电网和中压牵引供电网络下充电装置输入功率和有轨电车输入功率相等，而低压供电网络下充电装置输入功率则低于有轨电车的输入功率。充电装置内超级电容组充电时间为2辆有轨电车发车间隔时间，在同样充电能量的前提下，其充电装置输入功率为前两者的1/20～1/6。以某超级电容有轨电车运行参数为例，有轨电车输入电压为DC900V，输入电流1200A，输入功率1.08MW，设站点20个。当多个站点同时充电时，采用直流牵引网和中压牵引供电网络下的充电方式对城市电网提出了极大挑战。而储能式充电装置通过延长充电时间极大地减小了对整个电网的容量需求。

4漏电检测方法构建与分析

4.1多支路绝缘检测方法

利用可控开关K+和K-先后断开闭合时的正负极母线对地电压，结合引入的绝缘检测电阻R及各支路的漏电流可以求得各支路的绝缘电阻。当可控开关K+和K-均断开时，利用正负极母线对地电压和支路漏电流值可以求得某一支路单极对地绝缘电阻值，进而可求得各个支路对地绝缘电阻值。

4.2支线的接地检测

一般的直流绝缘监测方法，是利用直流电源控制母线的工作电压作为电源，通过检测正负母线对地漏电流来测量母线的绝缘电阻。此方法的优点是检测电路简单、稳定性好;但是，由于现有直流测量方法的原因，无法准确测量直流电源合闸母线和各条电源馈出线的对地绝缘电阻，从而限制了其测量精度。改进的直流电桥法母线接地电阻检测，是利用直流母线的工作电压，采用小电流传感器分别测量合闸母线、控制母线以及各条馈出线的对地漏电电流，然后根据测量得到的电流和电压对应关系列出方程组求解接地电阻。

4.3交流检测法检测支路电阻

交流检测是通过在母线上施加一交流信号的方法，对支线电阻进行检测。这一方法的有效性是在此交流电压的作用下，支路正负两线的交流电流方向是一致的，这一电流会唯一地反映该支路的接地电阻。所以，交流检测方法被广泛应用于检测支线接地电阻。

4.4电压信号采集

充电装置输出端正负极电压U通过内置电阻将电流限制在较小范围内，电流经过线圈感应出相应电动势，该电动势经过电路调整后反馈给补偿线圈，该补偿线圈产生的磁通与原边电流产生的磁通大小相等、方向相反，此时通过次边电流来精确测量原边电压U。

结语：储能式有轨电车地面充电装置通常为大功率充电装置，且一般采用恒流充电方式。本文介绍的漏电检测方法，能够在充电电缆破损放电等情况下，快速、简单地发现异常情况并报警，防止异常进一步扩大。同时，该方法完全通过软件实现，无需增加其他检测电路，耗费成本较低，技术上也容易实现。

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