城市轨道交通变电所交直流屏系统研究

唐心柳 翁创业

摘 要：交直流电源系统是发电厂和各级变电站中的重要设备，它给一次、二次的各种开关、继电保护以及照明设备提供不间断的电源，以保证电力系统的安全、可靠运行。本文以武汉地铁某线路交直流屏系统为研究对象，分析了交直流屏的作用、运行方式、主要元器件功能等。

关键词：城市轨道交通;变电所;交直流屏系统

1 概述

交流屏是变电所所有控制电源的来源。交流屏负责给直流屏、加热装置、排流装置、控制信号盘、以及设备维护接口提供电源。直流屏是直流电源操作系统的简称。通用名为智能免维护直流电源屏，简称直流屏，通用型号为GZDW，发电厂和变电站中的电力操作电源现今采用的都是直流电源。

2 系统结构

（1）交流配电。将交流电源引入分配给各个充电模块，扩展功能为实现两路交流输入的自动切换，以提高直流系统供电的可靠性。为防止过电压损坏充电模块，交流配电设有防雷装置。

（2）充电模块。提供电池所需电压输出的AC/DC智能高频开关变换器，其输出连接在电池母线上。其基本功能是完成AC/DC变换，以输出稳定的直流电源实现系统最为基本的功能。

（3）直流馈电。将直流电源经断路器、刀熔开关分配到各直流用电设备。包括合闸（动力）回路、控制回路和闪光回路以及绝缘监测装置等，扩展功能为馈线故障跳闸报警。

（4）降压硅链单元。因为直流电源在对蓄电池组进行均衡充电时，充电模块的输出电压会高于控制回路的额定电压值，所以在合闸母线与控制母线之间设置降压硅链调压装置，以保证控制母线的电压在正常范围内。

（5）监控模块。负责实现直流电源系统的监测、控制和管理的功能模块。监控模块是电源系统的控制、管理核心，具有四遥功能，可使电源系统达到无人值守。采用以微处理器为核心的集散模式对充电模块、馈电回路、电池组、直流母线对地绝缘情况实施全方位监视、测量、控制，完全不需人工干预。

（6）蓄电池组。蓄电池组是直流系统的重要组成部份，主要作用是在交流输入电源正常时储存电能，并在交流停电时释放电能，保证直流系统不间断地向负载供电。

（7）绝缘监测仪。主要功能是在线监测母线和馈线支路的绝缘下降情况。在线检测出有绝缘下降的支路和绝缘电阻，并发出告警信号。

3 系统工作原理

直流电源系统主要由交流配电、充电模块、监控模块、母线调压（降压硅鏈）、直流馈电（包括合闸回路、控制回路）、绝缘监测、蓄电池组等几大部分组成。不同的接线方式有不同的特点，但基本原理是一致的，基本组成形式如图所示。

系统交流输入正常时，两路交流输入经过交流自动切换控制选择其中一路输入，并通过交流配电给各个充电模块供电。充电模块将输入三相交流电转换为高质量的110 V直流电，经隔离二极管隔离后输出，一方面给电池充电，另一方面给合闸负载供电。此外，合闸母线还通过降压硅链装置为控制母线提供电源。

系统中的监控部分对系统进行管理和控制，信号通过采集处理后，再由监控模块统一管理，在显示屏上提供人机操作界面，并可以接入到远程监控系统。系统还配置有绝缘监测仪或绝缘监测继电器，用于监测母线绝缘情况。

交流输入停电或异常时，充电模块停止工作，由电池向负载供电。监控模块监测电池电压、电流和放电时间，当电池放电到一定程度时，监控模块发出告警。交流输入恢复正常以后，监控模块根据电池放电情况自动选择充电方式，控制充电模块对电池进行充电，使电池恢复到满容量状态。

4 主要元器件功能

4.1 交流状态监测单元

交流状态监测单元用于监测交流进线状态，正常运行时，三相交流电处于相对平衡的状态，三相交流电中性点与零线之间无电势差，内部继电器J1不动作，交流故障检测单元内的告警继电器J3的线圈通过J1的常闭接点接于零线于火线间，同时LED发光管点亮，指示交流电源正常。

4.2 高频开关电源模块

充电整流模块输入AC380V，输出DC240V具有稳定的直流输出，均/浮充电压、电流设置功能。装置原边检测控制电路监视交流输入电网的电压，实现输入过压、欠压、缺相保护功能及软启动的控制;辅助电源为整个模块的控制电路及监控电路提供工作电源;EMI输入滤波电路实现对输入电源作净化处理，滤除高频干扰及吸收瞬态冲击;输出测量、故障保护及微机管理部分负责监测输出电压、电流及系统的工作状况，并将电源的输出电压、电流显示到前面板，实现故障判断及保护，协调管理模块的各项操作，并跟系统通信，实现电源模块的高度智能化。

4.3 硅链降压装置

直流系统中硅链降压装置是一种可以对控制母线电压进行自动调节的调压装置。同时也可以应用在通讯电源上，对输出电压进行自动调节。

5 总结

本文以武汉地铁某线路交直流屏为研究对象，探讨分析了交直流屏系统的功能、组成结构、原理、重点零部件。交直流屏系统是城市轨道交通运营中最关键的系统之一，对正线运营影响较大，通过对其结构、功能的分析能够优化检修修程，保障运营安全。

参考文献：

[1]陈旭.城市轨道交通变电所交直流屏硅链回路的改进[J].中国新技术新产品，2010（13）：27-28.

[2]胡旭东.变电站交、直流屏电源远程监控系统的应用[J].安徽电力，2013，30（2）：72-73.