2023城市轨道交通直流牵引供电双向变流装置技术条件.docx

城市轨道交通直流牵引供电双向变流装置技术条件目次前言II1范围12规范性引用文件13术语和定义14运行条件34.1环境条件34.2供电条件35产品分类及构成45.1产品分类45.2产品规格45.3产品系统构成46技术要求56.1功能要求56.2性能要求66.3安全要求87试验87.1一般检查87.2 双向变流器试验87.3 变流变压器试验97.4 双向变流装置试验108检验规则118.1 概述118.2 双向变流器的试验项目118.3 变流变压器的试验项目118.4 双向变流装置的试验项目129标志、包装、运输和储存129.1标志129.2包装139.3运输139.4储存13III城市轨道交通直流牵引供电双向变流装置技术条件1范围本标准规定了城市轨道交通直流牵引供电双向变流装置的运行条件、产品分类、技术要求、试验方法、标志、包装、运输及储存条件方面的技术要求。本标准适用于城市轨道交通直流牵引供电系统中以全控型半导体器件为基础，具备牵引/回馈双向变流功能的直流牵引供电装置。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注明日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T 3859.1-2013 半导体变流器 通用要求和电网换变流器 第1-1部分：基本要求规范GB/T 13422-2013 半导体变流器 电气试验方法GB/T 14549-1993 电能质量 公用电网谐波GB/T 12325-2008 电能质量 供电电压偏差GB/T 15945-2008 电能质量 电力系统频率偏差GB/T 10411-2005 城市轨道交通直流牵引供电系统GB/T 10236-2006 半导体变流器与供电系统的兼容及干扰防护导则GB/T 24338.6-2018 轨道交通 电磁兼容第5部分 地面供电装置和设备的发射与抗扰度GB/T 15543-2008 电能质量 三相电压不平衡JB/T 10693-2007 城市轨道交通用干式牵引整流变压器GB 1094.1-2013 电力变压器 第1部分 导则GB 1094.3-2008 电力变压器 第3部分 绝缘水平 绝缘试验和外绝缘空气间隙GB 1094.5-2008 电力变压器 第5部分：承受短路的能力GB 1094.10-2003 电力变压器 第10部分 声级测定GB 1094.11-2007 电力变压器 第11部分：干式变压器GB/T 4208-2017 外壳防护等级（IP代码）IEC 60255 电气保护继电器CJ/T 370-2011 城市轨道交通直流牵引供电整流机组技术条件GB/T 10228-2015 干式电力变压器技术参数和要求JGB/T 501-2006 电力变压器试验导则GB/T 36287-2018 城市轨道交通列车再生制动能量地面利用系统3术语和定义GB/T 3859.1-2013、GB/T 13422-2013、GB/T 14549-1993界定的以及下列术语和定义适用于本标准。为了便于使用，以下重复列出了以上标准中的某些术语及定义。3.1双向变流器 bidirectional converter功率流通方向可逆的变流器。GB/T 3859.1-2013 术语和定义3.3.73.2变流变压器 converter transformer与双向变流器组成双向变流装置以便与交流电源进行电能交换的变压器。3.3双向变流装置 bidirectional converter assembly由变流变压器和双向变流器及其附件组成，实现交流电能与直流电能之间的电能变换。3.4整流模式rectifier mode双向变流装置从交流电网吸收能量转换为直流电能供车辆使用。3.5逆变模式inverter mode双向变流装置将车辆再生制动能量回馈到交流电网。3.6无功补偿模式 static var compensator mode 双向变流装置向交流电网补偿无功功率。3.7额定输出功率 rated output power双向变流装置持续运行时的输出功率（整流或者逆变模式）。3.8峰值功率 peak power双向变流装置允许输出的最大功率（整流或者逆变模式）。3.9谐波 harmonic对周期性交流量进行傅立叶级数分解，得到频率为基波频率大于1整数倍的分量。GB/T 14549-1993 术语 3.43.10功率效率 power efficient输出（有功）功率与输入（有功）功率之比； GB/T 13422-2013 术语和定义 3.53.11公共连接点 point of common coupling用户接入公用电网的连接处。GB/T 14549-1993 术语 3.1注：本标准中指双向变流装置与交流供配电系统的连接处。3.12功率因数 power factor在额定输出功率条件下，有功功率P的绝对值与表观功率S之比。GB/T 3859.1-2013 术语和定义 3.7.133.13直流侧纹波电压 ripple voltage（on d.c. side）双向变流装置整流或逆变运行时，其直流侧电压中的交流电压分量。4运行条件4.1环境条件4.1.1 温度 环境温度：-10°C+40°C；储存温度：-25°C+55°C。4.1.2 相对湿度日平均值95%，月平均值90%（20°C）。4.1.3. 海拔海拔高度：1000m。4.1.4. 安装地点户内。注：设备的安装使用地点应无爆炸危险，无腐蚀气体及导电尘埃，采取良好的通风散热措施。4.1.5. 污秽等级污染等级为TB/T 3251.1-2010中规定的PD3。4.2供电条件4.2.1 直流侧电压双向变流装置的直流侧输出电压范围应满足GB/T 10411-2005中4.4的规定。4.2.2 交流侧电压双向变流装置的三相交流系统标称电压为AC10kV、AC20kV、AC35kV（33kV）等，电压偏差限值及频率允许偏差应满足GB/T 12325-2008及GB/T 15945-2008中的要求。如有特殊需求，由供需双方协商确定。4.2.3 辅助电源电压控制保护系统、照明系统和加热系统所需的辅助电源电压等级应采用DC220V或者DC110V电源，其电压波动范围不应超过规定电压的90%110%；散热系统所需的辅助电源电压等级宜采用AC220V或者AC380V电源，其电压波动范围不应超过额定电压的85%110%。5产品分类及构成5.1产品分类1）按照直流侧供电制式，可将双向变流装置分为1500V系列和750V系列；2）按照应用场景不同，可将双向变流装置分为整流模式应用和逆变模式应用；其中，整流模式应用时的工况又可分为实际提供变电所内全部的牵引功率，或者作为辅助整流装置与整流机组配合使用。5.2产品规格1） 直流侧供电电压为1500V制式时，其额定功率的典型值可为1000kW、1500kW、1800kW、2250kW、2500kW、2700kW、3000kW、3600kW、4000kW等。2） 直流侧供电电压为750V制式时，其额定功率的典型值可为1150kW、1350kW、1500kW、1650kW、1875kW、2250kW。3）双向变流装置的负载输出能力：根据不同的应用场景，双向变流装置的负载输出能力应满足下表1中的要求：表1 双向变流装置的负载输出能力序号负载输出能力1满足GBT 3859.1-2013中V级负荷的要求： 1）额定输出功率时装置持续运行；2）1.5倍额定输出功率时装置运行2h；3）2.0倍额定输出功率时装置运行1min。注：其中24h内允许1.5倍额定功率（2h）运行两次，间隔时间不低于8h。2满足GBT 3859.1-2013中VI级负荷的要求： 1）额定输出功率时装置持续运行；2）1.5倍额定输出功率时装置运行2h；3）3.0倍额定输出功率时装置运行1min。注：其中24h内允许1.5倍额定功率（2h）运行两次，间隔时间不低于8h。3自定义模式运行：1）额定输出功率时装置持续运行；2）装置峰值功率及持续时间可由用户和承包商协商确定，不高于GBT 3859.1-2013中VI级负荷的要求。5.3产品系统构成双向变流装置由双向变流器和变流变压器等部分组成，系统接入方案如下图2所示，双向变流器的交流侧通过变流变压器接至交流母线，直流侧接至直流母线，在变流器交流侧设置交流断路器或交流接触器等。图2 双向变流装置接入系统方案示意图说明：1变流变压器2低压交流开关3双向变流器4双向变流装置6技术要求6.1功能要求6.1.1 运行功能6.1.1.1 四象限运行功能具备实现装置有功功率和无功功率的独立双向控制功能。6.1.1.2 智能识别控制功能具备自动选择和切换运行模式的功能。6.1.1.3 稳压运行功能具备将直流母线电压稳定在预设值的功能。6.1.1.4 限功率运行功能装置在装置的负载能力范围内，具备按照功率调度指令运行的功能。6.1.2保护功能6.1.2.1 双向变流器的保护功能配置双向变流装置应具备完善的保护功能，当故障发生时能够及时触发保护装置或者关闭系统以避免变流装置损坏或者故障扩大，具体保护功能项数可由供需双方协商确定，双向变流器至少应具备以下保护功能：1）框架泄漏保护功能2）交流欠电压保护功能3）交流过电压保护功能4）交流过电流保护功能5）直流欠电压保护功能6）直流过电压保护功能7）直流过流保护功能8）功率模块过温保护功能9）功率模块驱动保护功能10）交流电网失电保护功能注：其中，框架保护装置可安装在变电所负极柜中，也可安装在双向变流器中。6.1.2.2 变流变压器的保护功能配置变流变压器应具备绕组超温报警、超高温跳闸、外壳开门监视等保护功能。6.1.3联锁联跳功能1）双向变流装置应具有与外部开关设备的安全联锁功能，当装置前、后级的开关设备合闸时，变流装置的柜门不能打开；2）双向变流装置应具备外部故障联跳功能，当系统外的其他设备发生严重故障时，应能联跳变流装置；3）双向变流装置应具备内部故障联跳功能，当变流装置发生内部严重故障时，可以联跳装置前、后级的开关设备。6.1.4显示、信息采集和事件记录功能1）显示装置采用人机界面，通过操作实现对装置运行状态的实时显示、用户级参数修改和故障情况的显示和记录。2）采集双向变流装置柜内包括但不限于所有的故障、报警信号、电压和电流模拟量、开关状态等信号。3）具备事件记录和故障录波功能，故障记录应可在本地存储或通过网络上传。6.1.5通信功能1）双向变流装置的测控装置应采用标准的数据通信接口，数据通讯协议采用具有良好的通用性和开放性。2）物理接口宜为RS485或以太网接口，通信协议宜为Modbus_RTU或TCP/IP协议。6.2性能要求6.2.1 启动电压双向变流装置处于牵引或者回馈工作模式由直流侧的电压值决定，根据装置的应用场景，其工作电压范围应满足GB/T 14022010中的要求，具体如下表所示：6.2.1.1装置处于牵引模式下的启动电压装置在牵引模式下的启动电压满足下表1中的要求：表1 装置牵引模式启动电压范围供电电压等级牵引模式下的直流电压范围DC1500V系统最低持续电压U空载电压DC750V系统最低持续电压U空载电压6.2.1.2装置处于逆变模式下的启动电压装置在逆变模式下的启动电压满足下表2中的要求：表2 装置回馈模式启动电压范围供电电压等级回馈模式下的直流电压范围DC1500V空载电压+20VU系统最高非持续电压DC750V空载电压+20VU系统最高非持续电压注：具体数值可根据线路的实际情况进行设置。6.2.2系统效率峰值功率下双向变流装置的系统效率 96%。6.2.3功率因数峰值功率下双向变流装置的功率因数 0.98。6.2.4谐波分量双向变流装置在峰值功率条件下，并网接入点的电压谐波以及电流谐波分量应满足GB/T 14549-1993 中的要求。6.2.5直流侧电压纹波双向变流装置在峰值功率条件下，其直流侧的直流电压纹波系数应3%。6.2.6电磁兼容双向变流装置控制保护系统的电磁兼容性能应满足GB/T 24338.6-2018中的要求，试验性能判定等级不应低于C级，且不应影响轨道系统信号的传输。6.2.7噪声1）变流变压器的噪声应满足GB 1094.11-2007中的相关规定。2）双向变流器在峰值功率下运行的噪音不应超过90dB。6.2.8温升1）变流变压器的绝缘等级应选用F级以上，温升限值应满足JB/T 10693-2007中4.9的规定。2）峰值功率条件下双向变流器的各部分温升限值应满足GB/T 3859.1-2013中7.4.2的规定。6.2.9 变流变压器变流变压器应采用户内、干式变压器，其主要性能要求见表3。表3 变流变压器技术要求序号项目参数1额定容量与双向变流器的额定功率匹配，其典型值应符合CJ/T 370-2011中表4.1的规定2过载能力与双向变流器的负载输出能力匹配3网侧电压AC 10kV /20kV /33kV /35kV4额定频率50Hz±0.5Hz5相数高压侧，三相6网侧绕组连接方式型7局部放电10pC8设计寿命30年变流变压器的温升限值、绝缘水平、声级等指标应满足GB/T 1094.11-2007、GB/T 1094.10-2003及JB/T 10693-2007中的相关规定，变流变压器应配置温度监控装置，保护功能见6.1.2.2中的要求。变流变压器故障及状态等信息可以通过通信的方式输出，也能通过无源接点的方式输出。6.3安全要求6.3.1绝缘要求1. 双向变流器的绝缘电阻应满足以下要求：a） 在DC1500V供电制式下，双向变流装置主回路的绝缘电阻为2M；b） 在DC750V供电制式下，双向变流装置主回路的绝缘电阻为1M。2. 双向变流器的工频耐受电压应满足以下要求：a） 在DC1500V供电制式下，双向变流装置主回路的工频耐受电压为5.6kV/50Hz/1min；b） 在DC750V供电制式下，双向变流装置主回路的工频耐受电压为3.8kV/50Hz/1min；c） 二次回路的工频耐受电压为2kV/50Hz/1min。3. 双向变流器的冲击耐受电压应满足以下要求：a） 在DC1500V供电制式下，双向变流装置主回路的冲击耐受电压为18kV（波形1.2/50s）；b） 在DC750V供电制式下，双向变流装置主回路的冲击耐受电压为12kV（波形1.2/50s）。4. 变流变压器的绝缘应满足以下要求：变流变压器的绝缘水平应满足GB/T 1094.112007中的要求。6.3.2绝缘安装双向变流器的柜体采用绝缘安装，绝缘电阻大于2M。6.3.3外壳防护1）装置柜体外壳所采用的结构和材料具有足够的机械强度和防腐性能，表面涂覆层应均匀、光洁，金属零件不应有锈蚀及其他损伤。2）装置外壳防护等级不低于GB/T 4208-2017中规定的IP20的要求，并防止垂直滴水。7试验7.1一般检查为保证装置制造正确并满足所规定的全部要求，应对照相关图纸对设备进行一般检查，主要检查内容如下：1）检查各柜体外表面油漆及电镀应完好，无划痕和其他外观损坏，螺栓及紧固件可靠安装； 2）检查柜体内各元器件安装应牢固，电缆线和控制导线连接符合图纸要求。3）检查柜内端子排无脱落和松动，端子号及标线号与接线图相符；4）确认柜内无异物和杂物，冷却系统无堵塞；5）确认柜门及门锁的开闭操作应顺畅。7.2 双向变流器试验7.2.1 绝缘电阻试验按照GB/T 13422-2010中5.1.1的规定进行绝缘电阻试验，试验结果满足6.3.1中的要求。7.2.2 绝缘耐压试验按照GB/T 13422-2010中5.1.2的规定进行绝缘耐压试验，试验结果满足6.3.1中的要求。注：一般来说，出厂试验中只进行工频耐压试验即可，型式试验中还要进行冲击耐压试验。7.2.3 辅助装置试验按照GB/T 3859.1-2013中7.5.1的规定进行试验，主要检查接触器、人机操作界面及各表头的显示功能等是否正常，可结合功能试验进行。7.2.4 控制设备性能检查按照GB/T 3859.1-2013中7.5.2的规定进行试验。7.2.5 保护装置检查按GB/T 3859.1-2013中7.5.3的规定进行试验，试验应尽可能在设备中的部件不超过其额定值的应力下进行。7.2.6 功能试验（轻载试验）按照GB/T 3859.1-2013中7.3.1的规定进行试验。7.3 变流变压器试验7.3.1绕组电阻测量按照GB/T 1094.1-2013中11.2和JB/T 501-2006中第10章的要求进行变压器绕组电阻测试。7.3.2绝缘电阻测量按照JB/T 501-2006中第6章的要求进行变压器绝缘电阻测试。7.3.3电压比测量按照GB/T 1094.1-2013中11.3和JB/T 501-2006中第8章的要求进行变压器电压比测量。7.3.4电压矢量关系校定按照GB/T 1094.1-2013中11.3和JB/T 501-2006中第9章的要求进行变压器联结组标号的检定。7.3.5短路阻抗测量按照GB/T 1094.1-2013中11.4和JB/T 501-2006中第14章的要求进行变压器短路阻抗测试。7.3.6空载损耗和空载电流的测量按照GB/T 1094.1-2013中11.5和JB/T 501-2006中第13章要求进行变压器空载损耗和空载电流的测试。7.3.7外施耐压试验按照GB/T 1094.3-2003中第11章和JB/T 501-2006中第11.3中的要求进行变压器外施耐压试验。7.3.8感应耐压试验按照GB/T 1094.3-2003中第12章的要求进行变压器外施耐压试验。7.3.9声级测定按照GB/T 1094.10-2003中的要求进行变压器声级测定。7.3.10局部放电试验按照GB 1094.11-2007第22章和JB/T 501-2006第12章的要求进行变压器局部放电试验。7.3.11 温控器性能试验按GB/T 3859.1-2013中7.5.3的规定进行。试验应在系统内设备各部件不超过额定值冲击的条件下进行。7.4 双向变流装置试验7.4.1 功能试验（轻载试验）按照GB/T 13422-2013中5.1.4的规定进行双向变流装置的稳压、整流、逆变和无功补偿功能的验证。7.4.2负载试验在装置的峰值功率条件下按照GB/T 13422-2013中5.1.8的规定进行试验，使用实际负载或者等效负载。 7.4.3 功率效率试验在装置峰值功率条件下按照GB/T 13422-2013中5.1.10的规定进行试验，采用负载试验方法分别测试装置处于牵引模式和逆变模式下的系统内部损耗。本试验可结合负载试验进行。7.4.4 功率因数试验在装置的峰值功率条件下，分别测试装置处于牵引模式和逆变模式下的功率因数，测试点为接入点处。本试验可结合负载试验进行。7.4.5 谐波测量在装置的峰值功率条件下按照GB/T 13422-2013中5.3.8的规定进行试验，测试点为接入点处。本试验可结合负载试验进行。7.4.6 直流测纹波电压测量在装置的峰值功率条件下按照GB/T 13422-2013中的要求，测量直流电压中的交流分量的最大、最小瞬时值，可结合负载试验进行。7.4.7电磁兼容试验装置控制保护系统的电磁兼容试验按照GB/T 24338.6-2018中的要求进行试验。7.4.8噪声试验在双向变流装置峰值运行条件下，按照GB/T 13422-2013中5.1.16的规定测量可听噪声，本试验可结合系统负载试验进行。7.4.9温升试验在装置的额定功率或者峰值功率条件下按照GB/T 3859.1-2013中7.4.2的要求，可结合系统负载试验进行。8检验规则8.1 概述变流变压器的试验分为型式试验、出厂（例行）试验，双向变流器的试验分为型式试验、出厂（例行）试验；双向变流装置的试验为联调试验。有下列情况之一时，一般应进行全部或部分型式检验：1）新产品的试制定型鉴定；2）正式生产后，如结构，材料，工艺有较大改变，可能影响产品性能时；3）产品长期停产后，恢复生产时；4）出厂试验结果与上次型式试验有较大差异时；5）用户提出特殊要求，经制造商同意时。8.2 双向变流器的试验项目双向变流器的试验项目见下表5所示表5 双向变流器的试验项目序号试验项目检验分类技术要求对应的章条检验方法对应的章条型式试验出厂试验现场试验1.一般性检查*6.3.37.12.绝缘试验*6.3.1/6.3.27.2.1/7.2.23.辅助装置试验*4.2.37.2.34.控制设备性能检查*-6.1.4/6.1.57.2.45.保护装置检查*-6.1.2.1/6.1.37.2.56.功能试验（轻载试验）*6.1.1.1/6.1.1.2/6.1.1.3/6.2.17.2.6*表示必做的试验项目8.3 变流变压器的试验项目变流变压器的试验项目见下表6所示表6 变流变压器的试验项目序号试验项目检验分类技术要求对应的章条检验方法对应的章条型式试验出厂试验现场试验1.绕组电阻测量*6.2.97.3.12.绝缘电阻测量*6.2.97.3.23.电压比测量*6.2.97.3.34.电压矢量关系校定*6.2.97.3.45.短路阻抗测量*-6.2.97.3.56.空载损耗和空载电流的测量*-6.2.97.3.67.外施耐压试验*-6.2.97.3.78.感应耐压试验*-6.2.97.3.89.声级测定*-6.2.97.3.910.局部放电试验*-6.2.97.3.1011.温控器性能试验*-6.2.9/6.1.2.27.3.11*表示必做的试验项目8.4 双向变流装置的试验项目双向变流装置的试验项目如下表7所示表7 双向变流装置的试验项目序号试验项目检验分类技术要求对应的章条检验方法对应的章条型式试验出厂试验现场试验1.一般检查*6.3.37.12.功能试验*6.1.1/6.2.17.4.13.负载试验*6.2.17.4.24.功率效率试验*-6.2.27.4.35.功率因数试验*-6.2.37.4.46.谐波测量*-6.2.47.4.57.直流侧纹波电压测量*-6.2.57.4.68.电磁兼容试验*-6.2.67.4.79.噪声试验*-6.2.77.4.810.温升试验*-6.2.87.4.9*表示必做的试验项目9标志、包装、运输和储存9.1标志装置铭牌内容：1）制造厂名；2）产品执行的标准代号；3）产品型号、编号、名称、出厂日期；4）输入额定值电压；5）输出额定值额定输出功率；外包装内容：1）产品型号、名称及出厂编号；2）产品净重、产品含包装箱的毛重；3）位置标志有层高、向上、防潮、小心搬运等字样；4）包装箱外型尺寸。9.2包装1）包装前，应将可动部分固定；重量较大的部件应单独包装运输。2）采取防潮、防霉、防腐蚀、防冻措施。在包装箱的两个侧面以国际通用的标志和图案标明重心和吊点。3）符合包装运输的要求，保证产品在运输存放过程中不受机械损伤，并具有防潮能力。9.3运输1）产品在运输过程中，不应有剧烈振动、撞击和倒放。2）在运输过程中的储存温度为-25°C -55°C，相对湿度不大于95%，双向变流装置应能承受在此环境中的短时储存。9.4储存1）包装好的成套装置一般储存在-10°C - 40°C，相对湿度不大于90%，周围空气中应不含腐蚀性、易燃性及爆炸性物质的室内。2）不需立即安装的某些部件，应将其储存在一个干净、干燥的地方，并避免温度变化、高湿度及尘埃。133