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| 标准编号 | GB/T 36287-2018 (GB/T36287-2018) | | 中文名称 | 城市轨道交通 列车再生制动能量地面利用系统 | | 英文名称 | Urban rail transit - Ground system for vehicle braking regenerative energy utilization | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | S35 | | 国际标准分类 | 29.280 | | 字数估计 | 26,254 | | 发布日期 | 2018-06-07 | | 实施日期 | 2019-01-01 | | 标准依据 | 国家标准公告2018年第9号 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、中国国家标准化管理委员会 | GB/T 36287-2018
Urban rail transit -- Ground system for vehicle braking regenerative energy utilization
ICS 29.280
S35
中华人民共和国国家标准
城市轨道交通
列车再生制动能量地面利用系统
2018-06-07发布
2019-01-01实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
中国国家标准化管理委员会 发 布
目次
前言 Ⅰ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语和定义 2
4 环境条件 3
5 供电条件 3
6 系统构成 4
7 技术要求 6
8 检验方法 12
9 检验规则 19
前言
本标准按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。
本标准由国家铁路局提出。
本标准由全国牵引电气设备与系统标准化技术委员会(SAC/TC278)归口。
本标准起草单位:株洲中车时代电气股份有限公司、北京市地铁运营有限公司、广州地铁集团有限
公司、中国铁道科学研究院机车车辆研究所、中车青岛四方车辆研究所有限公司、中车株洲电力机车有
限公司、中铁第五勘察设计院集团有限公司。
本标准主要起草人:张铁军、张志学、贺文、何多昌、曾宪钧、黄德亮、李鲲鹏、王新海、张国红、
陈中杰、吴凤娟。
城市轨道交通
列车再生制动能量地面利用系统
1 范围
本标准规定了城市轨道交通列车再生制动能量地面利用系统的环境条件、供电条件、系统构成、技
术要求、检验方法、检验规则等。
本标准适用于城市轨道交通列车再生制动能量地面利用系统(包括回馈型、储存型和混合型再生制
动能量地面利用系统),轨道交通以外的类似系统可参照执行。
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 1094.3-2003 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/T 1094.10-2003 电力变压器 第10部分:声级测定
GB/T 1094.11-2007 电力变压器 第11部分:干式变压器
GB/T 2423.1-2008 电工电子产品环境试验 第2部分:试验方法 试验A:低温
GB/T 2423.2-2008 电工电子产品环境试验 第2部分:试验方法 试验B:高温
GB/T 2423.4-2008 电工电子产品环境试验 第2部分:试验方法 试验Db:交变湿热(12h+12h循环)
GB/T 2900.1-2008 电工术语 基本术语
GB/T 2900.33-2004 电工术语 电力电子技术
GB/T 2900.95-2015 电工术语 变压器、调压器和电抗器
GB/T 3859.1-2013 半导体变流器 通用要求和电网换相变流器 第1-1部分:基本要求规范
GB/T 4208-2017 外壳防护等级(IP代码)
GB/T 10411-2005 城市轨道交通直流牵引供电系统
GB/T 12325 电能质量 供电电压偏差
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 15543 电能质量 三相电压不平衡
GB/T 15945 电能质量 电力系统频率偏差
GB/T 18494.1-2014 变流变压器 第1部分:工业用变流变压器
GB/T 21413.1-2008 铁路应用 机车车辆电气设备 第1部分:一般使用条件和通用规则
GB/T 24338.6-2009 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 25122.1-2010 轨道交通 机车车辆用电力变流器 第1部分:特性和试验方法
GB/T 32350.1-2015 轨道交通 绝缘配合 第1部分:基本要求 电工电子设备的电气间隙和
爬电距离
JB/T 501-2006 电力变压器试验导则
IEC 61881-3:2013 轨道交通 机车车辆设备 电力电子电容器 第3部分:双电解质电容器
3 术语和定义
GB/T 2900.1-2008、GB/T 2900.95-2015、GB/T 2900.33-2004、GB/T 3859.1-2013、
GB/T 10411-2005、GB/T 14549-1993界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
回馈型再生制动能量地面利用系统
将列车制动时注入直流牵引网中的多余制动能量回馈到交流电网中的能量处理系统。
3.2
储存型再生制动能量地面利用系统
将列车制动时注入直流牵引网中的多余制动能量存储到储能单元中,需要时再将能量释放出来供
列车使用的能量处理系统。
3.3
混合型再生制动能量地面利用系统
回馈型和储存型再生制动能量地面利用系统的组合。
3.4
断续周期工作制
系统按一系列相同的工作周期运行,每一个周期包括一段恒定负载运行时间和一段待机时间。
示例:工作30s,停止90s,总周期120s。
3.5
额定持续功率
长期连续稳定运行时从直流牵引网注入的功率允许值。
3.6
额定断续周期峰值功率
系统在断续周期工作制下运行时,在每一周期恒定负载运行时间内从直流牵引网注入的最大功率
允许值。
3.7
公共连接点
系统接入公用电网的连接处。
注:本标准中的公共连接点指再生制动能量地面利用系统与用户电网的连接处。
3.8
效率
回馈型再生制动能量地面利用系统或双象限变流器输出功率与输入功率之比。储存型再生制动能
量地面利用系统,系统的效率是指充电效率与放电效率之积。
3.9
储能模组
由超级电容器串并组成的储能小单元。
3.10
电压均衡单元
与模组配套使用,主要完成模组内超级电容器的电压均衡功能。
3.11
电容管理系统(CMS)控制单元
储能电源的控制管理单元,主要完成电压均衡单元的控制、对外通讯功能等。
3.12
储能单元
由CMS控制单元及储能模组串并联组成的储能部件。
3.13
直流侧纹波电压
再生制动能量地面利用系统做整流运行或释放电能时,其直流侧电压中的交流电压分量。
4 环境条件
4.1 温度
环境温度为-10℃~40℃。
储存和运输温度为-25℃~55℃。
4.2 海拔
海拔不高于2500m。
4.3 相对湿度
日均值不大于95%;月均值不大于90%(25℃),有凝露发生。
4.4 振动
系统内设备应适用于轨道周边。设计应保证装置耐受车辆通行造成的影响,能耐受的冲击振动不
应超出下列指标限值10Hz的正弦振动波:
---垂直方向加速度峰值5m/s2,持续时间30s;
---水平方向加速度峰值5m/s2,持续时间30s。
4.5 污秽等级
污染等级为GB/T 32350.1-2015中规定的PD2。
注:超出以上环境条件由供需双方协商确定。
5 供电条件
5.1 交流电压
交流电压为AC0.4kV,AC0.59kV,AC1.18kV,AC10kV,AC20kV,AC35kV(AC33kV),
电压偏差限值、频率允许偏差及三相不平衡度应满足GB/T 12325、GB/T 15945、GB/T 15543的要求。
如有特殊需求,由供需双方协商确定。
5.2 直流电压
直流电压标称值宜为DC750V和DC1500V。
直流电压波动范围应符合表1规定。
表1 直流电压范围 单位为伏
系统标称电压 系统最低电压 系统最高电压
750 500 900
1500 1000 1800
如有特殊需求,由供需双方协商确定。
5.3 辅助电源
控制系统、保护系统等监控检测所需的辅助电源应采用DC220V或DC110V电源;防凝露加热、
照明所需的辅助电源宜采用AC220V电源;散热风机(如有)所需的辅助电源宜采用AC380V 电源;
能馈变压器温控器所需的辅助电源电压等级宜采用AC220V电源。
6 系统构成
6.1 概述
城市轨道交通再生制动能量地面利用系统可分为:
---回馈型再生制动能量地面利用系统;
---储存型再生制动能量地面利用系统;
---混合型再生制动能量地面利用系统。
6.2 回馈型再生制动能量地面利用系统
回馈型再生制动能量地面利用系统是由能馈变压器、交流(低压)断路器、双象限变流器、直流隔离
开关、直流电抗器、测控系统等部件组成,其主电路典型拓扑结构见图1。
能馈变压器完成双象限变流器与交流电网之间的电气隔离和升、降压功能;交流(低压)断路器实现
双象限变流器与能馈变压器之间的保护及隔断;双象限变流器实现电能从交流到直流或从直流到交流
变换功能;直流隔离开关实现双象限变流器与直流负极母线的隔离;直流电抗器完成与直流母线的滤波
及限流功能。测控系统完成对整套系统的测量、保护、控制等。
图1 回馈型再生制动能量地面利用系统典型拓扑
6.3 储存型再生制动能量地面利用系统
城市轨道交通储存型再生制动能量地面利用系统是由直流隔离开关、直流电抗器、双象限变流器、
直流接触器、储能单元、测控系统、能量管理系统等部件组成,其主电路典型拓扑结构见图2。
直流隔离开关实现双象限变流器与直流负极母线的隔离;直流电抗器完成与直流母线的滤波及限
流功能;双象限变流器实现直流电能的双向流动,实现直流电压升压或降压变换功能;直流接触器实现
双象限变流器与储能单元间的隔断、保护功能;储能单元是直流电能的储存部分。测控系统和能量管理
系统完成对整套系统的测量、保护、控制及能量管理等。
储能介质有超级电容、电池、飞轮等,本标准中储能介质特指超级电容器。
图2 储存型再生制动能量地面利用系统典型拓扑
6.4 混合型再生制动能量地面利用系统
典型的拓扑图见图3。
图3 混合型再生制动能量地面利用系统典型拓扑
7 技术要求
7.1 功能要求
7.1.1 回收电能功能
再生制动能量地面利用系统应能将列车再生制动时产生的制动能量回收到交流电网或储能单
元中。
7.1.2 稳定直流网压功能
在其功率范围内,再生制动能量地面利用系统应能将直流母线电压稳定在预先设定值。
7.1.3 整流功能
回馈型再生制动能量地面利用系统应能将交流电网电能转换成直流电能供列车牵引使用。
注:回馈型再生制动能量地面利用系统的整流功能属于特殊需求,如需要,由供需双方协商确定。
7.1.4 通讯功能
再生制动能量地面利用系统的测控装置应采用标准的数据通信接口,数据通信协议采用具有良好
的通用性和开放性协议。
示例1:物理接口为RS485接口,通信协议为 Modbus_RTU。
示例2:物理接口为以太网接口,通信协议为TCP/IP协议。
测控装置应能实现开关状态、故障信号的遥信功能;电流、电压和电能等数据的遥测功能。
测控装置应能将系统故障信息上传变电所综合自动化系统,并需带有时标,同时具有与综合自动化
系统进行时钟同步功能,对时方式为软件对时。
如有特殊要求,供需双方协商确定。
7.1.5 数据采集、事件记录及储存显示功能
再生制动能量地面利用系统应具有数据采集功能,采集的信息应至少包括但不限于交流侧电压、交
流侧电流、直流母线电压、直流侧电流、直流侧回馈功率、直流电能等参数。
再生制动能量地面利用系统应能对各部件运行状态信息进行处理、显示并记录。设备运行状态信
息包含开关状态和系统故障信息,其中开关包括交流(低压)断路器、直流隔离开关、直流断路器及交流
开关柜内断路器等。
以上信息通过数据采集系统处理后,保存在本地装置中,存储时间大于30d,各数据项存储周期不
小于1s,可实现USB等传输方式转存。
7.1.6 热待机功能
再生制动能量地面利用系统应具有热待机功能,在断续周期工作制中,部分时间段无需能量转换,
系统在此过程中应保持热待机状态,实时监测启机条件,以便系统在下一周期能快速响应。
7.1.7 与车辆间的配合
再生制动能量地面利用系统不应影响列车正常制动工作,如车辆配置有车载电阻制动系统,应考虑
与车辆车载电阻制动系统的配合。
7.1.8 保护功能
再生制动能量地面利用系统应具有完善的保护功能,当故障发生时能及时触发保护装置或关闭系
统以避免设备损坏或故障范围扩大。具体保护功能项点可由供需双方协商确定,但应至少具有如下保
护功能:
---直流电网欠压/过压保护;
---直流电流过流保护;
---控制设备故障保护;
---交流过流保护;
---过热保护;
---交流(低压)断路器故障保护;
---框架泄漏保护等。
再生制动能量地面利用系统应能将故障信息上传给变电所综合自动化系统。
再生制动能量地面利用系统自身发生严重故障时,应主动分断对应的交流开关柜断路器和(或)直
流馈线柜断路器。
再生制动能量地面利用系统应配置直流电抗器,以满足直流侧滤波要求,同时限制直流侧发生短路
故障时的短路电流上升率。
7.1.9 安全联锁功能
为保障操作人员及维修人员的安全,保证再生制动能量地面利用系统中各设备安全运行,各组成设
备之间应设置联锁、联跳、闭锁及安全电压检测功能。
再生制动能量地面利用系统的设备辅助电源失电或综合故障信号应有硬接点信号输出,应至少提
供一对用于跳闸的触点。
再生制动能量地面利用系统应提供外部故障联跳接点,用于系统外其他设备(或部位)发生严重故
障时,联跳再生制动能量地面利用系统。
7.1.10 调试功能
再生制动能量地面利用系统在仅提供二次电源的情况下,应能通过控制设备实现系统模拟投入、退
出及待机等运行状态。
7.1.11 计量功能
再生制动能量地面利用系统应能在交流侧或直流侧对回收电能进行计量。
7.2 性能要求
7.2.1 通用性能要求
7.2.1.1 总则
再生制动能量地面利用系统的性能指标在其额定状态下标定,再生系统的输出功率应考虑接入系
统的吸纳能力,特殊要求由供需双方协商确定。
7.2.1.2 外观
系统内各设备外观、尺寸、重量、涂装等应由供需双方协商确定。
7.2.1.3 额定持续功率
再生制动能量地面利用系统的额定持续功率可根据用户需求指定,典型值宜为0.5MW、1MW、
1.5MW、2MW等。
7.2.1.4 额定断续周期峰值功率
再生制动能量地面利用系统的额定断续周期峰值功率应根据列车制动功率及相关经济性原则确
定,典型值宜为1MW、2MW、3MW、4MW等。
7.2.1.5 门槛电压范围
回馈型再生制动能量地面利用系统回馈电能时或储存型再生制动能量地面利用系统储存电能时的
启动门槛电压值应可调。对于直流标称电压为DC750V及DC1500V的两种电压制式,其回馈电能
时的启动门槛电压U的可调范围应满足表2规定。
表2 再生制动能量地面利用系统门槛电压范围(回馈/储能模式) 单位为伏
标称电压 回收模式门槛电压
DC750 空载电压+20< U≤列车再生制动工况输出的最高电压值+30
DC1500 空载电压+20< U≤列车再生制动工况输出的最高电压值+30
回馈型再生制动能量地面利用系统整流时或储存型再生制动能量地面利用系统释放能量时的启动
门槛电压值应可调。对于直流标称电压为DC750V及DC1500V的两种电压制式,其整流时或释放
能量时的启动门槛电压U 的可调范围应满足表3规定。
表3 再生制动能量地面利用系统门槛电压范围(整流/能量释放模式) 单位为伏
标称电压 回收模式门槛电压
DC750 U≤空载电压-30
DC1500 U≤空载电压-30
具体数据应根据实际线路情况,由供需双方协商确定。
7.2.1.6 过压保护值
直流标称电压DC750V系统,再生制动能量地面利用系统过压保护值不应高于1050V;
直流标称电压DC1500V系统,再生制动能量地面利用系统过压保护值不应高于2050V。
具体过压保护值应根据实际线路情况,由供需双方协商确定。
7.2.1.7 系统效率
回馈型再生制动能量地面利用系统额定负载时,系统效率应大于或等于95%;储存型再生制动能
量地面利用系统额定负载时,系统效率应大于或等于90%。
7.2.1.8 双象限变流器的效率
对于回馈型再生制动能量地面利用系统中使用的双象限变流器,其额定负荷时效率应大于或等于
98%;对于储存型再生制动能量地面利用系统中使用的双象限变流器,其额定负荷时充电效率应大于或
等于95%,放电效率应大于或等于95%。
7.2.1.9 电压电流均衡度要求
双象限变流器采用多模块并联时,多模块间的电流均衡度应大于0.92;双象限变流器采用多模块串
联时,多模块间的电压均衡度应大于0.92。
7.2.1.10 电磁兼容性
再生制动能量地面利用系统的控制保护部件电磁兼容性应符合GB/T 24338.6-2009的要求,试
验性能判定等级不应低于C级,且不应影响轨道信号的传输。
7.2.1.11 温升
再生制动能量地面利用系统中的能馈变压器、电抗器绝缘等级应选用F级及以上,温升应符合
GB/T 1094.11-2007中的温升限值规定。
在额定工况下,双象限变流器各部分的温升应符合 GB/T 21413.1-2008中各部分规定的温升
限值。
7.2.1.12 耐压
再生制动能量地面利用系统各组成设备额定工频耐受试验电压和额定冲击耐受试验电压应符合
GB/T 25122.1-2010要求。
注:耐受电压试验可能损坏功率模块,可不对变流器功率模块部分进行耐受电压试验。
7.2.1.13 直流电压纹波
再生制动能量地面利用系统在功率范围内,其直流侧输出的直流电压纹波不应大于3%。
7.2.1.14 热待机状态下的能耗
在热待机状态下,再生制动能量地面利用系统的能耗应低于其额定持续功率的0.5%。
7.2.1.15 绝缘安装和接地
再生制动能量地面利用系统中与直流系统相关的柜体应绝缘安装,并设置独立的框架泄露保护装
置,设备柜体通过框架保护的电流元件接地,并与变电所内的其他直流设备共用同一接地装置。
7.2.1.16 防火及安全
再生制动能量地面利用系统各部件应具有良好的防火性能,所选用的材料应最大限度地防止火灾
发生。应采用非延燃性材料和防火材料,不应使用燃烧后产生足以影响人体健康和对环境有害的毒气
材料,所使用的电线和电缆应是低烟无卤阻燃电缆。
高压电气设备应具有人身安全防火措施和警示标识,具有储能元件的电路应能通过固定放电电阻
或其他特定设备进行能量释放,在100min内,残压应能低于36V,以保证维修人员的人身安全。
具体放电时间可由供需双方协商确定。
7.2.1.17 结构要求
再生制动能量地面利用系统中各柜体应采用独立式金属柜,柜体结构部件之间应采用螺栓连接,不
应采用焊接方式。为便于运输和安装,单面柜体(除变压器柜体外)的尺寸不应大于1300mm(宽)×
1300mm(深)×2500mm(高)。
柜体正面(操作面)应设有柜门,柜门的开启角度应大于120°,且单扇柜门的宽度不应超过
800mm。
7.2.1.18 防护等级
再生制动能量地面利用系统中能馈变压器柜防护等级不应低于GB/T 4208-2017中规定的IP20,
其他柜体防护等级不应低于IP30。
7.2.1.19 进出线方式
再生制动能量地面利用系统各设备的进出线方式宜采用电缆下进下出。如有特殊情况,由供需双
方协商确定。
7.2.1.20 噪声要求
再生制动能量地面利用系统运行时各设备的总噪声不应超过90dB,具体指标由供需双方协商
确定。
7.2.2 回馈型再生制动能量地面利用系统特殊性能要求
7.2.2.1 电压频率、相位和不平衡度
回馈型再生制动能......
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