(广州地铁设计研究院股份有限公司广州有轨电车有限责任公司 广东广州 510000)
摘要：近年来储能式有轨电车的规划建设发展迅速，但城市征地困难且变电站的设置对城市景观影响较大，故紧凑型变电站研究具有较大的应用前景。本文基于海珠有轨电车试验段工程的交流供电方式，介绍了从变压器功能整合方向、变电站维护与操作角度提出降低变电站规模的方案
关键词：超级电容、储能有轨电车；变电站；小型化；
1、前言
城市化的飞速发展、城市人口规模急剧增长使得环境及交通面临严峻考验，发展公共交通、坚持可持续发展的绿色交通是解决这些问题的有效措施。有轨电车采用电力驱动，是一种无污染的环保、绿色交通工具。
2012年8月，中国中车已研制出超级电容与100%低地板有轨电车完美结合的新型储能式有轨电车，利用超级电容电量快充快放的特性，停站30s即可充电，制动时85%的动能可回收转化为电能储存，广州海珠线、江苏淮安线、深圳龙华线、海南三亚线等便是此类储能式有轨电车的典型应用；南京河西线、麒麟线采用蓄电池作为储能介质；青海德令哈现代有轨电车项目则利用超级电容加蓄电池的混合储能模式。
变电站是储能式有轨电车供电系统的核心部件，站内设备通常包括中压开关柜、整流变压器、充电装置、动力变压器、低压开关柜、交直流电源柜、UPS控制柜、变电所综合自动化柜等，设备多，占地面积大，征地与选址困难，影响城市景观，因此研究变电站小型化具有较大的经济和社会效益。
2、储能式有轨电车牵引供电系统
目前，新型储能式有轨电车牵引供电系统主要分为两大类型：分散整流（交流10kV系统）以及集中整流（直流1500V系统）。
广州海珠环岛有轨电车线作为全球首条新型超级电容储能式有轨电车试验线，采用的是10kV 交流充电系统，每个车站附近设置一座变电站，变电站输入10kV交流电，输出可调直流电及动力照明负荷用低压交流电。变电站内配置10kV开关柜、整流变压器、配电变压器、充电装置、低压柜、交直流柜、变电所综合自动化柜等配件。
图4 分散整流变电站设备平面布置图
箱变布置采用设备拼凑组合布置，整流变压器设置在单独的隔间，中间预留至少1500mm操作通道。设备采用内维护内操作的方式。充电站占地面积约为35平米。
3.2 变压器整合方案
在地铁牵引传统变电站中，由于配电变用电需求较大，且布置场地充裕，整流变压器和配电变压器是单独设置的，针对储能式有轨电车系统对箱式变结构紧凑化要求较高，且配电用电需求较少，将动力变压器与24脉波整流变压器整合到一起，组合设计，次边引多绕组，多绕组共铁芯及一次绕组，变压器结构尺寸变动较小，可节省设备的占地面积。整合后的变电站主接线示意图如图5所示。
图5 整流变压器与动力变压器整合方案
整流变压器采用24脉波整流的6绕组三层线圈结构，动力绕组置于最内侧，高压绕组居中，整流绕组最外侧。变压器整合后，10kV开关柜数量相应减少，由原先的4面减少至3面。
3.3 检修与维护
变电站的检修维护涉及设备日常的正常运行，为尽可能提升设备的可靠性，降低设备的维护工作量，变电站设备尽量采取模块化设计和免维护设计。变电站的10KV开关柜采取免维护设计，柜内器件选择高可靠性部件，尽可能实现使用周期内免维护。充电装置，低压电源装置采取模块化设计，便于模块故障更换，各电力电子模块内部器件，选用高可靠性器件，提高模块可靠性。
变电站采用外操作外维护的方式，充电装置附近外侧箱变设置4个维护门，便于对充电装置内部进行日常维护、检修、故障处理工作；整流变压器和配电变压器处各设置一个1000mm宽维护门，便于整流变压器和配电变压器维护工作；高压柜设置两道800mm宽维护门，以便对高压柜进行维护工作；低压交直流设备箱体处设置一个1400mm宽维护门，以便对低压交直流设备开展维护工作。优化后，变电站面积约为22平米。
4、结论
以超级电容为主的储能式有轨电车已得到广泛应用，且大多敷设在人流密度大经济较发达的城市中心地区，若变电站规模较大，设备多，导致占地面积较大，征地成本高昂，变电站小型化研究将会带来较大的经济效益。
本文研究基于交流供电方式，重点从变压器整合、维护与检修角度进行方案优化，优化后变电站面积约为22平米，相较优化前的变电站方案，占地面积缩减了约13平面。
后期可继续从功能整合、设备选型角度深入研究，如充电装置采用模块化设计，优化功率排布、降低杂散电感、提高散热效率，减小充电装置尺寸；低压交直流屏采用集成设计、将交流部分、直流部分、蓄电池集成于一个柜体等。
论文作者:何爽,范晓云,陈霞
论文发表刊物:《电力设备》2018年第34期
论文发表时间:2019/5/17
标签：变电站论文; 变压器论文; 有轨电车论文; 绕组论文; 设备论文; 储能论文; 低压论文; 《电力设备》2018年第34期论文;