一种地铁区间风井的直流供电系统的制作方法

1.本发明涉及地铁区间供电技术领域，具体涉及一种地铁区间风井的直流供电系统。


背景技术：

2.随着城市轨道交通的飞速发展，地铁线路不断延长，城市郊区地铁站的间距在不断的扩大。为满足隧道通风要求及便于运营管理，对于较长的区间隧道(长度＞1.5km)，会在区间中部设置中间风机房。长距离区间风井的主要负荷为电机类设备，包括区间水泵、隧道风机等用电设备。
3.目前地铁区间风井采用交流供电系统，从相邻地铁车站的配电系统引入电源，采用400v三相五线制电缆传输电能。区间风井离车站配电所的距离越远，长距离配电电能传输损耗越大，末端电压损失越大，很容易出现末端电压不符合电能质量要求的情况，影响设备的正常启动或运行。为满足长距离配电线路末端用电设备的电压需求，一般通过增大电缆截面的方法来提高供电质量，但该方法在提高供电质量的同时，会极大增加工程的投资成本。
4.目前业内也有采用更高等级的电压进行配电，如采用10kv、35kv高压间接供电方式，从变电所引出10kv、35kv电压传输至负荷较集中位置，再降压到380v向附近设备供电，该方式可满足长距离供电需求，但除了要增加10kv、35kv电缆和变压器等设备外，还需进行二次配电，且系统所需设备和供电电缆耐压等级要求较高，造价成本也相对较高。


技术实现要素：

5.为解决长距离区间风井存在的电压降问题且保证造价成本的经济性，本发明设计了一种地铁区间风井的直流供电系统，实现区间风井设备的全直流供电，在保证系统供电可靠性的基础上，工程成本更低，具体技术方案如下：
6.本发明公开了一种地铁区间风井的直流供电系统，包括区间风井以及其两端的变电所a和变电所b，所述变电所a和所述变电所b将外部引入的电源经整流变压器和整流器降压变流后为接触网提供牵引供电，接触网和钢轨之间设置有电动列车，所述接触网和所述钢轨连接dc/dc变换装置，所述dc/dc变换装置通过直流母线同时连接储能装置、直流水泵和直流风机。
7.优选的，所述整流器通过第一直流断路器连接接触网。
8.优选的，所述接触网通过第一直流断路器连接dc/dc变换装置。
9.优选的，所述直流母线通过第二直流断路器与dc/dc变换装置、储能装置、直流水泵和直流风机连接。
10.进一步的，所述直流水泵和所述直流风机均通过变流器连接第二直流断路器。
11.优选的，所述接触网为dc1500v接触网，所述第一直流断路器为1500v直流断路器。
12.优选的，所述直流母线为750v直流母线，所述第二直流断路器为750v直流断路器。
13.优选的，所述dc/dc变换装置具有输出电压调节和双向能量转换功能，所述dc/dc变换装置的能量处理流程如下：
14.当电动列车正常运行时，实现电压调节的功能，将引自接触网的dc1500v电压降压为dc750v，并输出到直流母线上，为区间风井内的直流用电设备供电；
15.当电动列车处于制动工况产生再生制动能量时，实现能量转换的功能，将再生制动能量回馈至直流母线上，通过直流用电设备与储能装置实现对制动能量的应用与存储，实现再生制动能量的高效利用；
16.当电动列车制动后再启动时，实现能量转换的功能，将储能装置的能量输送到接触网，为电动列车的启动提供能量。
17.优选的，所述储能装置具备充电、储电和放电功能，所述储能装置的能量处理流程如下：
18.当电动列车正常运行时，储能装置利用引自接触网的电源进行充电；
19.当接触网故障或计划停电时，储能装置放电，为区间风井的直流用电设备提供电源，保证设备的正常运行；
20.当电动列车处于制动工况时，储能装置能快速吸收电动列车制动时产生且未被直流用电设备消耗的再生制动能量，实现对电动列车制动能量的利用；
21.进一步的，所述储能装置由正常储能回路和制动能量储能回路组成，所述正常储能回路为系统正常运行时充电使用，所述制动能量储能回路为电动列车制动时存储再生制动能量使用，所述储能装置设置应急和能馈两种工作模式：
22.在应急模式下，作为应急电源为区间风井的直流用电设备提供电能；
23.在能馈模式下，分别为接触网的电动列车和区间风井的直流用电设备提供启动电源。
24.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
25.本发明利用接触网作为区间风井的一路可靠电源，利用储能装置作为应急电源，保证了系统供电的可靠性；本发明采用直流供电模式，从接触网引入电源，输电距离短，直流电源输出谐波含量小，损耗小，解决了交流电源长距离供电的电压降问题；本发明直流供电系统采用两线制，相比交流供电的5线制，节省了区间电缆，有效降低建设成本；本发明通过储能装置实现对电动列车再生制动能量的存储，提高了再生制动能量的利用，同时储能装置采用分回路设计，可实现对能量的监测，实现定量的能量回馈。
附图说明
26.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
27.图1是本发明直流供电系统的拓扑结构示意图。
28.图2是本发明dc/dc变换装置的内部结构示意图。
29.图中：1、接触网；2、钢轨；3、第一直流断路器；4、dc/dc变换装置；5、第二直流断路器；6、直流母线；7、储能装置；8、直流水泵；9、直流风机；10、整流变压器；11、整流器；12、直流变压器；13、mos管；14、电动列车。
具体实施方式
30.以下通过具体实施方式的描述对本发明作进一步说明，但这并非是对本发明的限制，本领域技术人员根据本发明的基本思想，可以做出各种修改或改进，但是只要不脱离本发明的基本思想，均在本发明的保护范围之内。
31.本发明提供的一种实施例如下:
32.参见图1，本发明公开了一种地铁区间风井的直流供电系统，包括区间风井以及其两端的变电所a和变电所b，变电所a和变电所b将外部引入的电源经整流变压器10和整流器11降压变流后为接触网1提供牵引供电，接触网1和钢轨2之间设置有电动列车14，接触网1和钢轨2连接dc/dc变换装置4，接触网1通过第一直流断路器3连接dc/dc变换装置4，dc/dc变换装置4通过直流母线6同时连接储能装置7、直流水泵8和直流风机9，直流母线6通过第二直流断路器5与dc/dc变换装置4、储能装置7、直流水泵8和直流风机9连接，直流水泵8和直流风机9均通过变流器连接第二直流断路器5。优选的，接触网1为dc1500v接触网，第一直流断路器3为1500v直流断路器；直流母线6为750v直流母线，第二直流断路器5为750v直流断路器；第一直流断路器3和第二直流断路器5能可靠分断电流，配置大电流脱扣等保护功能。
33.区间风井从接触网1引入电源，区间dc1500v进线回路与接触网1之间通过汇流排电连接线夹连接，经第一直流断路器3与dc/dc变换装置4连接，dc/dc变换装置4将dc1500v降压为dc750v，经第二直流断路器5输出到直流母线6上，为区间风井的储能装置7、直流水泵8、直流风机9提供电源。
34.储能装置7具备充、储、放电的功能，当区间电动列车14正常运行时，储能装置7利用引自接触网1的电源充电；当接触网1故障或计划停电时，储能装置7放电，为区间风井的用电设备提供电源，保证设备的正常运行；当区间电动列车14处于制动工况时，储能装置7能快速吸收区间电动列车14制动时产生的再生制动能量，实现对电动列车制动能量的利用；
35.储能装置7设置了应急和能馈两种工作模式。
36.在应急模式下，作为应急电源为区间风井的用电设备提供电能；
37.在能馈模式下，分别为接触网1的区间电动列车14和区间风井的用电设备提供启动电源，储能装置7通过控制器进行模式的转换与能量的充、放；
38.储能装置7由两个回路组成，分别为正常储能回路和制动能量储能回路。两回路各占储能回路50％的容量(可据实际设定)，其中正常储能回路为系统正常运行时充电用，制动能量储能回路为区间电动列车14制动时存储再生制动能量。
39.dc/dc变换装置4的工作原理图参阅图2，dc/dc变换装置4包括直流变压器12，直流变压器12包括原边n1、原边n3和副边n2，原边n1的同名端连接电源vin的正极和原边n3的非同名端，原边n1的非同名端连接mos管13的漏极，mos管13的源极连接电源vin的负极和二极管d3的正极，mos管13的栅极与控制器连接，二极管d3的负极连接原边n3的同名端，副边n2的非同名端连接二极管d2的正极、电容c和负载r，副边n2的同名端连接二极管d1的正极，二极管d1的负极连接电感l和二极管d2的负极，电感l连接电容c和负载r，原边n1和原边n2的同名端位于同一端。
40.当mos管13的栅极输入高电平，mos管13导通，原边n1有电流，在副边n2产生感应电
流，二极管d1导通，通过二极管d1给电感l、电容c和负载r供电，利用直流变压器12实现了输入和输出之间的电隔离及降压的功能。
41.当mos管13的栅极输入低电平，mos管13从导通到关断，原边n1绕组回路断开，原边n1、副边n2都无电流，原边n3通过电源vin和二极管d3形成回路，绕组电流下正上负，把能量回存到电源vin中。
42.dc/dc变换装置4具有输出电压调节和双向能量转换功能。
43.当区间电动列车14正常运行时，实现调节电压的功能，将引自接触网1的dc1500v电压降压为dc750v，并输出到750v直流母线6上，为区间风井内的用电设备供电；
44.当区间电动列车14处于制动工况产生再生制动能量时，实现能量转换的功能，将再生制动能量回馈至750v直流母线6上，通过直流用电设备与储能装置7实现对制动能量的应用与存储，实现再生制动能量的高效利用；
45.当电动列车再次启动时，实现能量转换的功能，将储能装置7的能量输送到接触网1，为区间电动列车14的启动提供能量。
46.本发明的工作原理如下：
47.正常运行时，区间风井从dc1500v接触网1引入电源，经第一直流断路器3与dc/dc变换装置4连接，dc/dc变换装置4将dc1500v电压变换为dc750v，并经第二直流断路器5，输出到直流母线6。直流水泵8与直流风机9采用直流供电，分别通过变流器与直流母线6连接，由直流母线6为储能装置7、直流水泵8、直流风机9提供电源。储能装置7的正常储能回路通过接触网1充电，当区间风井的用电设备启动时，正常储能回路放电，为用电设备提供启动电源，当正常储能回路的电量放电完毕后，再通过接触网1进行充电；
48.当电动列车处于制动工况时，系统经dc/dc变换装置4将电动列车产生的再生制动能量回馈至直流母线6，通过直流用电设备与储能装置7实现对制动能量的应用与存储，实现再生制动能量的高效利用；当电动列车再次启动时，储能装置7的制动能量储能回路放电，为电动列车提供启动电源，实现能量的双向转换；
49.当接触网1故障或计划停电时，储能装置7放电，为区间风井的用电设备提供应急电源，保证设备的正常运行。
50.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变，因此，举凡所述技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

技术特征：
1.一种地铁区间风井的直流供电系统，其特征在于，包括区间风井以及其两端的变电所a和变电所b，所述变电所a和所述变电所b将外部引入的电源经整流变压器和整流器降压变流后为接触网提供牵引供电，接触网和钢轨之间设置有电动列车，所述接触网和所述钢轨连接dc/dc变换装置，所述dc/dc变换装置通过直流母线同时连接储能装置、直流水泵和直流风机。2.根据权利要求1所述的一种地铁区间风井的直流供电系统，其特征在于，所述整流器通过第一直流断路器连接接触网。3.根据权利要求1所述的一种地铁区间风井的直流供电系统，其特征在于，所述接触网通过第一直流断路器连接dc/dc变换装置。4.根据权利要求1所述的一种地铁区间风井的直流供电系统，其特征在于，所述直流母线通过第二直流断路器与dc/dc变换装置、储能装置、直流水泵和直流风机连接。5.根据权利要求4所述的一种地铁区间风井的直流供电系统，其特征在于，所述直流水泵和所述直流风机均通过变流器连接第二直流断路器。6.根据权利要求1所述的一种地铁区间风井的直流供电系统，其特征在于，所述接触网为dc1500v接触网，所述第一直流断路器为1500v直流断路器。7.根据权利要求1所述的一种地铁区间风井的直流供电系统，其特征在于，所述直流母线为750v直流母线，所述第二直流断路器为750v直流断路器。8.根据权利要求1所述的一种地铁区间风井的直流供电系统，其特征在于，所述dc/dc变换装置具有输出电压调节和双向能量转换功能，所述dc/dc变换装置的能量处理流程如下：当电动列车正常运行时，实现电压调节的功能，将引自接触网的dc1500v电压降压为dc750v，并输出到直流母线上，为区间风井内的直流用电设备供电；当电动列车处于制动工况产生再生制动能量时，实现能量转换的功能，将再生制动能量回馈至直流母线上，通过直流用电设备与储能装置实现对制动能量的应用与存储，实现再生制动能量的高效利用；当电动列车制动后再启动时，实现能量转换的功能，将储能装置的能量输送到接触网，为电动列车的启动提供能量。9.根据权利要求1所述的一种地铁区间风井的直流供电系统，其特征在于，所述储能装置具备充电、储电和放电功能，所述储能装置的能量处理流程如下：当电动列车正常运行时，储能装置利用引自接触网的电源进行充电；当接触网故障或计划停电时，储能装置放电，为区间风井的直流用电设备提供电源，保证设备的正常运行；当电动列车处于制动工况时，储能装置能快速吸收电动列车制动时产生且未被直流用电设备消耗的再生制动能量，实现对电动列车制动能量的利用。10.根据权利要求9所述的一种地铁区间风井的直流供电系统，其特征在于，所述储能装置由正常储能回路和制动能量储能回路组成，所述正常储能回路为系统正常运行时充电使用，所述制动能量储能回路为电动列车制动时存储再生制动能量使用，所述储能装置设置应急和能馈两种工作模式：在应急模式下，作为应急电源为区间风井的直流用电设备提供电能；
在能馈模式下，分别为接触网的电动列车和区间风井的直流用电设备提供启动电源。

技术总结
本发明涉及地铁区间供电技术领域，具体涉及一种地铁区间风井的直流供电系统，包括区间风井以及其两端的变电所A和变电所B，变电所A和变电所B将外部引入的电源经整流变压器和整流器降压变流后为接触网提供牵引供电，接触网和钢轨之间设置有电动列车，接触网和钢轨连接DC/DC变换装置，DC/DC变换装置通过直流母线同时连接储能装置、直流水泵和直流风机。本发明实现区间风井设备的全直流供电，在保证系统供电可靠性的基础上，工程成本更低。工程成本更低。工程成本更低。


技术研发人员：孙有恒 余龙 邝灿桐 胡明健 梁伟泉 陈志胜 刘伟发
受保护的技术使用者：广州白云电器设备股份有限公司
技术研发日：2023.07.14
技术公布日：2023/10/20