儲(chǔ)能式有軌電車(chē)充電電纜漏電檢測(cè)方法

黃寶亮 張春雨

摘要： 目前在儲(chǔ)能式有軌電車(chē)中，車(chē)輛負(fù)極以及地面充電系統(tǒng)負(fù)極均是接地的，采用絕緣電阻阻值來(lái)衡量絕緣狀態(tài)并不適用。因此需要一種充電電纜絕緣檢測(cè)方法，使得在儲(chǔ)能式車(chē)輛負(fù)極以及地面充電系統(tǒng)負(fù)極均接地的情況下，也能檢測(cè)充電電纜異常情況，以在較短的時(shí)間內(nèi)對(duì)漏電異常情況作出判斷，以便及時(shí)采取相應(yīng)措施，避免因漏電導(dǎo)致更嚴(yán)重的設(shè)備損失。

關(guān)鍵詞： 儲(chǔ)能式有軌電車(chē);地面充電系統(tǒng);充電裝置;漏電;絕緣檢測(cè)

【中圖分類號(hào)】U223【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1674-3733（2020）12-0210-01

引言：儲(chǔ)能式有軌電車(chē)地面充電系統(tǒng)屬于大功率充電系統(tǒng)，其較高的工作電壓對(duì)系統(tǒng)正負(fù)極間的絕緣性能提出了更高的要求。特別是在復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景下，一旦輸出充電電纜出現(xiàn)老化現(xiàn)象，導(dǎo)致絕緣性能下降，不僅影響充電系統(tǒng)和車(chē)載設(shè)備正常運(yùn)行，還會(huì)導(dǎo)致漏電回路產(chǎn)生熱積累效應(yīng)，發(fā)生起火燃燒事故。因此從安全性上考慮，必須增加對(duì)充電系統(tǒng)絕緣狀態(tài)的檢測(cè)。

1智能化充電模式

1.1多個(gè)充電裝置間相互限制保護(hù)

考慮前級(jí)DC1500V變電所的輸出容量限制，多個(gè)充電裝置同時(shí)工作將會(huì)造成變電所負(fù)荷超額，充電裝置借助電力監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)負(fù)載限額，以保證電網(wǎng)穩(wěn)定性。同一變電所1500V直流環(huán)網(wǎng)下，充電裝置間通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)建立通訊。每個(gè)充電裝置開(kāi)始充電前，接收并處理其他充電裝置的充電狀態(tài)信息，如果正在充電的充電裝置數(shù)量超過(guò)設(shè)定值，將禁止該充電裝置投入運(yùn)行充電。

1.2單個(gè)充電裝置輸出電流與車(chē)輛電壓狀態(tài)匹配

為減少充電裝置瞬時(shí)大功率對(duì)前級(jí)電網(wǎng)的沖擊，增加充電裝置本身的可靠性，充電裝置可根據(jù)進(jìn)站車(chē)輛的電壓狀態(tài)，智能匹配輸出電流。充電裝置通過(guò)配套的傳感器獲得進(jìn)站車(chē)輛的電壓值，根據(jù)車(chē)輛電壓值的高低，分別輸出不同的充電電流，保證車(chē)輛進(jìn)站期間充電裝置輸出最優(yōu)充電電流（功率）使車(chē)輛充電至預(yù)設(shè)值。例如當(dāng)進(jìn)站車(chē)輛電壓較高，大于等于A值時(shí)，充電裝置輸出相對(duì)較小電流a，該情況下，充電裝置可以輸出相對(duì)較小的功率保證進(jìn)站車(chē)輛在規(guī)定時(shí)間內(nèi)充電至預(yù)設(shè)值，從而減小大功率沖擊問(wèn)題。

2充電系統(tǒng)漏電等效分析

常規(guī)的直流系統(tǒng)母線絕緣檢測(cè)方法有“星矩”橋式檢測(cè)方法和“接地”檢測(cè)方法。儲(chǔ)能式有軌電車(chē)地面充電系統(tǒng)輸出負(fù)極與車(chē)輛行走鋼軌等電位。等效來(lái)說(shuō)，正極電纜破損對(duì)地放電，相當(dāng)于正負(fù)極電纜之間阻抗減小。當(dāng)出現(xiàn)上述情況時(shí)，正極部分電流會(huì)通過(guò)大地阻抗回流到負(fù)極，但對(duì)于充電系統(tǒng)而言，正極與負(fù)極電流還是相等的，不會(huì)有任何電流差，固然也無(wú)法通過(guò)電流差識(shí)別。因此，以上兩種檢測(cè)方法（基于絕緣檢測(cè)和電流差檢測(cè)）均不適用于本系統(tǒng)。

3有軌電車(chē)充電對(duì)電網(wǎng)的影響分析

3.1對(duì)城市配電網(wǎng)的影響

在滿足有軌電車(chē)線路充電站容量的前提下，由于直流供電網(wǎng)絡(luò)和中壓供電網(wǎng)絡(luò)采用的是專有線路，故其不會(huì)對(duì)其他用電負(fù)荷產(chǎn)生較大干擾。而儲(chǔ)能式充電裝置就近接入了380V城市低壓配電網(wǎng)，其充電功率約為配電網(wǎng)變壓器容量的1/3。因此，需對(duì)有軌電車(chē)接入的線路進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃，避免接入負(fù)荷過(guò)重的線路，更多考慮線路負(fù)載率低的接入點(diǎn)，故采用低壓供電網(wǎng)絡(luò)充電的有軌電車(chē)站點(diǎn)需根據(jù)城市負(fù)荷情況及有軌電車(chē)線路規(guī)劃綜合決定。

3.2對(duì)城市輸電網(wǎng)的影響

直流牽引供電網(wǎng)和中壓牽引供電網(wǎng)絡(luò)下充電裝置輸入功率和有軌電車(chē)輸入功率相等，而低壓供電網(wǎng)絡(luò)下充電裝置輸入功率則低于有軌電車(chē)的輸入功率。充電裝置內(nèi)超級(jí)電容組充電時(shí)間為2輛有軌電車(chē)發(fā)車(chē)間隔時(shí)間，在同樣充電能量的前提下，其充電裝置輸入功率為前兩者的1/20～1/6。以某超級(jí)電容有軌電車(chē)運(yùn)行參數(shù)為例，有軌電車(chē)輸入電壓為DC900V，輸入電流1200A，輸入功率1.08MW，設(shè)站點(diǎn)20個(gè)。當(dāng)多個(gè)站點(diǎn)同時(shí)充電時(shí)，采用直流牽引網(wǎng)和中壓牽引供電網(wǎng)絡(luò)下的充電方式對(duì)城市電網(wǎng)提出了極大挑戰(zhàn)。而儲(chǔ)能式充電裝置通過(guò)延長(zhǎng)充電時(shí)間極大地減小了對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的容量需求。

4漏電檢測(cè)方法構(gòu)建與分析

4.1多支路絕緣檢測(cè)方法

利用可控開(kāi)關(guān)K+和K-先后斷開(kāi)閉合時(shí)的正負(fù)極母線對(duì)地電壓，結(jié)合引入的絕緣檢測(cè)電阻R及各支路的漏電流可以求得各支路的絕緣電阻。當(dāng)可控開(kāi)關(guān)K+和K-均斷開(kāi)時(shí)，利用正負(fù)極母線對(duì)地電壓和支路漏電流值可以求得某一支路單極對(duì)地絕緣電阻值，進(jìn)而可求得各個(gè)支路對(duì)地絕緣電阻值。

4.2支線的接地檢測(cè)

一般的直流絕緣監(jiān)測(cè)方法，是利用直流電源控制母線的工作電壓作為電源，通過(guò)檢測(cè)正負(fù)母線對(duì)地漏電流來(lái)測(cè)量母線的絕緣電阻。此方法的優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)電路簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好;但是，由于現(xiàn)有直流測(cè)量方法的原因，無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量直流電源合閘母線和各條電源饋出線的對(duì)地絕緣電阻，從而限制了其測(cè)量精度。改進(jìn)的直流電橋法母線接地電阻檢測(cè)，是利用直流母線的工作電壓，采用小電流傳感器分別測(cè)量合閘母線、控制母線以及各條饋出線的對(duì)地漏電電流，然后根據(jù)測(cè)量得到的電流和電壓對(duì)應(yīng)關(guān)系列出方程組求解接地電阻。

4.3交流檢測(cè)法檢測(cè)支路電阻

交流檢測(cè)是通過(guò)在母線上施加一交流信號(hào)的方法，對(duì)支線電阻進(jìn)行檢測(cè)。這一方法的有效性是在此交流電壓的作用下，支路正負(fù)兩線的交流電流方向是一致的，這一電流會(huì)唯一地反映該支路的接地電阻。所以，交流檢測(cè)方法被廣泛應(yīng)用于檢測(cè)支線接地電阻。

4.4電壓信號(hào)采集

充電裝置輸出端正負(fù)極電壓U通過(guò)內(nèi)置電阻將電流限制在較小范圍內(nèi)，電流經(jīng)過(guò)線圈感應(yīng)出相應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，該電動(dòng)勢(shì)經(jīng)過(guò)電路調(diào)整后反饋給補(bǔ)償線圈，該補(bǔ)償線圈產(chǎn)生的磁通與原邊電流產(chǎn)生的磁通大小相等、方向相反，此時(shí)通過(guò)次邊電流來(lái)精確測(cè)量原邊電壓U。

結(jié)語(yǔ)：儲(chǔ)能式有軌電車(chē)地面充電裝置通常為大功率充電裝置，且一般采用恒流充電方式。本文介紹的漏電檢測(cè)方法，能夠在充電電纜破損放電等情況下，快速、簡(jiǎn)單地發(fā)現(xiàn)異常情況并報(bào)警，防止異常進(jìn)一步擴(kuò)大。同時(shí)，該方法完全通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)，無(wú)需增加其他檢測(cè)電路，耗費(fèi)成本較低，技術(shù)上也容易實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]張勛，李剛.變電站直流系統(tǒng)絕緣檢測(cè)方法研究[J].電氣技術(shù)，2006，（10）：69-73.

[2]陳朝暉，毛業(yè)軍，張偉先.現(xiàn)代有軌電車(chē)地面充電裝置的應(yīng)用研究[J].電力機(jī)車(chē)與城軌車(chē)輛，2017，40（6）：25-27.

[3]田煒，常鵬飛，林嬋娟.現(xiàn)代有軌電車(chē)供電方式的研究與對(duì)比[J].現(xiàn)代城市軌道交通，2018（8）：13-15.

[4]蔡波，李鯤鵬.現(xiàn)代有軌電車(chē)無(wú)接觸網(wǎng)牽引供電方式研究[J].城市軌道交通研究.2015，18（1）：72-77.

[5]那凱鵬，劉國(guó)忠，楊宇飛.超級(jí)電容充電方法研究[J].電子設(shè)計(jì)工程，2014，22（22）：91-93.