城市轨道交通工程供电系统设备国产化的分析与思考.doc

城市轨道交通工程供电系统设备国产化的分析与思考北京市城建设计研究院 于松伟(100037)序言本文完成于 1999 年初，基于当 时的设备状态， 对城市 轨道交通供电设备国产化进行了分析从当时的情况来看，除直流快速开关外，其他设备基本上实现了国产 化当时发表本文的主要目的是加速和推动直流快速开关的国产化进程文中曾断言：“直流快速开关肯定会实现国产化，这个民族工业 的空白，一定会被有 识之士 填补，这一天不会太远！”现在这一美好愿望，即将变成喜人 现实在 2001 年 4 月和 11 月，上海新 联直流电器有限公司 (由原上海立新电器厂改制而成)通过两年多的发奋努力，相继研制成功了 QDS8 型直流快速开关 (1250A/1500V)－相当于瑞士 SECHERON 公司的 UR6，以及 DS16 型直流快速开关(4000A/1500V)－相当于瑞士SECHERON 公司的 UR402002 年 3 月， 这两种开关已成功地完成了型式 试验而且， UR6型开关已应用于成都青城山磁悬浮列车地面供电系统另外，江苏长江电器集团 ，自 1998 年与瑞士 SECHERON 公司签订合作生产协议后，现在通过引进 SECHERON 公司的直流快速断路器等核心部件，已 经形成在国内批量生产直流快速开关柜的能力，并且已经 向长春轻轨工程、武 汉轨道交通工程等供 货。

总而言之，在本文发表后的两年多 时间里，直流快速开关的国产化工作，又向前迈进了一大步可以说， “直流快速开关”的国产化，已 经露出了曙光只要企业、业主、设计单位等共同努力， “直流快速开关 ”就会象早晨的太阳在东方蓬勃升起！现在，北京城建设计研究院，拟将此文收入“院论文集”，特做此序，以珍视历史，激发未来本文作者： 于松伟， 2002 年 6 月，北京内容提要：本文从国家对城市轨道交通设备国产化的要求谈起，介 绍 了城市轨道交通工程供电系统设备的特点；分析了供电系统设备国产化现状， 认为主变压器用有 载调压开关可以采用国内产品，明确了直流系统所采用交流 电力电缆的电压等级；着重 对直流快速开关的国产化问题进行了思考：开发回顾、研制现 状、 应用前景、 有关建议，目的在于倡导有识之企业，抓住机遇，加大投入，加速直流快速开关柜全面实现国产化关键词：供电系统 设备 国产化分析 直流快速开关 国产化思考一、前言(兼谈国家对城市轨道交通设备国产化的要求)1、供电系统设备国产化的意义城市轨道交通工程供电系统(以下简称供电系统) ，是城市轨道交通机电设备中除车辆以外的最大辅助设备系统供电 系统设备国产化的实施，其工程意义不仅在于 能有效降低供电设备自身投资，还有助于“ 确保全部轨道车辆和机电设备的平均国产化率不低于 70％”总体目标的实现，加快城市轨道交通 设备国产化进程，促 进 城市轨道交通业健康发展。

同时，供电系统设备国产化还具有发展我国民族工业的长远历史意义2、供电系统设备国产化的方式国家鼓励采取自主开发、联合研制、消化吸收引 进技术 、系统集成等多种方式实施国产化城市轨道交通设备国产化开 发及产业化专项以国家批准的建 设项目为依 托，以承担重点领域设备国产化任务的企业为专项的主要实施单位，配合整个工程的进度开展工作在具体实施中，要兼顾当前项目建 设的需要和今后轨道交通设备 的技术发展趋势3、供电系统设备国产化的原则以九十年代先进技术水平为目标，以我国 现有的成熟机 电设备为基础，采用我国机 电工业已掌握的先进技术，先易后 难，重点突破，稳步前进，逐步形成我国城市轨道交通供电系统的设备系列二、城市轨道交通工程供电系 统设备的特点1、供电系统概述城市轨道交通工程供电系统，由以下几部分 组成：主变电 站(对于集中式供电)、牵引供电系统、动力照明系统、牵引网系统、电力监控(SCADA)系统我国牵引网系统，根据系 统标称电压不同，又分 为 750V DC 牵引网系统、 1500V DC 牵引网系统2、供电系统设备组成2.1 变压器类2.1.1 主变压器用于主变电站；常用的电压级有 110/35kV，110/10kV，110/35/10kV，63/10kV 等；容量在20～31.5MVA 左右；带有有载调压开关。

2.1.2 牵引整流变压器用于牵引变电所；常用电压等级有 10/0.61kV、35/1.22kV；容量在 2000～4400kVA 左右；联结接型式有单机组 12 脉波(如 Dy5/Dd0)、双机 组等效 24 脉波( 如：D(-7.5 °)y11d0 与D(+7.5°)y1d2)2.1.3 配电变压器用于动力照明变电所；常用电压等级有 10/0.4kV、35/0.4kV；单台容量一般在 1600kVA以下2.2 牵引整流器用于牵引变电所；硅二极管三相桥式整流；容量在 1800～4000kW 左右；空气自然冷却2.3 开关设备类2.3.1 110kV 交流开关柜用于主变电站；GIS 开关柜2.3.2 35kV 交流开关柜用于主变电站、牵引变电 所、 动力照明变电所等；35kV 真空开关柜或 35kVSF6 开关柜；35kV 充气式 C－GIS 开关柜正在研制2.3.3 750V 或 1500V 直流快速开关柜额定电压 750V DC 或 1500V DC；额定电流一般在 6000A 以下；额定断流容量一般不超过 80kA；全分闸时间约为 20～30ms2.3.4 0.4kV 交流开关柜MNS 型或 GCK 型或 GCS 型抽出式开关柜。

2.4 变电所控制保护设备对于高中压交流开关柜、 750V 或 1500V 直流快速开关柜，多采用电子保护装置；对于低压交流开关柜多采用电磁保护装置2.5 变电所辅助电源装置交流辅助电源装置，进线 一般要求双路电源，且自投自复；直流辅助电源装置，一般设有交流进线开关、充电机及电压调 整装置、 电池组、直流馈出开关等；电池可选用镉镍电池或铅酸免维护电池，容量一般在 100AH 左右2.6 电缆电线类110kV 交联聚乙烯电力电缆35kV 交联聚乙烯电力电缆10kV 交联聚乙烯电力电缆 0.6/1kV 交联聚乙烯电力电缆500V 控制电缆电线750V 或 1500V 直流电缆2.7 接触轨或柔性架空接触网2.7.1 接触轨接触轨系统有上部接触型式、下部接触型式；接触轨系 统包括接触轨、 绝缘瓷瓶或绝缘支架、防护罩、底座基础、以及隧道开关柜、供 电接线箱等2.7.2 柔性架空接触网柔性架空接触网包括以下设备：(1)线材：接触线、承力索、 馈线、架空地 线(2)主要零部件：支柱、腕臂结构、吊弦、中心 锚结、补偿器、软(硬)横跨、馈线肩架等(3)主要设备：隔离开关、分段绝缘器、绝缘子、避雷器等2.8 电力监控系统电力监控系统由电力监控中心、 执行端(RTU)、通道构成。

电力监控中心，一般采用局域网结构如果电力设备与系统间 以模拟信号通信， 则执行端一般由 继电 器屏、变送器屏、RTU 屏和 UPS 组成；如果电力设备与系统间以数字信号通信，则执行端可简化为 RTU 屏和UPS；执行端也可以利用变电所自动化系统电力监控系统一般自成系统；根据工程特点，也可以与车站设备监控系统(BAS)、防灾报警系统(FAS) 组 成综合监控系统三、供电系统设备国产化分析1、实现国产化的设备从我国机电设备现有的技术水平、制造工 艺、 产品质量、运行经验来看，下述设备完全可以实现国产化：l 主变压器l 牵引整流变压器l 配电变压器l 牵引整流器l 110kV 交流开关柜l 35kV 交流开关柜(真空或 SF6 开关)l 10kV 交流开关柜(真空或 SF6 开关)l 0.4kV 交流开关柜l 变电所控制保护设备l 变电所辅助电源装置l 110kV 交联聚乙烯电力电缆l 35kV 交联聚乙烯电力电缆l 10kV 交联聚乙烯电力电缆l 0.6/1kV 交联聚乙烯电力 电缆l 500V 控制电缆电线l 接触轨系统l 电力监控系统2、柔性架空接触网(1)线材银铜接触线：国内试制成功 承力索、馈线、架空地线：成熟产品(2)主要零部件腕臂结构：改进中吊弦：改进中中心锚结：改进中补偿器：试制成功(3)主要设备手动隔离开关：国内试制成功电动隔离开关：国内试制，建 议从国外引进分段绝缘器：建议近期从国外引进，远期国内开发试制绝缘子、避雷器：国内试制3、750V 或 1500V 直流电缆交流电力电缆可以应用于直流系统。

根据 SIEMENS 电 力电缆及其应用手册，在具有最大运行电压高达 Ubmax＝1.8kV 的直流系统中，VDE 标准允 许 使用额定相电压 U0＝0.6kV交流电力电缆另外，从 IEC502 有关电压试验的规定来看，当使用直流电压试验时，所加的电压应为工频试验电压的 2.4 倍据此，标称电压为 750V 及 1500V 的直流系统中的电缆，均可以采用 0.6/1kV 的交流电力电缆伊朗德黑兰地铁工程 1＃、2＃线，直流系统的标称电压为 750V，其中直流系统电缆采用的是沈阳电缆厂生产的 0.6/1kV 的交流电力电缆4、主变压器的有载调压开关当今国内市场对有载调压开关的需求，从 资金角度来说 ，约有一半资金购买国外产品，一半资金购买国内产品；由于国外产品价格约是国内产品的 4 倍左右，因而 从产品数量来说，国内产品的市场占有率约为 80％左右可以 说，国 产的有 载调压开关已经成熟；贵州遵义长征电气集团长征开关一厂、上海 华明电力设备制造有 限公司等企业，都有良好的用户使用业绩；而且，贵州遵义长征电气集 团长征开关一厂还拥有德国 MI 公司的生产许可证因此，建议城市轨道交通工程供电系统， 主变压器所用的有载调压 开关可以采用国内产品。

四、750V 或 1500V 直流快速开关柜的国产化思考1、直流快速开关开发回顾60 年代，北京地铁一期工程上 马时，采用了上海整流器厂仿苏的 DS1 型直流快速开关70 年代，上海立新电器厂 为地铁开发研制了 DS9、DS10 型直流快速开关，但遗憾的是因种种原因 DS9、DS10 型开关没有发展完善起来后来，西安电器设备制造厂推出了DS11、DS14 等直流开关1991 年西安电器设备制造厂，筹划 联合北京地铁公司、北京市城建设计研究院等单位，准备以北京地铁为依托，进一步研制用于地 铁的 DS 系列直流快速开关，但因研制经费没有得到落实，进一步研制工作搁 浅1995 年上海立新电器厂与瑞士赛雪龙(SECHERON)合 资，成立了上海 SECHERON 公司，原计划利用 SECHERON 的技术，发展我国的地铁直流快速开关事 业，但因故上海SECHERON 的产品也未能推向国内地铁市场1989 年，中船总武汉 712 所与北京地铁公司联合，以西门子 SIEMENS 的 3WV 直流快速开关为基础，开始了直流快速开关的研制工作1992 年 10 月，推出了样机1993 年 3 月，在北京地铁一号线进行了与国外开关的对比试验。

1994 年 试制了几台直流开关，挂在北京地铁车辆段进行运行考核 1996 年工厂对上述开关改进后，又推出了 8 台开关，替换了1994 年的样机，继续挂网运行考核2、直流快速开关研制现状近几年，我国城市轨道交通工程 发展迅猛， 许多企业把城市 轨道交通领域，作为企业效益一个新的增长点，纷纷投入到地 铁与轻轨设备的开发研制中来最明显的是 牵引整流变压器的开发、研制、投产从 95 年至今，短短的 4 年中，先后有 4 家企业研制出干式牵引变压器样机；其中最突出的是广东顺德特种变压器厂：先后研 制开发出 20/0.592kV 单机组 12脉波整。