GB∕T 36287-2018 城市轨道交通列车再生制动能量地面利用系统

ICS29.280GB/T36287—2018城市轨道交通列车再生制动能量地面利用系统国家市场监督管理总局中国国家标准化管理委员会GB/T36287—2018 I 2 8检验方法 9检验规则 IGB/T36287—2018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。本标准由全国牵引电气设备与系统标准化技术委员会(SAC/TC278)归口。1GB/T36287—2018城市轨道交通列车再生制动能量地面利用系统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GB/T1094.3—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/T1094.10—2003电力变压器第10部分：声级测定GB/T1094.11—2007电力变压器第11部分：干式变压器GB/T2423.1—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/T2423.2—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/T2423.4—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/T2900.1—2008电工术语基本术语GB/T2900.33—2004电工术语电力电子技术GB/T2900.95—2015电工术语变压器、调压器和电抗器GB/T3859.1—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/T4208—2017外壳防护等级(IP代码)GB/T10411—2005城市轨道交通直流牵引供电系统GB/T12325电能质量供电电压偏差GB/T13422—2013半导体变流器电气试验方法GB/T14549—1993电能质量公用电网谐波GB/T15543电能质量三相电压不平衡GB/T15945电能质量电力系统频率偏差GB/T18494.1—2014变流变压器第1部分：工业用变流变压器GB/T21413.1—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/T24338.6—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/T25122.1—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/T32350.1—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/T501—2006电力变压器试验导则IEC61881-3:2013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2GB/T36287—2018(Railwayapplications—Rollingstockequipment—Capacitorsforpowerelectronics—Part3:Electricdouble-layercapacitors)3术语和定义GB/T2900.1—2008、GB/T2900.95—2015、GB/T2900.33—2004、GB/T3859.1—2013、GB/T10411—2005、GB/T14549—1993界定的以及下列术语和定义适用于本文件。energyutilization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。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。回馈型和储存型再生制动能量地面利用系统的组合。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。额定持续功率ratedcontinuouspower长期连续稳定运行时从直流牵引网注入的功率允许值。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。公共连接点pointofcommoncoupling;PCC系统接入公用电网的连接处。效率efficiency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。储能模组energystoragemodule由超级电容器串并组成的储能小单元。3GB/T36287—20183.103.11电容管理系统(CMS)控制单元controlunitofc3.12由CMS控制单元及储能模组串并联组成的储能部3.13直流侧纹波电压ripplevoltage(onthed.c.side)4环境条件环境温度为—10℃~40℃。储存和运输温度为—25℃~55℃。海拔不高于2500m。日均值不大于95%;月均值不大于90%(25℃),有凝露发生。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。污染等级为GB/T32350.1—2015中规定的PD2。5供电条件交流电压为AC0.4kV,AC0.59kV,AC1.18kV,AC10kV,AC20kV,AC35kV(AC33kV),4GB/T36287—2018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。单位为伏单位为伏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。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；——混合型再生制动能量地面利用系统。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5GB/T36287—2018AC交流(低压)交流开关柜直流母线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储能单元典型的拓扑图见图3。6GB/T36287—2018混合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直流AC直流隔离开关双象限变流器亡储存部分x交流(低压)断路器节上直流母线DC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。7GB/T36287—2018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，保存在本地装小于1s,可实现USB等传输方式转存。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——直流电网欠压/过压保护；——直流电流过流保护；——交流过流保护；——过热保护；——交流(低压)断路器故障保护；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。故障时的短路电流上升率。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8GB/T36287—2018出及待机等运行状态。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。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、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空载电压+20<U≤列车再生制动工况输出的最高电压值+30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。9GB/T36287—2018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U≤空载电压一30U≤空载电压—30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。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%。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%。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/T24338.6—2009的要求，试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/T1094.11—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/T21413.1—2008中各部分规定的温升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/T25122.1—2010要求。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%。GB/T36287—2018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%。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具体放电时间可由供需双方协商确定。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)×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/T4208—2017中规定的IP20,其他柜体防护等级不应低于IP30。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。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。回馈型再生制动能量地面利用系统电压的频率和相位应与接入系统电压的频率和相位一致，应符合GB/T15945的规定。输出电压三相不平衡度应满足GB/T15543的规定。GB/T36287—2018在额定断续周期负载时，PCC处的电压谐波以及注入PCC的电流谐波含量应满足GB/T14549—1993要求。用户应提供PCC处系统最小短路容量或最小短路电流值。序号参数1网侧额定电压2额定频率3相数高压侧，三相4网侧绕组联接方式△型5阀侧绕组三相不平衡度/%6局部放电7设计寿命序号允许偏差1空载损耗2负载损耗3额定分接的空载电压比士0.5%4额定分接的阻抗电压5空载电流注：其他分接的空载电压比和阻抗电压的允许偏差由供需双方协商确定。除表4、表5规定的主要技术要求外，能馈变压器耐压水平、雷电冲击、温升、声级等指标应符合GB/T1094.11—2007的规定，能馈变压器应配置温度监控装置，可以实时监测变压器绕组及铁芯的温能馈变压器阻抗电压由供应商根据自身技术方案确定。储存型再生制动能量地面利用系统中的储能单元静电容量应为标称容量的100%～150%。满足IEC61881.3—2013相关要求。储存型再生制动能量地面利用系统中的储能单元的等效串联实测内阻不应大于标称内阻。GB/T36287—2018将试品放置于试验箱中并使其工作在额定输出状态，在大于或等于0.5h内将箱温从正常试验环境温度逐渐升高到55℃±2℃,待温度稳定后保温6h,然后在此环境对储能电源进行检测，应满足下——静电容量不低于初始值的80%;——储存能量不低于初始值的80%;——内阻小于或等于初始值的2倍。将试品放置于试验箱中并使其工作在额定输出状态，在大于或等于0.5h内将箱温从正常试验环境温度逐渐降低至—30℃±2℃,待温度稳定后保温16h对储能电源进行检测。应满足下列要求： 静电容量不低于初始值的80%:——储存能量不低于初始值的80%;——内阻小于或等于初始值的2倍。储存型再生制动能量地面利用系统中的储能单元在72h内其两端电压不应低于初始额定电压的80%。8检验方法对照相关图纸对各设备进行外观检查。主要检查项如下：d)检查各柜内所有接线应正确，无松动和错接现象，所用电线、电缆的大小和电压等级应符合e)确认柜内没有异物及杂物；对产品的外形及安装尺寸与公差进行检查。选取用于检验的所有尺寸应在规定的公差范围之内。GB/T36287—2018按JB/T501—2006的第6章的要求进行绝缘电阻和介质损耗因数测量。按JB/T501—2006的第8章的要求进行。按JB/T501—2006的第9章的要求进行。按JB/T501—2006的第10章的要求进行。按GB/T1094.3—2003中第11章的要求进行。按GB/T1094.3—2003中第12章的要求进行。按GB/T1094.3—2003中第13章的要求进行。按JB/T501—2006中第12章的要求进行。按JB/T501—2006中第13章的要求进行。按JB/T501—2006中第14章的要求进行。按GB/T18494.1—2014中6.4.3的要求进行。GB/T36287—2018按GB/T1094.10—2003的要求进行。一般情况下，使用交流工频电压进行试验。按GB/T13422—2013中5.1.2的规定进行。在满足验证双象限变流器功能要求的负载条件下，按GB/T13422—2013中5.1.4的规定进行。应在持续运行额定条件及断续周期工作制额定条件下分别进行，试验时需使用实际负载或等效负载，按GB/T13422—2013中5.1.8的方法进行。在断续周期工作制的负载条件下直接测量交流和直流的功率，若采取试验的方法确定时，按GB/T13422—2013的规定进行。应检查诸如接触器、风机、其他电气元件等辅助装置的功能，检查可结合轻载试验进行。按GB/T3859.1—2013中7.5.1的要求进行。按GB/T3859.1—2013中7.5.2的要求进行。按GB/T3859.1—2013中7.5.3的规定进行。试验应在系统内设备各部件不超过额定值冲击的条件下进行。双象限变流器采用多模块并联时，测量多模块间的电流均衡度，按GB/T13422—2013中5.1.6的要求进行；双象限变流器采用多模块串联时，测量多模块间的电压均衡度，按GB/T13422—2013中本试验可结合负载试验进行。双象限变流器控制设备的电磁兼容性试验可按GB/T24338.6—2009进行。按GB/T2423.2—2008和GB/T2423.1—2008中要求进行，若装置采用强迫通风，则按装置实际GB/T36287—2018运行情况考虑通风。按GB/T2423.4—2008中规定进行。在回馈型再生制动能量地面利用系统仅有辅助电源上电条件下，检查回馈型再生制动能量地面利应在持续运行额定条件及断续周期工作制额定条件下分别进行，试验时应使用实际负载或等效按GB/T13422—2013中5.1.8进行。应在持续运行额定负载条件下，对PCC本试验可结合负载试验进行。应在持续运行额定条件及断续周期工作制额定条件下分别进行，测量点为公共连接点。按GB/T13422—2013中5.3.8进行。本试验可结合负载试验进行。应在规定的额定电流和工作制及最不利的冷却条件下进行。如果在低于规定的最高温度的较低温针对回馈型再生制动能量地面利用系统，温升试验应分别在持续运行额定条件及断续周期工作制额定条件下进行。按GB/T3859.1—2013中7.4.2进行。本试验可结合系统负载试验进行。系统在达到额定断续周期峰值功率时，按GB/T13422—2013中5.1.16测量可听噪声。本试验可结合系统负载试验进行。GB/T36287—2018按GB/T13422—2013中5.1.10进行。本试验可结合系统负载试验进行。本试验可结合系统负载试验进行。一般情况下，使用交流工频电压进行试验。按GB/T13422—2013中5.1.2进行。在满足验证双象限变流器功能要求的负载下进行，按GB/T13422—2013中5.1.4的规定进行。可按GB/T13422—2013中5.1.8进行。在持续运行额定条件下直接测量输入和输出功率来确定，若采取试验的方法确定时，按GB/T13422—2013的规定进行。本试验可结合负载试验进行。验进行。按GB/T3859.1—2013中7.5.1的要求进行。按GB/T3859.1—2013中7.5.2的要求进行。按GB/T3859.1—2013中7.5.3的规定进行。检查应在系统内设备各部件不超过额定值冲击的条件下进行。双象限变流器采用多模块并联时，测量多模块间的电流均衡度，按GB/T13422—2013中5.1.6的要求进行；双象限变流器采用多模块串联时，测量多模块间的电压均衡度，按GB/T13422—2013中本试验可结合负载试验进行。GB/T36287—20188.3.1.9电磁兼容性试验双象限变流器控制设备的电磁兼容性试验可按GB/T24338.6—2009进行。8.3.1.10高低温试验按GB/T2423.2—2008和GB/T2423.1—2008的要求进行，若装置采用强迫通风，则按装置实际运行情况考虑通风。8.3.1.11交变湿热试验按GB/T2423.4—2008的规定进行。8.3.2储能单元试验8.3.2.1储能电容容值试验按IEC61881-3:2013中5.3的要求进行，在储能电容容量试验中选择一系列电流，使得超级电容从可用最低电压Umn到可用最高电压Umax范围内恒流充放电，充放电完成后保持末电压一段时间(10s)以建立稳定电压，如图4所示。UU=UmaxU=Umin图4超级电容恒流充放电试验图每个电流等级充放电时进行5个以上循环，取后3个循环来计算平均值，用式(1)、式(2)分别计算C=It×T./(Umax一Umin) (1)η=Eout/Ein×100% (2)C——超级电容的容值，单位为法拉(F);I₁——电流，单位为安培(A);T₁——时间，单位为秒(s);Ux电容值试验最高电压，单位为伏特(V);Umin——电容值试验最低电压，单位为伏特(V);η——能量效率；Eot——放电能量，单位为瓦特小时(W·h);Ein——充电能量，单位为瓦特小时(W·h)。A)A)GB/T36287—20188.3.2.2等效串联内阻Rpsk的试验按IEC61881-3:2013中5.3的要求进行，通过测量充放电试验中的电压突变来计算超级电容等效串联内阻Rese,试验数据取自上述恒流充放电循环试验。△U的读取应选取10s稳定期末端和充放电开始后至0.1s以内的电压突变值，如图5所示。等效串联内阻按式(3)计算：RESR=△U/I……(3)式中：REsR——超级电容等效串联内阻，单位为欧姆(Ω);△U——超级电容的电压突变值，单位为伏特(V);I——超级电容的恒流充放电电流，单位为安培(A)。10s稳定期末期放电开始阶段UlU=UniU=Umin10s稳定期末期→充电开始阶段图5等效串联内阻REsr测量试验示意图8.3.2.3温度特性试验在4.1规定的环境温度条件下，储能单元在最高温度及最低温度时的容值最大偏差应小于5%。8.3.2.4均衡试验在系统工作电压范围内，按额定工作电流对储能电源进行充电，储能模组间电压不平衡度不大于1.1(储能模组电压与模组平均电压之比);超级电容单体电压最高不超过2.85V(单体最高工作电压为2.7V时)。8.3.3储存型再生制动能量地面利用系统组合试验8.3.3.1循环充放电试验储能单元在储能单元电压为Um的前提下，以最大充电电流向储能单元充电，直到储能单元电压达到Um为止；然后以最大放电电流向直流输入侧释放能量，直到电压降到Um为止。记录充放电电流、时间和电压值，按式(4)或式(5)计算储能单元储存能量(E)。……GB/T36287—2018……(5)式中：E——储能单元储存能量，单位为焦耳(J)或瓦特小时(W·h)。上述充放电过程至少循环5次，记录的充放电电流和时间的最大偏差值应小于5%。8.3.3.2储能试验储存型再生制动能量地面利用系统以正常工作范围内任意占空比将超级电容储存电能充电到Emx,然后将储能机组置于停机工况若干时间(通常考虑当晚正常停机到次日正常启机之间的时间间隔)后，测量超级电容的剩余电能不应低于90%Emax。8.3.3.3放电试验储存型再生制动能量地面利用系统在超级电容储存到Emx的前提下，导通放电支路，所有超级电容并联支路的电容电压宜在100min之内下降到安全电压36V以下。8.3.3.4直流侧纹波电压测量直流侧纹波电压的测量是在额定条件下，测量直流电压中的交流分量的最大、最小瞬时值，试验按GB/T13422—2013要求进行，本试验可结合循环充放电试验进行。8.3.3.5温升试验应在规定的额定电流和工作制及最不利的冷却条件下进行。如果在低于规定的最高温度的较低温度下试验，应进行修正，按GB/T3859.1—2013中7.4.2的规定进行。本试验可结合负载试验进行。8.3.3.6效率测定在持续运行额定条件下直接测量输入和输出功率来确定，若采取试验的方法确定时，按GB/T13422—2013中的规定进行。本试验可结合负载试验进行。8.3.3.7噪声测量系统在达到额定断续周期峰值功率时，按GB/T本试验可结合负载试验进行。13422—2013中5.1.16测量可听噪声。8.4混合型再生制动能量地面利用系统试验混合型再生制动能量地面利用系统中的回馈部分按8.2进行试验，储存部分按8.3进行试验。9检验规则再生制动能量地面利用系统各设备试验应在与实际工况相等效的条件下，或在能保证设备性能可满足使用条件的情况下进行。再生制动能量地面利用系统各设备内配套的所有部件，如半导体器件、电抗器、电容、接触器、断路器、风机、隔离开关、传感器、互感器等，在安装前应通过出厂检验；若这些器件已附有按相应技术标准通GB/T36287—2018过出厂检验的合格证，则在组装后可进行与再生制动能量地面利用a)新产品试制完成时；b)产品的结构、工艺或材料的变更影响到列车再生制动能量地面利用系统的某些特性或参数变c)出厂检验结果与上次型式检验结果发生不允许的偏差时；d)转厂生产或停产2年及以上重新生产时。产品出厂时应逐台进行出厂检验。常规性检验项目见表6。序号检验项目检验分类技术要求对应的章条检验方法对应的章条型式检验出厂检验现场检验1外观检查√√√2尺寸和公差检查√√3称重√——4标志检查√√√能馈变压器的检验项目及其分类见表7。GB/T36287—2018序号检验项目检验分类技术要求对应的章条检验方法对应的章条型式检验出厂检验现场检验1绝缘特性测量√√√2电压比测量√√√3电压矢量关系校定√√√4绕组电阻测量√√√5外施耐压试验√√√6感应耐压试验√√7雷电冲击试验√8局部放电测试√√9空载损耗及空载电流测量√√