牵引站直流1500V系统 (二) 1500V直流开关柜概述
11号线牵引站直流1500V供电系统中，由1500V直流开关柜、整流变压器、整流器、排流柜等主要设备组成，这里先重点介绍1500V直流开关柜。 一、直流开关柜设备结构 (1) 一般要求
1500V直流开关柜为具有标准防护等级的金属封闭结构，由一系列标准化的单元组成，例如低压元件室，断路器手车室，线路测试元件室等，这种设计能保障正常运行、监视和维护工作安全方便地进行。维护工作包括：元件的检修、试验、故障的寻找和处理等。
标准化单元间采用金属隔板或高强度绝缘板隔离，当某个单元内的元件发生故障时，不影响相邻设备，在运行中也便于操作员巡视、检查。在开关柜固定部分和可移动的断路器手车间加装机械联锁机构，保证在正常使用条件下，特别是在短路时，不会由于电动力的作用而被意外地分开。
在每个开关柜内设置专用的低压元件室来安装Sitras Pro，PLC和各种继电器、仪表。开关柜的结构采用诸如减震和电磁屏蔽措施，以减小由于开关分、合闸所产生的振动影响及电磁干扰影响，保证各种仪表、继电器及控制监视装置的可靠运行。 (2) 主回路的设计
各功能单元主回路的导体(包括主母线和分支母线)和串联的元件，采用高强度的绝缘子支撑或相应的加强措施，使得各功能单元能承受所规定的额定电流和短路电流。
母线的允许温度或温升不得超过与绝缘材料相连接触头和金属部件所允许的温度或温升。 整流柜与正极柜采用电缆连接，正极柜通过母排与馈线柜连接，馈线柜通过电缆与架空接触网连接，负极柜通过电缆与回流箱(均流箱)连接。 (3) 外壳
1) 外壳的结构
外壳用优质钢板制成，外壳结构厚度2.5mm，外表覆以可靠的涂层以防腐、防锈；并具有足够的机械强度，使得装在外壳内的开关、操动机构及其它元件具有它们原来的机械特性和电气性能。
外壳后封板开有百叶窗，柜顶开有通风孔，以利柜内的空气顺利流动，防止冷空气在柜内的凝结，同时在故障时使其它有害气体正常逸出。 2) 外壳的温升
为了保证操作者不致被灼伤，可触及的外壳和盖板的温升不应超过20K，对于不可触及的外壳的部位，其温升限制在内部的绝缘材料的温升允许值内。 (4) 盖板和门
盖板或门仅当隔室内可触及的主回路部分不带电时才能打开。
对在正常操作和维护时需要打开的盖板(可移动的盖板)，打开或移动盖板时，不需要使用工具。但为了保证操作者的安全还装设机械联锁和电气联锁，保证运行维护人员不会因为误操作而接触到高压部分。 (5) 通风窗、排气口
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在外壳上设有与外壳具有相同防护等级、足够机械强度的通风窗和排气口，其布置在短路时有较大压力作用下排出的气体不致危及其它设备及运行人员的人身安全。 (6) 隔板或活门
当手车处于试验位置或移开位置时活门把带电静触头自动隔离，同时，还可加装挂锁或搭勾等安全措施以确保维护、检查时的人身安全。 (7) 联锁
? 为了运行安全，开关柜的不同部件之间设置联锁。对主回路来说，须遵守下列规定： ? 可移开部件的抽出或插入，按一般正常人施加的正常操作力能够操动。 ? 只有手车到试验位置或运行位时，才允许断路器合闸。
? 只有断路器处于分闸位置时，断路器手车才能抽出或插入；当手车在工作、试验或
移开位置时，断路器可以进行分、合闸。
? 当断路器手车在工作位置时，低压插头不能拔出；在低压插头未拔出前，断路器手
车不能从开关柜中拉出来。
? 负极柜中手动隔离开关与两个1500V DC进线柜中的电动隔离开关实行联锁，只有当
1500V DC电动隔离开关处于分闸位置时，负极柜手动隔离开关才能操作。 ? 只有当主回路隔离室的元件不带电的情况下，隔室的门、盖板才能开启，可以使用
挂锁。
? 进线柜电动隔离开关与35KV GIS联锁。 二、直流开关柜设备技术性能及描述
其中，1500V直流开关柜型号为Sitras 8MF，包含正极柜(进线柜)、馈线柜和负极柜，为金属封闭式户内成套设备，由一系列标准化单元组成，其中馈线柜具有低压元件室、一次电缆室、测试元件室、断路器室等独立分割的单元，其中高、低压部分采用电隔离或光电隔离方式防止操作时的电磁干扰和保证操作人员的安全。
在这些标准化单元中设有断路器或电动隔离开关的操作设备和控制、测量、保护元件，以及母排、电源和辅助连接等二次元件。这些设备除完成当地控制、测量保护功能所需的必要元件外，还装设为实现远方监控所必须的各种转换开关和数据传输、电光转换所必须的元件，如协议转换和光电转换模块等。
馈线柜和备用手车所配的直流快速断路器均提供直接瞬时过电流脱扣器和间接快速脱扣器，装于断路器本体内，由综合测控保护装置或机械装置操控。每个直流断路器所有辅助接点均接到低压室端子排上。 (1) 馈线柜
馈线柜是安装于1500V直流正极母线与接触网上网隔离开关之间的设备，其内配置1500V正极母线、直流快速断路器、分流器以及微机综合保护控制装置Sitras Pro，实现向牵引网直流馈电的控制和保护。
直流快速断路器装于可移动的手车上。手车能方便地拉出和推入，且具有“运行”、“试验”、“移开”三个明显的位置和标志。手车入柜后有两个机械定位：试验位和运行位，两个位置均能由带扭转弹簧的机械锁定／解锁连杆可靠锁定。手车在由柜外的移开位置推入试验位置时，该扭转弹簧可将机械锁杆定位在柜内的试验位置的导口处而使手车可靠锁定在试验位置。断路器手车在试验位时，开关柜主回路动、静触头不接通，由绝缘活门上的绝缘隔板
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将动、静触头及断路器手车室、母线室隔开；断路器手车由试验位置推至运行位置时，手车上的扭转弹簧可将手车再次锁定在柜内的运行位置的导口处，保证动、静触头的良好连接，同时保证手车动触头不会撞击到母线，另外在此推进过程中，绝缘活门自动打开，既为动、静触头接合提供通道，又可缓冲推进力，防止对母线的冲击。 (2) 进线柜(正极柜)
进线柜是用于连接整流器阀侧正极与1500V正极母线间的开关设备，实现整流机组向1500V直流正极母线馈电的控制。进线柜采用电动隔离开关，其合／分操作与35KV整流变开关有硬接线的电气联锁。 (3) 负极柜
负极柜是连接于整流器阀侧负极与回流钢轨之间的开关设备，柜内装设手动隔离开关，开关柜前部设可锁住的金属门，上部有一个低压元件室。负极手动隔离开关的合／分操作与进线电动隔离开关有电气联锁。全所设一套低阻抗框架故障保护装置装于负极柜内，框架故障保护装置由一个电流元件和一个电压元件组成，电压元件可通过转换开关当地投入／切除，并可分别整定为报警和跳闸二段，该设定值可在面板上通过一个带液晶显示的人机界面(负极柜面板上的综合继电器SIMATIC PANEL)进行现场设定，且有密码保护。框架保护动作跳闸后，将闭锁相关断路器合闸，只有当故障被清除，复归框架保护后，相应断路器才能合闸，框架故障保护可通过当地和远方复归。就地复位框架故障保护的按钮位于负极柜面板上，该按钮为黄色带灯按钮。框架保护的动作信号可在当地／远方显示。
负极柜内设置一套Simatic S7-300 PLC，用于框架故障保护、信息(隔离开关位置等)采集和变电所综合自动化系统进行通信，具有与当地PC机和所内综合自动化SCADA系统进行通信的两个独立的标准通信接口。该设备安装在负极柜低压小室中。 (4) 微机综合保护测控单元Sitras Pro
馈线柜内的保护单元采用微机综合保护测控单元Sitras Pro。该装置为多CPU结构方式，实现保护、监视、控制、测量、通信等功能。其除满足相应的规范外，还满足以下要求：
1) 可靠性、选择性、灵敏性和速动性要求。 2) 适应电力牵引负荷变化剧烈、频繁的特点。
3) 配置时钟元件，并与变电所综合自动化系统实现自动对时，上传主控单元的数据带时
标，年、月、日、时、分、秒、毫秒。SOE功能通过负极柜PLC实现并上传。 4) 装置具有事件记录和故障录波功能。
Sitras Pro具有与当地PC机通信的RJ45标准以太网接口和所内综合自动化通信网络进行通信的Profibus-DP的RS485标准通信接口，实现变电所自动化系统的遥测、遥信、遥控等通讯、设定等功能。
Sitras Pro的人机界面与中央处理单元分离，通过一根通信线连接至中央处理单元。Sitras Pro人机界面采用大屏幕的单色图形显示器，可以同时显示当前设备的电参数信息和设备单线图，具有中文菜单。
? 记录功能
记录事件包括多种状态发生变化的事件，所有事件可从Sitras Pro的液晶显示屏显示或通过通信口在远方调出查看。
可存储1024个报警记录。记录报警的标识、日期、时间、报警值。
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可存储4096个事件记录，记录发生事件的标识、日期、时间、事件值。 ? 故障录波功能
故障录波可记录电流、电压等模拟量信号等状态量信号，录波数据可以波形方式输出。故障录波的起动方式可由用户设定，故障前后记录的时间可调。
所有保护的参数整定、状态数据、实时数据、实时时钟信号及其主要动作信号均储存在非易失性存储器中。在外部电源故障或失电时，这些数据可保存24小时，并能在外部电源恢复时，恢复其正常功能，重新正确显示并输出。
5) 具有当地／远方和运行／试验操作转换功能。 6) 具有回路隔离功能，当试验运行时，该保护退出运行。 7) 具有保护选择功能，每一种保护均可单独投入切除。 8) 与上位机SCADA系统的通讯
9) 双边联跳、框架保护双边联跳保护的输出接点相互独立，与常用的双边联跳方案相匹
配。直流双边联跳功能由独立的联跳继电器和联跳电缆等实现。
10) 在各开关柜低压室内设置加热器，另外在每个变电所的负极柜设置一套温、湿度控制
器，采用直流电源自动控制加热器的投入／撤除，用于防凝露保护。所有的二次端子带有防锈功能。 11) 具有保护信号复归功能
12) 可采集合、分闸操作信息及其发生的时间，并将相关信息上送。 13) 所配备功能：
? 反应电流上升率di/dt和电流增量ΔI的保护，作为中远距离短路故障的主保护。 ? 为快速切除故障并增加保护的可靠性而设置直流双边联跳保护。
? 配备反应热效应的接触网过负荷保护。当接触网长期通过大电流而使导线发热时，
该保护可跳开馈线断路器。该部分整定可通过保护继电器面板整定。 ? 定时限过流保护、过负荷保护作为辅助保护。
? 控制功能：① 断路器“合”、“分”； ② 线路测试，判别故障性质的自动重合闸功
能；③ 联锁功能； ④ 保护跳闸功能； ⑤ 当地控制操作功能；
装置带有液晶显示器及多个功能按键，且具有中文菜单。并通过功能键可进行定值整定及修改。可测量及显示馈线电流、电压等参数。(未经许可任何人不得擅自修改继保整定值!)
? 线路测试，判别故障性质的自动重合闸：
直流馈线开关柜中设置线路测试回路进行故障性质判别和自动重合闸。
? 正常操作断路器合闸时，能对线路进行多次测试，测试时间合闸周期可调。 ? 当接触网发生故障时，保护起动断路器分闸，测试装置进线测试并判别故障性
质，如故障是瞬时性的，自动重合闸将使断路器重新合闸，重合闸次数设为三次。如故障是永久性的，直流断路器不进行重合闸，将直接闭锁。
(5) PLC单元
正极柜内配置一组PLC S7-200，负极柜内配置一组PLC S7-300，可对正极柜内的电动隔离开关进行控制，并实现各柜信号收集、电流采集及正极电动隔离开关的控制功能。
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