储能式有轨电车整流充电站小型化技术方案

储能式有轨电车整流充电站小型化技术方案

杨霖

(广州有轨电车责任有限公司广东广州510330)

摘要：随着有轨电车在广州、武汉、南京等地的投运，未来有轨电车将得到更快的发展。采用超级电容作为储能器件的有轨电车系统，在车站设置供电设备及接触网，取消区间接触网，在对景观要求较高的城市轨道交通中广泛应用。整流充电站是储能式有轨电车的主要设备，本文提出了整流充电站的小型化研究思路，对于工程实施中减小工程造价、优化充电站占地面积、缓解充电站征地困难具有指导意义。

关键词：超级电容、储能有轨电车、整流充电站、小型化

1、概述

在中小城市，有轨电车可用于承担主要的交通需求，避免要建设地铁带来难以承受的财政压力。在大城市，可作为地铁的补充，缓解城市道路拥挤状况。上海，广州，南京，郑州，成都已推出大规模的有轨电车建设规划，目前，有轨电车供电系统占地面积大，建设周期长，建设成本高等问题逐渐显现出来。

采用超级电容作为储能器件的有轨电车牵引负荷采用列车车站停车充电，区间运行采用车载储能牵引，每个车站都设有牵引充电站，占地面积超过60平方米，整条线牵引站的总占地面积非常可观，对后期新线路的建设成本、提出了很高的要求，尤其是在中心城区建设新型有轨电车。为提高有轨电车的生存率，减少牵引充电站的占地面积，降低征地、建设成本，有必要对牵引充电站设备选型、设备参数以及设备布局做进一步深化研究。

2、整流站小型化实施思路

目前牵引整流站设备主要有10kV中压开关柜、整流变压器、充电装置柜、动力变压器、低压开关柜

从目前国内有轨电车牵引整流站现状来看，减少充电站设备的占地面积，可从以下几个方面来考虑：

1）高压设备整合、精简

整合原有的整流变压器以及配电变压器，采用体积更小的开关柜，采用PT置顶布局配置。

2）低压设备精简、紧凑化设计

（1）充电装置：

采用IGBT模组模块化设计、并将整流器以及直流隔离开关柜整合中充电装置内部，减小充电装置体积；充电装置集成直流隔离联络开关。

（2）低压配电柜

取消低压配电柜，将低压配电柜功能整合至低压综合屏柜中

（3）交流屏、直流屏、电池屏

采用UPS+后备电池方案替代传统方案，并整合低压交流配电以及直流配电功能，最终整个成一个新型低压综合配电柜中。

（4）UPS后备电池

后备电源采用新型能量密度更大的储能介质，缩小交直流屏的占地面积。

3）优化设备布局

打破传统高压、低压分隔的布局，在满足国标以及安规的前提下，重新对牵引整流站内的设备进行布局，做到空间利用最大化，合理减小牵引整流站的体积。

3、整流充电站站小型化主要设备选型

1）整流变压器、配电变压器

在传统整流充电站中，整流变压器和配电变压器是单独设置的，两台变压器的输入端均为10kV，因此可以将两台变压器10kV端整合，变压器三维模型及实物，如下图所示：

2）高压开关柜

高压开关柜采用国际知名品牌空气绝缘开关柜，开关柜采用先进的绝缘技术，在轨道交通领域有大量的运行业绩，该开关柜单柜宽度仅为500mm。考虑到实际整流站需要开关柜数量为一进一馈一出，共计3台，总宽度为1500mm。

取消PT高压柜，选用外壳接地的PT，将PT放置在开关柜顶部。

3）配电开关柜、交直流屏、电池屏

低压配电系统采用UPS+后备电源的组合方式，UPS采用25kVA，后备电池配置1小时，机柜宽800mm深800mm，其中，底部放置电池，4层，共占用24u高度，UPS占用4U高度，交流配电、直流配电各占用4U高度，进线断路器以及110V开关电源占用6U高度；屏柜整体高度为2260mm。

4）充电装置

充电装置将原来整流站中的整流器、充电装置以及上下行隔离开关柜集成至一体，装置最大输出电流1800A，输出电流0-900V可调。尺寸为2000mm×850mm×2260。

3.6、整流站布置

整流站采用内维护的形式，分别设有变压器室、高压室、低压室。整个整流站长6米，宽2.5米，总占地面积约为15平方米。

4、总结与展望

本文结合新技术的发展，通过设备选型、功能整合等手段，将前期60平方米左右的有轨电车整流充电站缩小至15平方米左右，优化了设备配置、缩减了占地面积，为后续储能式有轨电车供电系统设计及工程应用提供了理论参考。工程实际中，需结合运营与维护需求，并加强设备通风与散热的功能。