真空开关技术在电气化铁道供电系统的拓展产品是单极真空断路器和单相双极真空断路器,它们是专门为电气化铁道额定电压27.5kV供电系统设计的。
图2-17 几种12kV柱上开关示例
(a)ZW8型户外真空断路器;(b)ZW32型户外真空断路器
电气化铁道的供电方式有三种,即变电所内额定电压27.5kV牵引变压器供电给接触网,然后电气机车由接触网受电的直接供电方式;或机车由接触网受电电流经吸流变压器返回电源的BT供电方式;或如图2-18所示的由额定电压55kV牵引变压器供电、经自耦调压器降压到27.5kV再连接接触网使机车受电的AT供电方式。其中,AT供电方式因具有供电距离长、线损小且抗干扰效果好等优点,因而在电气化铁道发展中已逐渐成为主要的模式。由此可知,用于这几种系统中的断路器形式为户内或户外,单极和双极结构[5]。
图2-19所示为现行几种典型电气化铁道真空断路器。在结构上,它们与电力系统配电40.5kV真空断路器基本相同,都是单断口,只在电气参数上进行了相应调整。户内型真空断路器通常安装在落地手车上,与可移开式开关柜配套,在手车底部紧凑地布置电流互感器,用于测量和提供信号给继保系统。单相双极真空断路器的额定电压为55kV,由两个结构相同、额定电压为27.5kV的极柱组成,极柱间的绝缘水平为工频140kV(有效值)和雷电冲击325kV(峰值)。
图2-18 电气化铁道自耦变压器供电方式(AT供电方式)接线示意图
1—牵引变压器;2—接触网(T线);3—钢轨(N线);4—电力机车;5—自耦变压器;6—正馈线(F线);7—单相双极断路器(额定电压55kV);8—单相双极断路器(额定电压55/27.5kV);9—隔离开关
图2-19 电气化铁道真空断路器示例(www.xing528.com)
(a)国产ZN□27.5-12.5/1250型户内真空断路器(单断口结构);(b)Siemens公司3AF04型户外真空断路器(单断口结构,最大参数31.5kA、2500A);(c)Siemens公司3AF05型户外真空断路器(双断口结构,最大参数31.5kA、2500A)
电气化铁道真空断路器的主要技术参数见表2-1和表2-2。按照断路器安装地点的不同,其额定绝缘水平分为三个等级,即1000级、2000级和3000级,分别对应海拔不超过1000m、2000m和3000m[6]。
表2-1 电气化铁道断路器的额定电流和额定短路开断电流(TB/T 2803—2003)
表2-2 电气化铁道断路器的额定绝缘水平(TB/T 2803—2003)
图2-20所示Siemens公司另一种3AH47型双断口结构真空断路器,适用于频率为的电气化铁道供电系统。因为与通常的工频50Hz或60Hz相比,低频电流燃弧时间长且短路电流中直流分量大,两个灭弧室能确保可靠熄弧。
图2-20 Siemens公司3AH47型27.5kV双断口真空断路器
1—极帽;2—接线端;3—均压电容器;4—触头弹簧;5—航空插头/插座;6—支柱绝缘子;7—操动机构箱;8—真空灭弧室;9—安装底座;10—绝缘操作杆;11—软连接导电带
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