GB T 28027-2011 轨道交通.供电系统和机车车辆运行匹配.pdf

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1、ICS 45.060 S 04 每亘中华人民=1:1二不日国国家标准GB/T 28027-2011 轨道交通供电系统和机车车辆运行匹配Railway applications-Technical criteria for the coordination between power supply and rolling stock to achieve interoperability CIEC 62313: 2009 , Railway applications-Power supply and rolling stock一Technical criteria for the coordin

2、ation between power supplyCsubstation) and rolling stock , MOD) 2011-10-31发布 数码防伪/ 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会2012-04-01实施发布GB/T 28027-2011 目次前言.1 1 范围.2 规范性引用文件.3 术语和定义4 参数平均综合时限.4 5 电分相.4 6 列车的功率因数. 6 7 列车限制电流. 7 8 供电质量指标.8 9 线路和牵引供电系统类型.9 10 谐波和动态效应.9 11 保护配合.14 12 再生制动HU试验.15 14试验方法.四附录A(资料性

3、附录)参数平均综合时限.20 附录B(资料性附录)决定高速列车受电弓处电压的选择标准.21 附录c(资料性附录)谐波特性与相关过电压的研究23附录D(资料性附录)谐波和动态效应兼容性研究数据.25 附录E(资料性附录)电分相的不同类型.29 附录F(资料性附录)列车最大允许电流值附录G(资料性附录)接触网-钢轨短路电流最大值.32 附录H(资料性附录)牵引单元断路器合闸时di/dt. 参考文献.34 GB/T 28027-2011 剧昌本标准按照GB/T1. 1-2009给出的规则起草。本标准采用重新起草法修改采用IEC62313: 2009(轨道交通供电系统和机车车辆供电系统(变电所)和机车

4、车辆运行匹配技术准则。本标准与IEC62313:2009存在技术性差异，这些差异涉及的条款的页边空白处用垂直单线(I )进行标示。本标准与IEC62313 :2009的技术性差异及其原因如下z第1章范围中，按国情将线路划分为干线铁路和城市轨道交通;对表l按交流传动和直流传动列车进行分类，并基于目前国内机车制造商实际经验，将注b中所检测的总平均功率因数A要求调整为0.80;一一国内只存在50Hz供电频率，故表2、表5删除了16.7Hz相关内容、表5删除了60Hz相关内容;一一国内不存在AC15000 V、DC3000 V，故表2、表3删除了AC15000 V、DC3 000 V有关内容;一对表3

5、按交流传动和直流传动列车进行分类。本标准还做了下列编辑性修改:一一一修改标准名称，以适合国内行业习惯，将标准名称改为轨道交通供电系统和机车车辆运行匹配，相应的英文名称由RailwayapplicationsPower supply and rolling stockTechnical criteria for the coordination between power supply (substation) and rolling stock改为Railway applications一Technicalcriteria for the coordination between power

6、supply and rolling stock to achieve interoperability; 一一第2章GB/T25890. 1只在资料性附录中出现，故改为参考文献;第2章GB/T2900. 362003为术语引用标识，改为参考文献;一一一修正了原文14.4中表格引用表4的错误(应为表3)，并将3个表格编号为表7表9;一一在资料性附录G中，按国内实际情况将AC25 kV供电系统最大短路电流改为25kA; 一一删除了原文的资料性附录I和参考文献。本标准由中华人民共和国铁道部提出。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。本标准主要起草单位:中铁第四勘

7、察设计院集团有限公司。本标准参与起草单位:中铁第三勘察设计院集团有限公司、中铁工程设计咨询集团有限公司、中铁电气化勘测设计研究院有限公司。本标准主要起草人:黄足平、王猛、黄军、李红梅。本标准参与起草人:戚广枫、钟松辉、张华志、周娟、孙震洋、苏鹏程、回胜利。I 轨道交通供电系统和机车车辆运行匹配1 范围本标准制定机车车辆对设备的接受要求，主要涉及以下几方面z一一供电系统和牵引单元之间保护原则的协调，特别是短路故障的识别;一一线路的安装功率与列车的需求功率之间的协调;-一一牵引单元再生制动和供电系统接受能力之间的协调;谐波特性的协调。本标准提出了牵引单元和地面装置之间的供电接口定义和供电质量要求。

8、GB/T 28027-2011 本标准在供电系统的框架内，规定了机车车辆和用于牵引的电力地面装置之间的接口。受电弓与接触网之间的相互影响、受电弓与控制-命令(尤其是信号)子系统的相互影响不在本标准的范围内。要求按以下线路类别分述:一一干线铁路E城市轨道交通。注:一一干线铁路包括各类高速和常规铁路等;一一城市轨道交通包括有轨电车、轻轨、地铁系统等。本标准不适用于基础设施管理部门已经接收的机车车辆。但是在新的设施条件下，基础设施管理部门可以通过制定一个协定来认可既有的机车车辆。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件。凡是不注日期的引

9、用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB们402一2轨道交通牵引供电系统电压(IEC6删附O附8臼50队:2刹删20肌O肌OIEC 61133: 2006铁道设施铁道车辆车辆组装后和运行前的整车试验(仪Rail忡wa叮yapplication Rolling stock-Testing of rolling stock on completion of construction and before entry into s巳rVl比ce) 3 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3. 1 高速铁路high speed line 新建的或改建的速度目标值大于或等于200km/

10、h的线路。3.2 常规铁路conventional line 常规的客货共线线路，不是3.1中的高速铁路。GB/T 28027-2011 3.3 3.4 3.5 3.6 3. 7 线路形式type of line 按3.43. 6描述的功能对线路分类。受电弓处的到车功率train power at the pantograph 列车的有功功率，考虑牵引功率，再生功率和辅助功率。最小追踪间隔minimum possible headway 信号系统允许的列车之间的最小距离。最高线路速度maximum line speed 经批准的线路运行速度。接触网contact Ime 通过受电设备为交通工具

11、提供电能的导电系统。注2接触网包括架空接触网和受电轨。GB/T 2900. 36-2003 , 81 1. 33.1J 3.8 3.9 3. 10 3. 11 3. 12 架空接触网overhead contact line 位于机车车辆限界之上，通过车顶受电弓设备向机车车辆供电的接触网。(牵引)变电所(traction) substation 其主要作用是给接触网提供电能。在变电所里，原边供电电压被转换成接触网所需频率的电压。总功率因数total power factor A 畸变系数deformation tactor 有功功率一一一视在功率 =一一一一coscp 基波功率因数power

12、factor of the fundamental wave cos f一基波有功功率J一基波视在功率注:cos f也是相位系数。3.13 电分相different source section 阻止受电弓经过时连通不同电压、不同相位或不同频率接触网的区段。中性段neutral section 两端有分段装置的一段接触网。一一绝缘分段insulator s巳ction2 GB/T 28027-2011 一段连接在接触网中的绝缘体。一-转换分段changeover section 通过开关由两端电源之一供电的一段接触网。3. 14 车辆vehicle 机车车辆中的某一种，如机车、客车或货车。3.

13、 15 牵引单元traction unit 一般术语，可以是一台机车、一辆电动客车或者一个列车单元。3.16 机车车辆rolling stock 对带或不带牵引电动机的各种机车和车辆的总称。3. 17 列车train 组合在一起的机车车辆，包括补机。3. 18 正常运行条件normal operating conditions 运营按照设计的时间表和编组，照此设计的供电固定设备按照标准规则运行。注:标准规则由基础设施主管部门制定。3. 19 非正常运行条件abnormal operating conditions 交通荷载超过标准规则或者电能供应设备工作中断超过标准规则。注z在这些情况下，交通

14、运营可以不按设计的时间表运行。3.20 受电弓处平均有效电压(U.四ful) 3.20.1 Umean四fol(区段)Umean四ful(zone) 时刻表中运营高峰期间内的平均有效电压，该电压用于评价某个供电区段电能质量。3.20.2 3.21 3.22 U mean . fol (列车)Um出阳ful(train) 计算列车的电压，该电压用作量化列车运行性能指标。计算列车dimensioning train 平均有效电压最低的列车。线路基础设施登记表register of infrastrucure 对于铁路干线:线路每一区间都编写一个单独的文件，该文件用于记录线路的特性，包括地面装置在内

15、的所有子系统的特性。线路基础设施登记表应由基础设施管理部门或者其授权的部门编制。对于其他的线路:对线路的每一区间编写一个单独的文件，收集该段线路的特性，包括地面装置在内的所有子系统的特性。3.23 基础设施管理部门infrastructure manager 负责建设、维护铁路基础设施的任何机构。也包括基础设施控制和安全系统的管理机构。铁路网3 G/T 28027-20门或部分线路的基础设施管理部门的功能可分配给不同的机构或部门。3.24 新设备newelement 一般来说，任何新的、重建或改建的(硬件或软件)对供电系统的谐波特性可能存在影响的牵引单元或者供电设备。新设备和牵引单元一起整合在

16、既有的供电网络中，例如在地面装置方面:变压器;一一高压电缆;一一滤波器;一一变流器。4 参数平均综合时限本条款是资料性质的，参见附录A。列车司机或基础设施管理部门利用提供的参数进行如下操作:一一加速能力受到低电压限制的计算;一一保护测量;一一规划;等等。只有能在精确定义时间间隔内进行平均的参数才有效。附录A提供了参数宜被平均的时限。5 电分相电分相有多种形式，如绝缘分段、中性段、转换分段，参见附录E。5. 1 交流分相区段4 列车可按照以下四种方式通过交流分相区段za) 带牵引/再生电流的方式;b) 带辅助负载电流的方式;c) 带变压器空载电流的方式;d) 元电运行方式。列车通过分相区段的方式

17、由基础设施管理部门决定。对基础设施和机车车辆的设计要求如下:a) 带牵引/再生电流的方式如果列车以带牵引/再生电流的方式通过交流分相区段，转换区段应当安装在基础设施中。参见E.4中转换区段的资料。转换区段的供电的转换操作应当在基础设施中自动完成。列车应能承受因转换操作引起的短时的停电，而不引起任何损害或故障。b) 带辅助负载电流的方式如果列车以带辅助负载电流的方式通过交流分相区段，分相区段和受电弓应能切断辅助电流，并且能产生和承受变压器涌流。当进入分相区段的时候，牵引/再生电流应当降为0。宜采用自动操作，也可采用车上的手动GB/T 28027-2011 操作。当牵引/再生电流未能降为0时，牵引

18、/再生电弧电流会把不同的相短接，因此分相区段应当足够长以避免这种情况发生。参见E.l中的有关绝缘分段的资料。c) 带变压器空载电流的方式如果列车以带变压器空载电流的方式通过交流分相区段，分相区段和受电弓应能产生和承受变压器涌流。当进入分相区段的时候，牵引/再生电流和辅助电流都应当降为0。宜采用自动操作，也可采用车上的手动操作。当牵引/再生电流未能降为0时，牵引/再生电弧电流会把不同的相短接，因此分相区段应当足够长以避免这种的情况发生。参见E.l中的有关绝缘分段的资料。d) 无电运行方式如果列车以元电运行的方式通过交流分相区段，当进入分相区段的时候，能耗应当降为0。对高速铁路而言，这应该自动完成

19、。对常规铁路和城市轨道交通而言，宜采用自动操作，也可采用车上的手动操作。没有必要降弓。参见E.2和E.3中有关合适分段的资料。基础设施管理部门应该能提供适当的措施让处于分相区段的列车能重新启动。但是，对于绝缘分段来说，没有必要提供这些措施。5.2 系统分离区列车应能从一种制式供电系统驶入相邻的另一制式的供电系统，而不跨接这两个系统。在这一过程中，相关的必要操作(断开主断路器，降下受电弓)取决于这两个相邻的供电系统的类型、列车受电弓的配置和列车运行速度。列车可以按照以下两种方式通过系统分离区za) 受电弓升弓并与接触网接触;b) 受电弓降弓不与接触网接触。a)与b)之间的选择应由基础设施管理部门

20、决定。对铁路基础设施与机车车辆的设计要求如下:a) 升弓方式如果列车以升弓方式通过系统分离区，基础设施上应采取措施避免因车载的断路器断开失败而造成两个相邻的供电系统的短接(例如z中性区段接地故障): 对于高速铁路干线，在到达系统隔离区前，机车车辆的装置应该自动打开断路器，并且自动识别受电弓处的新供电系统的电压，以便转换到相应的电路中;一高速铁路线路的要求对于常规的铁路干线和城市轨道交通线路也适用。b) 降弓方式如果列车以降弓方式通过系统分离区，应满足下列条件:不同制式供电系统之间分离区段的设计应确保:在受电弓意外接触到接触网的情况下，应避免列车跨接两个不同制式供电系统，同时应立即切断这两个供电

21、区段的电源。触发短路电流保证绝缘分段的运行:-一一对于高速铁路干线，在要求降下受电弓的供电系统分离区，受电弓的降弓动作应该受控制信号触发而不用司机的人为操纵;5 GB/T 28027-2011 一一高速铁路线路的要求对于常规的铁路干线和城市轨道交通线路也适用。参见E.4中区段长度对避免电弧的示例。5.3 验收标准铁路基础设施、牵引单元和控制命令的设计人员应遵守5.1和5.2的规定。6 列车的功率因数6. 1 慨述列车的功率因数越高，供电系统的性能越好，因此下列规则应适用。利用来自列车的容性或感性功率来改变架空接触网的电压。6.2 感性功率因数本条款只涉及GB/T1402-2010规定的Umin

22、1Umaxl电压范围内的感性功率因数和能耗。表1给出列车总的感性功率因数。在计算感性功率因数A时，只考虑了受电弓处的基波电压。表1列车总的感性功率因数受电弓处列车瞬时功率MW 交流传动列车直流传动列车P6 =0.95 =0.80 2? GB/T 28027-2011 谐波。这可以通过定义机车受电弓处特征期望和最大允许电压范围来获得。一一从车辆位置上看等效的电源某频率下的导纳。应提供相关条件下供电网络(包括现有车辆)的导纳，获得供电网络与电压频谱关系的信息(如某个产生高次谐波频谱源可能仅与接入一个弱的网络导纳相关。传统上，车辆不应超出相应频率的谐波电流限值(谐波包络线)。谐波包络线是关于信号设备

23、的定义，类似的方法同样适用限制过电压。应该采用更加严格的谐波包络线。C.3.2 测量和验证问题谐波电流和电压的测量已经是成熟的技术。在不同位置同时测量可以获得一些结论。供电网络的传输特性和对新车辆要求也可以量化。24 GB/T 28027-2011 附录D(资料性附录谐波和动态效应兼容性研究数据D.1 牵引供电地面装置的特性获得供电系统地面装置完整而深人的特性是一项巨大任务。此外，元法给出适合所有类型地面装置的、普遍及简单的兼容性研究特性，详见10.3。但是，作为地面装置典型配置原则，表D.1、表D.2主要从阻抗特性方面分别描述了交流和直流供电系统的特性(主要是牵引单元方面所需求的典型值、最大

24、值和最小值)。具有不同于表D.1、表D.2特性的系统特殊值应由基础设施管理部门提供。表D.1、表D.2给出的数值对于在供电电压情况下电缆长度不重要(50m/区)的设备是正确的。在其他情况下，基础设施管理部门应该告知电缆的位置和特性。表D.1交流电气化铁路的特性高速铁路常规铁路和城市轨道交通铁路类型功率高速提速线路大中电源的典型可用功率MW 2060 1545 1545 1530 1020 单列车的典型功率MW 820 515 515 410 26 正常运行条件下单电源供电长度电源到分段的距离a最小值15 20 15 15 20 25 kV-50 Hz km 典型值20 25 25 30 35

25、最大值30 30 30 35 40 最小值20 20 20 30 30 2 X 25 kV-50 Hz km 典型值30 30 30 40 60 最大值45 50 50 50 70 变电所是否有补偿滤波装置Y/N N Y Y Y Y 调频滤波器120130 120130 120130 120130 Hz N.A. 25 kV或2X25kV-50 Hz 220240 220240 220240 品质因素25kV或2X25kV N.A. 100 100 100 100 电源阻抗，最小值2 3 3 5 7 基波频率高压侧，变压器)。典型值2. 5 4 4 7 8 25 kV-50 Hz 最大值3.

26、5 7 7 10 10 究5GB/T 28027-2011 表D.1 (续)高速铁路常规铁路和城市轨道交通铁路类型功率高速提速线路大中线路电气化区间的谐振频率(没有滤波器)b最小值1000 900 800 700 500 25 kV-50 Hz Hz 典型值1200 1100 1100 1100 800 最大值1400 1200 1200 1200 1000 最小值2000 2000 2000 1500 1500 2X25 kV-50 Hz Hz 典型值3000 2500 2500 2200 2000 最大值3500 3500 3500 3500 3000 a当变电所双边供电时，表中长度是两个

27、相邻变电所距离的一半。b最低谐振频率。, L/R。表D.2直流电气化铁路的特性城市轨道交通铁路类型功率大中电源的典型有效功率750 V 4 4 2 MW 1500 V 815 48 24 一列车的典型功率750 V MW 5 4 3 1500 V 7.5 5 4 正常运行条件下一个电源供电特长度a最小值750 V km 典型值3 6 8 最大值最小值2 4 8 km 典型值6 7 10 1500 V 最大值8 10 10 a当变电所双边供电时，表中长度是两个相邻变电所距离的一半。26 GB/T 28027-20门D.2 列车的特性表D.3和表D.4分别描述了交流和直流牵引单元(主要是牵引供电方

28、面所需求)的系统阻抗、传导干扰谐波和稳定性。具有不同于表D.3、表D.4特性的车辆特殊值应由现有车辆司机告知基础设施管理部门。表D.3单到交流列车阻抗、谐波和稳定性的特性动力装置类型抽头变换器二极管整流器可控硅整流器四象限变流器转换带宽2倍基波频率150 Hz, 6 000 Hz 3 Hz 3 Hz 取决于开关设备控制带宽2 n 在50Hz,2 n 在50Hz,2 n 入阻抗脉冲频率不适用a直到300Hz 直到300Hz 直到300Hz 滤波器的谐振不适用a20 Hz40 Hz 20 Hz30 Hz 10 Hz30 Hz 特性a如果启动电流低于参考值，启动电阻要逐步去掉。b频率可采用多相斩波器

29、来增加，在启动时可降低。c使用IGBT的时候，频率可能增加到几千赫兹。28 E. l 绝缘和分段附录E(资料性附录)电分相的不同类型GB/T 28027-20门绝缘分段是指由绝缘体构成的一段接触网的接入到一个连续运行的接触网，以防止不同的电压在列车受电器通过时连通，如图E.l所示。f / / /1 相位1:系统1中性段圄E.l绝缘分段相位/系统1中性段图E.2两端绝缘器式中性段相位/系统1中性段图E.3绝缘锚段关节式中性段E.2 分段式中性段相位/系统2绝缘子1 相位/系统2相位/系统2分段式中性段是指两端有分段装置的一段接触网，以阻止受电器经过时连通不同电压、不同相位或不同频率的接触网。分段

30、式中性段的结构如图E.4和图E.5所示。绝缘子相位/系统1中性段相位/系统2图E.4带有绝缘子和绝缘锚段关节的分段式中性段相位/系统1中性段相位/系统2圈E.5带有三段绝缘锚段关节的分段式中性段29 GB/T 28027-2011 E. 3 转换分段转换分段是由电分相两端的锚段关节和两个转换开关组成。如图E.6所示。当列车从左侧进入分相时，左侧开关闭合，同时右侧开关打开。在列车完全进入分相以后，两开关投切转换完成，这时列车将离开电分区。因此列车可以带电过区段。/T 中间段相位/系统1相位/系统2图E.6转换分段E. 4 避免拉弧的分段长度的示例图E.7所示为列车从交流系统到直流系统的分段构造示

31、例。它是由绝缘分段连接，并且只适合于常规铁路。从实验结果(日本经验值)得出，在50Hz的频率下，电弧在8m内开始熄灭。考虑到电气连接的受电弓之间的距离(最多15m)，分段有足够的长度去避免拉弧。交流F 直流图E.7从交流到直流的系统分离区示例图E.8所示为列车从直流系统到交流系统的分段构造示例。它由两端带绝缘器的中性段构成，并且只适合于常规铁路。中性段不接地。从实验结果中得知，电弧在100ms时开始消失。除此之外，为了保护来自交流系统的车载直流回路，需要考虑检测直流失压和断路器自动跳闸的时间。结果表明，区段拥有足够的长度去避免拉弧。图E.8从直流到交流的系统分离区示例30 GB/T 28027

32、-2011 附录F(资料性附录)列车最大允许电流值表F.l给出列车最大允许电流值。表F.1 列车最大允许电流值单位为安(A)供电系统干线铁路城市轨道交通高速铁路常规铁路最大值AC 25 kV-50 Hz 1500 800 DC 1 500 V. 5000 DC 750 V 6800 在特殊线路(例如，在山区和偏远地区货运铁路)，这些值可能会超出。可1GB/T 28027-2011 附录G(资料性附录)接触网-钢轨短路电流最大值表G.l给出接触网-钢轨短路电流最大值。表G.1接触网-钢轨短路电流最大值供电系统变电所双边供电可能发生的最大故障电流Y/N kA AC 25 kV-50 Hz N 25

33、 DC 1 500 V Y 100(预期稳定值a)DC 750 V Y 100(预期稳定值a)a定义可见GB/T25890.1-2010中3.2.12，32 GB/T 28027-20门附录H(资料性附录)牵引单元断路器合闸时di/dt表H.l给出了牵引单元断路器合闸时瞬变电流di/dt的设定值。表H.l牵引单元断路器合闸时di/dtT di/dt适用条件口lSA/ms 。60 20 20 架空接触网和变电所电感最小值为2mH。33 GB/T 28027-2011 参考文献lJ GBjT 2900. 36-2003 电工术语电力牵引IEC60050(811) :1991 ,MODJ 2J GB

34、jT 25890. 1-2010轨道交通地面装置直流开关设备第1部分:总则CIEC61992-1: 2006 ,IDT) 34 -FONlhNONHmo 华人民共和国家标准供电系统和机车车辆运行匹配GB/T 28027-2011 国中轨道交通峰中国标准出版社出版发行北京市朝阳区和平里西街甲2号(100013)北京市西城区三里河北街16号(100045)网址总编室:(010)64275323发行中心:(010)51780235读者服务部:(010)68523946中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷各地新华书店经销峰开本880X 1230 1/16 印张2.5字数63千字2012年3月第一版2012年3月第一次印刷奇峰36.00元如有印装差错由本社发行中心调换版权专有侵权必究举报电话:(010)68510107定价书号:155066. 1-44606 GB/T 28027-2011 打印日期:2012年4月19HF002A