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GB/T 42005.2-2022 轨道交通 储能式电车 第2部分:地面充电系统

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资料介绍

  ICs 29 . 280 CCss 35

  中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

  GB/T 42005. 2—2022

  轨道交通 储能式电车第 2 部分:地面充电系统

  Railwayapplications—onboardenergystoragetram—

  part2:Groundchargingsystem

  2022-10-12 发布 2023-05-01 实施

  国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

  

  发

  

  布

  GB/T 42005 . 2—2022

  目 次

  前言 I

  引言 "

  1 范围 1

  2 规范性引用文件 1

  3 术语和定义 1

  4 环境条件 2

  5 供电条件 2

  5 . 1 交流输入电压 2

  5 . 2 直流输出电压 2

  5 . 3 辅助电源 3

  6 系统构成及技术要求 3

  6 . 1 系统组成 3

  6 . 2 功能要求 3

  6 . 3 性能要求 4

  7 检验方法 6

  7 . 1 总则 6

  7 . 2 外观检查 6

  7 . 3 尺寸和公差检查 7

  7 . 4 标志检查 7

  7 . 5 地面充电系统试验 7

  8 检验规则 9

  8 . 1 总则 9

  8 . 2 检验分类 9

  8 . 3 型式检验 9

  8 . 4 出厂检验 9

  8 . 5 现场检验 9

  8 . 6 检验项 目 9

  GB/T 42005 . 2—2022

  前 言

  本文件按照 GB/T 1 . 1—2020《标准化工作导则 第 1 部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定起草 。

  本文件是 GB/T 42005《轨道交通 储能式电车》的第 2 部分 。GB/T 42005 已经发布了以下 2 个部分:

  — 第 1 部分:电容式储能电源 ;

  — 第 2 部分:地面充电系统 。

  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专利的责任 。

  本文件由国家铁路局提出 。

  本文件由全国轨道交通电气设备与系统标准化技术委员会(SAC/TC278)归口 。

  本文件起草单位:株洲中车时代电气股份有限公司 、广州地铁设计研究院股份有限公司 、宁波绿捷新能源科技有限公司 。

  本文件主要起草人:贺文 、陈广赞 、陈雪 、何治新 、张欢 、周国辉 。

  I

  GB/T 42005 . 2—2022

  引 言

  轨道交通储能式电车已经在国内大批量地运营 , 国内相关单位已经掌握了储能电源 、充电系统等关键部件的核心技术 , 同时通过多年的工程应用 , 具备一定的技术积累和现场应用经验。 通过提炼关键性能指标和检验项点 , 结合多年的生产 、应用经验制定相关标准 , 有利于进一步推动相关产业的发展。 GB/T 42005 旨在规定储能式有轨电车储能电源 、充电系统等核心部件的功能要求 、性能要求 、安全及保护要求 、检验方法等内容 , GB/T 42005《轨道交通 储能式电车》拟由两个部分构成。

  — 第 1 部分:电容式储能电源。 目的在于规定储能电源需具有故障检测功能 、通信功能及电压均衡功能等相关要求;明确能量效率 、电压保持能力 、能量保持能力 、温度一致性等关键性能指标;规定电容单体 、模组及储能电源安全性能要求;对电压均衡功能检测 、能量效率测试 、电压保持能力测试 、能量保持能力测试 、热失控及温度一致性等储能电源特有的测试方法进行规定。

  — 第 2 部分:地面充电系统。 目的在于规定储能式电车的充电系统的系统组成 、使用条件 、主要功能 、检验方法 、检验规则 , 明确各功能如充电功能 、通信功能 、数据采集 、事件记录及储存显示 、热待机功能 、控制功能 、保护功能 、安全连锁功能的定义及要求;明确绝缘性能 、额定功率 、系统效率 、电磁兼容性 、功率因数 、温升 、噪声 、热待机能耗 、直流纹波 、直流电压精度 、电压电流均衡度要求 、接地 、防火及安全 、结构要求 、防护等级的性能指标要求;对系统检验项点及参照标准进行了规定 , 并对各个检验项点在型式试验 、出厂试验 、现场试验中的要求进行规定。

  "

  GB/T 42005 . 2—2022

  轨道交通 储能式电车

  第 2 部分:地面充电系统

  1 范围

  本文件规定了轨道交通储能式电车地面充电系统的环境条件 、供电条件 、系统构成 、技术要求 、检验方法和检验规则 。

  本文件适用于轨道交通储能式电车地面充电系统 , 轨道交通以外的类似系统可参照执行 。

  2 规范性引用文件

  下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 。其中 , 注 日期的引用文件 , 仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件 , 其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 。

  GB/T 1094 . 3—2017 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/T 1094 . 11 电力变压器 第 11 部分:干式变压器

  GB/T 2900 . 1 电工术语 基本术语

  GB/T 2900 . 33 电工术语 电力电子技术

  GB/T 2900 . 95 电工术语 变压器 、调压器和电抗器

  GB 3096 声环境质量标准

  GB/T 3859 . 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/T 10411 城市轨道交通直流牵引供电系统

  GB/T 12325 电能质量 供电电压偏差

  GB/T 13422—2013 半导体变流器 电气试验方法

  GB/T 14549 电能质量 公用电网谐波

  GB/T 15945 电能质量 电力系统频率偏差

  GB/T 21413 . 1 轨道交通 机车车辆电气设备 第 1 部分:一般使用条件和通用规则

  GB/T 24338 . 6 轨道交通 电磁兼容 第 5 部分:地面供电设备和系统的发射与抗扰度

  GB/T 25122 . 1—2018 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/T 36287 城市轨道交通 列车再生制动能量地面利用系统

  JB/T 501 电力变压器试验导则

  3 术语和定义

  GB/T 2900 . 1 、GB/T 2900 . 33 、GB/T 2900 . 95 、GB/T 3859 . 1—2013 、GB/T 10411 、GB/T 14549 、 GB/T 36287 界定的以及下列术语和定义适用于本文件 。

  3.1

  地面充电系统 ground charging system

  将电能注入到储能式电车车载储能单元的地面电能处理系统 。

  1

  GB/T 42005 . 2—2022

  3.2

  断续周期工作制 intermittent periodic duty

  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 。

  示例 : 工作 30 s , 停止 90 s , 总周期 120 s 。

  3.3

  额定功率 rated continuouS power

  稳定运行时注入充电负载的功率最大值 。

  3.4

  效率 efficiency

  充电系统或变流器输出功率与输入功率的比值 。

  3.5

  直流侧纹波电压 ripple voltage on the Dc Side

  充电系统整流运行或释放电能时 , 其直流侧电压中的交流电压分量 。

  3.6

  公共连接点 point of common coupling ; Pcc

  系统接入公用电网的连接处 。

  注 : 本文件中的公共连接点指充电系统与用户电网的连接处 。

  3.7

  均衡度 balance factor

  变流器有多重支路并联或串联时 , 支路之间电流或电压与多支路电压电流平均值的比值 。

  4 环境条件

  4 . 1 地面充电系统在以下环境条件下应能正常工作:

  a) 海拔不大于 2 500 m ;

  b) 环境温度为 —25 ℃~+40 ℃ ;

  c) 储存和运输温度为 —50 ℃~+70 ℃ ;

  d) 月平均最大相对湿度不大于 95%(月平均温度最低为 25 ℃) ;

  e) 污秽等级为 PD3 。

  4 . 2 当使用条件超出 4. 1 规定的范围时 , 由供需双方协商确定 。

  5 供电条件

  5 . 1 交流输入电压

  交流输入电压为 AC0. 4 kv 、AC 10 kv 、AC20 kv 、AC35 kv 、AC33 kv , 电压偏差限值及频率允许偏差应符合 GB/T 12325 及 GB/T 15945 的要求 。

  如有特殊需求 , 由供需双方协商确定 。

  5 . 2 直流输出电压

  直流输出电压标称值宜为 DC750 v或 DC1 500 v , 具体可根据车辆系统的参数需求配置 。

  直流输出电压范围见表 1 。

  2

  GB/T 42005 . 2—2022

  表 1 直流输出电压范围

  系统标称电压v

  系统最低电压v

  系统最高电压v

  750

  0

  900

  1 500

  0

  1 800

  如有特殊需求,由供需双方协商确定 。

  5 . 3 辅助电源

  控制系统 、保护系统等监控检测所需的辅助电源宜采用 DC 220 v 或 DC 110 v;防凝露加热 、照明所需的辅助电源宜采用 AC220 v;散热风机(如有)所需的辅助电源宜采用 AC380 v;变压器温控器所需的辅助电源宜采用 AC 220 v 。

  6 系统构成及技术要求

  6 . 1 系统组成

  地面充电系统宜由变压器 、变流器 、直流开关和测控系统(MCU)等部件组成,其主电路典型结构示意图见图 1 。

  标引序号说明 :

  1 — 变压器 ;

  2 — 变流装置 ;

  3 — 直流开关 ;

  4 — 测控系统 。

  图 1 典型地面充电系统示意图

  6 . 2 功能要求

  6 . 2 . 1 充电功能

  应能对储能式电车进行满足行车要求的充电,应至少具备恒压 、恒流充电能力 。

  6 . 2 . 2 通信功能

  测控系统应采用标准的数据通信接口 ,数据通信协议应采用具有良好通用性和开放性的协议 。示例 1 : 物理接口为 RS485 接 口 ,通信协议为 Modbus-RTU。

  3

  GB/T 42005 . 2—2022

  示例 2 : 物理接口为以太网口 , 通信协议为 TCP/IP协议 。

  测控系统应能实现开关状态 、故障信号的遥信功能;电流 、电压和电能等数据的遥测功能 。

  测控系统应具备与综合自动化系统进行时钟同步功能 , 对时方式为软件对时 。

  如有特殊要求 , 由供需双方协商确定 。

  6 . 2 . 3 数据采集 、事件记录及存储显示功能

  应具有数据采集功能 , 采集的信息应至少包括但不限于交流侧电压 、交流侧电流 、直流充电母线电压 、直流侧电流 、充电电能等参数 。

  应能对各部件运行状态信息进行处理 、显示并记录 。设备运行状态信息包含开关状态和系统故障信息 , 其中开关包括交流断路器 、直流开关等 。

  以上信息通过数据采集系统处理后 , 应具备实时上传数据功能 , 本地装置的存储时间大于 180 d , 各数据项存储周期不小于 1 s , 可实现 USB等传输方式转存 。

  6 . 2 . 4 热待机功能

  应具有热待机功能 , 在无电车进站充电时 , 应保持热待机状态 , 实时监测启机条件 , 以便系统在电车进站时能快速响应 。

  6 . 2 . 5 控制功能

  应具备电车进站自动检测功能 , 在电车进站后 , 系统自动启动并开始给电车充电 。地面充电系统应能根据获取的车载储能电源的运行状态信息 , 对充电模式及参数进行自动控制 。

  6 . 2 . 6 保护功能

  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护功能:

  — 过流保护 ;

  — 控制设备故障保护 ;

  — 过压保护 , 如充电过程中因燃弧导致过压时 , 设备应具备自我保护功能 ;

  — 过热保护等 。

  应能将系统故障信息上传变电所综合自动化系统 , 系统故障信息应带有时标 。

  地面充电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 。

  6 . 2 . 7 安全联锁功能

  各组成设备之间应设置联锁 、联跳 、闭锁及安全电压检测 。

  地面充电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 , 应至少提供一对用于跳闸的接点给外系统 。

  6 . 3 性能要求

  6 . 3 . 1 总则

  地面充电系统的性能指标在其额定状态下标定 , 特殊要求由供需双方协商确定 。

  6 . 3 . 2 外观 、尺寸 、公差及标志

  系统内各设备外观 、尺寸 、公差及标志等应由供需双方协商确定 。

  4

  GB/T 42005 . 2—2022

  6 . 3 . 3 绝缘性能

  地面充电系统各组成设备的绝缘电阻应符合 GB/T 3859 . 1—2013 中 7 . 2 . 3 . 1 的规定 。

  地面充电系统各组成设备额定工频耐受电压和额定冲击耐受电压应符合 GB/T 25122 . 1—2018 的规定 。

  注 : 因为耐受电压试验可能会损坏功率模块 , 所以可不对变流器功率模块部分进行耐受电压试验 。

  6 . 3 . 4 额定功率

  地面充电系统的额定功率可根据用户需求指定 。典型值宜为 0. 5 MW、1 MW、1 . 5 MW、2 MW 或3 MW等 。

  6 . 3 . 5 系统效率

  地面充电系统额定负载时 , 系统效率应不小于 92% 。

  6 . 3 . 6 电磁兼容性

  地面充电系统的控制保护部件电磁兼容性应符合 GB/T 24338. 6 的规定 。

  6 . 3 . 7 功率因数

  如无特殊约定 , 在额定负载时 , 交流电网公共连接点处的功率因数不应小于 0. 95 。

  6 . 3 . 8 谐波含量

  在额定负载时 , 公 共 连 接 点 处 的 谐 波 电 压 含 量 以 及 注 入 公 共 连 接 点 的 谐 波 电 流 含 量 应 符 合GB/T 14549的要求 。用户应提供交流电网接入点处系统最小短路容量值或最小短路电流值 。

  6 . 3 . 9 温升

  地面充电系统中的变压器 、电抗器绝缘等级应选用 GB/T 1094. 3—2017 中规定的 F 级及以上 , 温升应符合 GB/T 1094. 11 中的温升限值规定 。

  在额定工况下 , 变流器的温升应符合 GB/T 21413 . 1 中规定的温升限值 。

  6 . 3 . 10 噪声要求

  在背景噪声近似恒定时进行声压级测量 , 地面充电系统运行时的总噪声应符合 GB3096 的规定 。

  6 . 3 . 1 1 热待机状态下的能耗

  在热待机状态下 , 地面充电系统变压器的能耗应低于其额定功率的 0. 5% , 变流器部分的能耗应低于其额定功率的 0. 5% 。

  考虑空调散热系统时 , 地面充电系统的能耗由供需双方协商确定 。

  6 . 3 . 12 直流侧纹波电压

  地面充电系统在功率范围内 , 其直流侧纹波电压不应大于 3% 。

  6 . 3 . 13 直流电压精度

  输出直流电压精度为 ±1% 。

  5

  GB/T 42005 . 2—2022

  6 . 3 . 14 电压电流均衡度要求

  变流器采用多模块并联时 , 多模块间的电流均衡度大于 0 . 92;变流器采用多模块串联时 , 多模块间的电压均衡度大于 0 . 92 。

  6 . 3 . 15 接地

  地面充电系统应设置综合接地系统 , 满足设备工作接地及保护接地;应具备可靠的防雷接地 。

  6 . 3 . 16 防火及安全

  地面充电系统各部件应具有良好的防火性能 。应采用阻燃材料和防火材料 , 不应使用燃烧后产生对人体健康和环境有害的有毒性材料 , 所使用的电线和电缆应是低烟无卤阻燃或低烟无卤耐火的材料 。

  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或其他特定设备进行能量释放 , 宜在 20 min 内 , 残压低于 36 v 。

  供需双方也可协商确定具体放电时间 。

  6 . 3 . 17 结构要求

  地面充电系统中各柜体宜采用独立式金属柜 , 柜体结构部件之间宜采用螺栓连接 。

  6 . 3 . 18 防护等级

  地面充电系统位于室内时 , 变压器柜防护等级不应低于 IP20 , 其他柜体防护等级不应低于 IP30 。地面充电系统位于室外时 , 系统整体防护等级不应低于 IP54 。

  7 检验方法

  7 . 1 总则

  变压器应按 JB/T 501 的规定进行试验 。

  变流器应按 GB/T 13422—2013 的规定进行试验 。

  7 . 2 外观检查

  对照相关图纸对各设备进行外观检查 。 主要检查项如下:

  a) 检查各柜体外表油漆及电镀是否均匀光亮 , 紧固件应牢靠 ;

  b) 检查各柜内所有元件 、器件的规格型号以及安装位置和方法是否与图纸相符 ;

  c) 确认端子号 、标线号 、装置号与配线图 、接线图是否相符 ;

  d) 检查各柜内所有接线是否正确 , 有无松动和错接现象 , 所用电线 、电缆的大小和电压等级是否符合要求 ;

  e) 确认柜内没有异物或杂物 ;

  f) 确认门及门锁的开闭情况 , 操作是否顺畅 ;

  g) 通过外观检查 , 确认设备防护等级 、防火及安全措施 、高压警示标识是否符合 6 . 3 . 16 、6 . 3 . 18 的要求 ;

  h) 通过外观检查 , 确认柜体是否为独立式金属柜 , 螺栓连接是否紧固到位 , 内部结构要求是否符合 6 . 3 . 17 的要求 ;

  6

  GB/T 42005 . 2—2022

  i) 通过外观检查 , 确认设备工作接地 、保护接地和防雷系统是否符合 6 . 3 . 15 的要求 ;

  j) 通过外观检查 , 确认设备内电线与电缆的材料是否符合 6 . 3 . 16 的要求 。

  7 . 3 尺寸和公差检查

  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是否在规定的公差范围之内 。

  7 . 4 标志检查

  检查设备柜名称 、铭牌 、标示牌是否与图纸无差异 , 安装或贴装位置是否清晰 、醒目 。

  7 . 5 地面充电系统试验

  7 . 5 . 1 绝缘性能试验

  绝缘电阻测量按 GB/T 13422—2013 中 5 . 1 . 1 的规定进行 。

  额定工频耐受电压试验和额定冲击耐受电压试验 , 按 GB/T25122 . 1—2018 的 4. 5 . 3 . 7 的规定进行 。注 : 因为耐受电压试验可能会损坏功率模块 , 所以可不对变流器功率模块部分进行耐受电压试验 。

  7 . 5 . 2 轻载试验(功能试验)

  在满足验证功能要求的负载条件下 , 按 GB/T 13422—2013 中 5 . 1 . 4 的规定进行 。

  7 . 5 . 3 负载试验

  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 , 试验时使用实际负载或等效负载 。按 GB/T 13422—2013 中 5 . 1 . 8 的规定进行 。

  7 . 5 . 4 辅助装置检查

  检查诸如接触器 、风机 、加热器 、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/T 3859 . 1—2013 中 7 . 5 . 1 的规定进行 。

  7 . 5 . 5 控制设备检查

  按 GB/T 3859 . 1—2013 中 7 . 5 . 2 的规定进行 。

  7 . 5 . 6 保护装置检查

  按 GB/T 3859 . 1—2013 中 7 . 5 . 3 的规定进行 。

  7 . 5 . 7 效率测量

  系统在额定条件下运行时 , 系统的效率测量采用负载试验方法来确定系统内部损耗 。

  按 GB/T 13422—2013 中 5 . 1 . 10 的规定进行 。

  本试验可结合系统负载试验进行 。

  7 . 5 . 8 电磁兼容性试验

  地面充电系统中测控系统的电磁兼容性试验可按 GB/T 24338 . 6 的规定进行 。

  7 . 5 . 9 功率因数测量

  应在持续运行额定条件及断续周期工作制额定条件下测量功率因数 , 测量点为公共连接点 。 按

  7

  GB/T 42005 . 2—2022

  GB/T 13422—2013 中 5 . 3 . 11 的规定进行 。

  本试验可结合负载试验进行 。

  7 . 5 . 10 谐波测量

  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谐波测量 , 测量点为公共连接点 。按 GB/T 13422—2013 中 5 . 3 . 8 的规定进行 。

  本试验可结合负载试验进行 。

  7 . 5 . 1 1 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温升试验 。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 。

  针对地面充电系统 , 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/T 3859 . 1—2013 中 7 . 4. 2 的规定进行 。

  本试验可结合系统负载试验进行 。

  7 . 5 . 12 噪声测量

  系统在断续周期工作制额定条件或规定的额定条件下时 , 按 GB/T 13422—2013 中 5 . 1 . 16 的规定测量可听噪声 。

  本试验可结合系统负载试验进行 。

  7 . 5 . 13 直流侧纹波因数测量

  在额定条件下测量直流侧纹波电压 , 按 GB/T 13422—2013 中 5 . 2 . 4 的规定进行 。

  本试验可结合系统负载试验进行 。

  7 . 5 . 14 直流电压精度测量

  调整输入电压和负载电流达到额定值 , 测量输出电压 U。

  按公式(1)计算 。

  ……………………( 1 )

  式中:

  δU — 直流电压精度 ;

  UN — 直流输出额定电压 , 单位为伏特(V) ;

  UO — 实测直流输出电压 , 单位为伏特(V) 。

  本试验可结合系统负载试验进行 。

  7 . 5 . 15 电压电流均衡度测量

  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/T 13422—2013 中 5 . 1 . 5 的规定进行;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/T 13422—2013 中 5 . 1 . 6 的规定进行 。

  本试验可结合轻载试验进行 。

  8

  GB/T 42005 . 2—2022

  8 检验规则

  8 . 1 总则

  地面充电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 。

  地面充电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过出厂检验的合格证 , 则在组装后可进行与地面充电系统有关的功能试验和操作试验 。

  8 . 2 检验分类

  地面充电系统的检验分为型式检验 、出厂检验和现场检验 。

  8 . 3 型式检验

  8 . 3 . 1 在出厂检验的合格品中抽取检验样品 , 数量为 1 台 。

  8 . 3 . 2 型式检验全部项目应在同一次抽样的样品上进行 , 检验项目全部合格时 , 该产品合格;若发现任意一项不合格 , 则该产品不合格 。

  8 . 3 . 3 凡有下列情况之一者 , 应进行型式检验:

  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产品的某些特性或参数变化时 ;

  c) 转厂生产或停产 2 年以上重新生产时 ;

  d) 定型产品连续生产每 5 年时 。

  8 . 4 出厂检验

  每台产品均应进行出厂检验 。

  在出厂检验过程中 , 任意一项不合格 , 均判该产品不合格 。

  8 . 5 现场检验

  产品在使用现场完成安装后 , 需进行现场检验 。

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