BLFK型电流传感器在城轨牵引供电整流器中的应
城市轨道交通双向变流式牵引供电系统的应用
城市轨道交通双向变流式牵引供电系统的应用摘要：二极管整流机组通电是以往城市轨道交通牵引中的主要供电来源，但是这种供电方式易于造成资源的不必要浪费，对于实现我国的资源优化配置非常不利。
双向变流器的使用使得供电方式有了更多选择。
城市轨道交通中利用双向变流器和蒸馏机组混合供电的方式，能够提高供电效率，同时也能避免不必要的资源浪费。
本文结合我国城市轨道交通建设的实际，针对双向变流式供电系统展开研究。
关键词:城市轨道交通;双向变流式牵引供电；应用引言:城市轨道交通的建设事关城市经济的发展，也事关我国经济社会的发展。
双向交流式牵引供电系统作为其中的关键技术，包含隔离、故障保护、电能转换等多种功能。
结合我国早期的城市轨道交通建设来看，二极管整流机组最主要的输电方式，但是在传送过程中消耗了大量的制动能量，对我国经济社会的发展非常不利。
对输电系统中的供电系统进行完善和优化成为轨道交通建设中的重点。
1.双向变流器的概述双向变流器本质上就是一个整流器，能够通过电压闭环的相关控制装置，实现能源的双向流动，具有很强的适应性。
这也是其在城市轨道交通中广泛应用的前提，该系统将电压和电流的控制变成一个动态变化的过程，在很大程度上满足了城市轨道交通发展需求，但是在技术层面还有很多有待攻关的难题。
1.双向变流器挂网实施在挂网实施的过程中需要对多项因素进行把握：首先就是相关技术设备的安装和施工，不能影响变电所内设备的正常运转；其次就是采取合适的控制方式，实现整流机组和双向变流器的协调运行；最后就是处理好双向变流器正确操作逻辑和相关的保护问题。
（一）混合供电控制方式整流机组和双向变流器是混合供电控制中的关键。
想要实现这两种电力控制方式的有机统一，需要解决多种问题：首先就要顺应整流机组自然下垂的特性，采取合理的控制模式；其次就是要尽量避免整流电源之间能量环流的产生。
（二）操作保护逻辑操作保护逻辑的关键主要是实现对相关技术设备的有效控制，但是相关显示单元的具体组成较为复杂，包括大量的仪器，指示灯和触摸屏。
城市轨道交通双向变流式牵引供电系统分析
城市轨道交通双向变流式牵引供电系统分析发布时间：2021-01-12T03:58:33.385Z 来源：《河南电力》2020年8期作者：罗海[导读] 基于城市化进程不断加快，城市交通负荷逐渐加大，提高城市轨道交通运行效率，可缓解城市交通压力。
本文主要探究的是城市轨道交通双向变流式牵引供电系统应用情况，并就双向交流器在牵引供电系统中的应用原理进行分析，以期提升列车制动性能，提高资源利用率。
罗海（成都交大许继电气有限责任公司四川成都 611731）摘要：基于城市化进程不断加快，城市交通负荷逐渐加大，提高城市轨道交通运行效率，可缓解城市交通压力。
本文主要探究的是城市轨道交通双向变流式牵引供电系统应用情况，并就双向交流器在牵引供电系统中的应用原理进行分析，以期提升列车制动性能，提高资源利用率。
关键词：城市；轨道交通；双向变流器；供电系统引言：城市轨道交通牵引系统具有多种功能优势，系统开发者在传统牵引式供电系统基础上加以改进，采用增加列车制动能量吸收装置方案，在全控电力电子器件支持下，组成全控的整流装置，优化了系统装置性能，大大提高列车运行效率。
因此，基于早期牵引供电系统性能制动过程中，能源消耗较大，相关研究人员认为有必要就双向变流牵引供电系统展开全面的。
一、双向变流器工作原理及特点（一）工作原理双向变流器（结构图如图1）是四象限的PWM整流器，支持功率变换的一种装置，控制策略主要依据双向变流器元件等进行操作，装置自身具有整流功能及逆变功能，并在PWM整流器支撑下，实现对传输能量大小、能量方向的调控，功能优势显著。
轨道列车取流过程中，双向变流器能量经由交流系统传输到直流系统中；列车进行制动，无需牵引取流的情况下，双向变流器传输能量经由直流系统传回交流系统中，实现能量双向传输目标。
图1 双向变流器装置结构图（二）特点双向变流器装置在传统装置设计基础上加以优化和改进，具有整流、逆变双向传输功能，装置在任何一种工作状态下，直流网压始终处于稳定状态下，即便在峰值功率输出以及列车制动过程产生能量时，稳定直流电压值，保证列车制动运行的安全性和可靠性，不断为牵引供电系统稳定、持续供电，保证列车正常运行。
城市轨道交通专用轨回流系统直流接地保护方案
城市轨道交通专用轨回流系统直流接地保护方案摘要：随着城市化进程的加快，促进城市轨道交通建设项目的增多。
在城市轨道交通牵引供电系统常采用走行钢轨回流方式。
由于钢轨不能完全绝缘于道床，因此牵引回流电流会通过钢轨向道床及其他结构泄漏，并产生杂散电流川。
杂散电流会腐蚀车站及区间主体结构的钢筋、城市轨道交通内部的金属管线，以及线路沿线的市政金属管线。
对此，专用轨回流系统提供了更彻底的隔离解决方案。
专用轨回流采用绝缘支架安装在轨道中间或侧面，其将列车牵引回流引至变电所负极母线，从而实现电气与土建结构的有效隔离。
由于专用轨回流对地绝缘良好，接触网和专用轨回流的对地泄漏电阻极高，故当发生接触网对钢轨(或地)短路故障时，故障电流太小，且不在变电所直流接地框架泄漏保护范围内。
因此，有必要对专用轨回流系统的直流接地保护方案进行研究。
关键词：城市轨道交通；专用轨回流；接地保护；接地漏电；保护装置引言随着我国城市轨道交通的快速发展，轨道交通运营线路和数量的不断增加，线路运行过程中，电流通过走行轨回流时部分电流流入大地而产生的杂散电流问题日益严重，因此对于杂散电流防护治理措施的研究，受到越来越多人的关注。
杂散电流的危害包括腐蚀结构钢筋和沿线管道，造成地电位的抬升等，不仅影响设备的正常运行，严重时还会影响行车安全，杂散电流危害的解决措施包括加装排流网，缩短变电所距离和增加轨地绝缘水平等，但这些防护措施仅仅减小了杂散电流的幅值，难以从根本上解决杂散电流长期腐蚀的影响。
1城市轨道交通综合接地系统构成城市轨道交通工程多采用综合接地系统。
综合接地系统是指供电系统和需要接地的其他设备系统的工作接地、保护接地、电磁兼容接地和防雷接地等采用共同的接地装置，并实施等电位联结措施。
供电系统中，同时存在多个用于不同目的、不同用途的接地系统，如在交流系统中任一电压等级都同时存在工作接地和保护接地的问题，像110/35kV主变电所中就存在110kV设备的保护接地、35kV系统的工作接地、35kV设备的保护接地等。
电流传感器 参数
电流传感器参数1. 什么是电流传感器？电流传感器是一种电子设备，用于测量电路中的电流。
它可以将电流转换为与之成比例的电压或其他形式的输出信号，以便进行监测、控制和保护等应用。
2. 电流传感器的工作原理电流传感器的工作原理基于电磁感应定律。
当电流通过导体时，会在周围产生磁场。
电流传感器通过感应这个磁场来测量电流的大小。
常见的电流传感器有两种工作原理：霍尔效应和电感耦合。
霍尔效应传感器利用了电流通过导体时产生的磁场对霍尔元件的影响，从而测量电流的大小。
电感耦合传感器则利用了电流通过导体时产生的磁场对电感元件的影响，从而测量电流的大小。
3. 电流传感器的参数3.1 额定电流（Rated Current）额定电流是指电流传感器能够正常工作的最大电流值。
超过这个值，电流传感器可能无法正常测量电流或产生误差。
3.2 灵敏度（Sensitivity）灵敏度是指电流传感器输出信号相对于输入电流变化的比例关系。
通常以每安培（A）对应的输出电压或输出电流来表示。
3.3 频率响应（Frequency Response）频率响应是指电流传感器能够测量的电流信号的频率范围。
不同的电流传感器有不同的频率响应范围，通常以赫兹（Hz）为单位。
3.4 零点漂移（Zero Offset）零点漂移是指在没有电流通过时，电流传感器输出的非零信号。
它可能是由于传感器内部的杂散磁场或其他因素引起的。
3.5 非线性误差（Non-linearity）非线性误差是指电流传感器输出信号与输入电流之间的非线性关系。
它通常以百分比或毫安（mA）为单位表示。
3.6 温度特性（Temperature Coefficient）温度特性是指电流传感器在不同温度下的输出信号的变化。
它通常以每摄氏度（℃）对应的输出电压或输出电流的变化来表示。
3.7 精度（Accuracy）精度是指电流传感器输出信号与实际电流之间的差异程度。
它通常以百分比或毫安（mA）为单位表示。
城市轨道交通车辆电气系统ppt课件03城市轨道交通车辆牵引系统的保护、-监控、-构造与检修
３－４ 所示方向相反。若测得电流为－２５ ｍＡ， 则传感器正常。
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任务3.1主回路的过流保护实现与故障处理
• 3.1.6 知识链接
• 熔断器又称熔丝， 串联在电路中。当该电路产生过载或短路故障时， 熔断器先行熔断，切断故障电路， 保护电路和电气设备。熔断器按结 构可分为开启式熔断器、半封闭式熔断器和封闭式熔断器。在电动车 辆上多采用的封闭式熔断器， 完全封闭在壳内， 没有电弧火焰喷出， 不会造成飞弧和危及人身安全及损坏电气设备， 且可提高分断能力。
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任务3.1主回路的过流保护实现与故障处理
• 3.1.3 电流故障保护的实现机制
• 电流传感器的输出最终将输入到牵引控制系统的输入模块中， 然后这 些输入的模拟量将被牵引控制系统检测、计算和比较， 一旦发现电流 值和设定值之间的差值超过允许范围， 控制系统将根据故障的危害程 度按照下列情况进行处理：
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任务3.1主回路的过流保护实现与故障处理
• ５. 逆变器三相输出电流不平衡 • 逆变器三相输出电流不平衡故障只存在于交流列车上， 一旦牵引控制
单元发现三相输出电流的总和过大（应该为零）， 即认为出现三相输 出电流不平衡故障， 牵引控制单元将立即断开线路接触器， 同时切 断逆变器的工作， 系统进入封锁状态。 • ６.两组直流电机电流不平衡， 差异过大 • 两组直流电机电流不平衡， 差异过大故障只存在于直流列车上， 牵 引控制单元发现两组直流电机的电枢电流差异大于指定值， 如果在指 定时间内该差异电流依然存在， 牵引控制单元将立即断开线路接触器， 切断主回路的工作， 系统进入封锁状态。
城市轨道交通供电系统整流器的工作原理与性能分析
城市轨道交通供电系统整流器的工作原理与性能分析摘要：本论文深入研究了城市轨道交通供电系统中整流器的工作原理与性能分析。
城市轨道交通作为现代城市交通的重要组成部分，对供电系统的可靠性和效率要求极高，而整流器作为供电系统的核心组件，其性能直接影响着交通系统的运行稳定性和能源利用效率。
介绍了整流器的基本工作原理，分析整流器在城市轨道交通供电系统中的关键作用，以及性能指标的详细分析。
通过深入研究整流器的性能，为城市轨道交通供电系统的优化和改进提供了重要的理论支持。
关键字：城市轨道交通，供电系统，整流器，工作原理，性能分析，效率，稳定性一、引言随着城市化进程的不断推进和人口规模的不断增加，城市轨道交通系统已经成为现代城市交通运输体系中的不可或缺的一部分。
城市轨道交通系统以其高效、便捷、环保的特点，为城市居民提供了快速的出行方式，缓解了交通拥堵问题，也降低了环境污染。
为了确保城市轨道交通系统的正常运行，供电系统的稳定性和可靠性至关重要。
而供电系统中的整流器作为一个核心组件，其性能和工作原理对整个供电系统的运行产生了深远的影响。
二、整流器的工作原理整流器是一种电子设备，其主要功能是将交流电源转换为直流电源。
这在供电系统中非常常见，特别是在城市轨道交通系统中。
整流器的工作原理基于半导体器件的导通和关断，使得电流只能在一个方向上流动，从而将交流电转换为直流电。
以下是整流器的基本工作原理：1.半导体元件：整流器通常使用半导体元件来实现电流的导通和关断。
最常见的半导体元件包括二极管和晶闸管。
这些元件具有导电和截流的能力，使它们能够控制电流的方向。
2.交流输入：整流器的输入是交流电源，通常为交流电压。
这个输入可以是来自电网或其他交流电源的电压。
3.半导体元件的导通和关断：整流器内的半导体元件以特定的顺序导通和关断。
在半周周期内，一些元件导通，允许电流通过，而其他元件关断，阻止电流通过。
这样的操作使电流只能在一个方向上流动，从而将交流电转换为直流电。
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王小斌 李宝恩 贺莉
（西安永电电气有限责任公司，陕西 西安 710016）
摘 要：简要介绍了城轨供电系统牵引整流器的工作原理，电路结构，叙述了其保护配
置，重点介绍了由BLFK型电流传感器构成的逆流保护回路。
关键词 整流器 电流传感器 逆流保护
0 前言
整流器是城市轨道供电系统中的一项重要设备，它起着向列车提供能源的作用。为了
减少对电网的影响，牵引供电整流器采用24脉波整流方式。
采用24脉波整流方式，不仅能够减少工程建设投资成本，而且能够减少供电系统牵引
负荷产生的谐波，从而减少城轨供电系统对城市电网的谐波污染，提高供电质量。
1 24脉波整流器工作原理
城轨牵引供电系统中，在每座牵引变电所内，由整流变压器和整流器组成整流机组。
24脉波整流电路由两组12脉波整流电路构成，12脉波整流由两个6脉波3相整流桥并
联组成。其中一个3相整流桥接向整流变压器的二次侧星形绕组,另一个3相整流桥接向
整流变压器的二次侧三角形绕组。由于每台整流变压器二次侧星形绕组和三角形绕组相
对应的线电压相位错开π/6， 便可以得到两个三相桥并联组成的12脉波整流电路。图
1 为12脉波整流机组电气原理图。
当供给两台12脉波整流器的整流变压器高压网侧并联的绕组分别采用±7.5°外延三角形
联接时，两套整流机组并联运行构成等效24脉波整流。
2 保护配置
整流器本体设置的保护可分为两类：过电压保护及内部短路保护。
图1：12脉波整流机组电气原理图
2.1 过电压保护
过电压的类型可概括为：（1）换相过电压；（2）交流侧过电压；（3）直流侧过电压。
2.1.1换相过电压保护
当二极管通过正向电流时，正电荷及负电荷的载流子向PN结方向扩散，于是正电荷
载流子（空穴）就在P区与N区的交界面附近聚积起来。由于这些载流子的聚积，在
二极管正向电流过零时，二极管不能立即恢复反向截止能力。这时在二极管中出现类似
于短路电流的反向电流，逆向电流或快或慢的忽然消失。电流的忽然中断引起整流电路
中的感性负载产生感应电压，该电压叠加于正常反向电压之上形成换相过电压。
为避免换相过电压将二极管反向击穿，一般的解决方法是在每只二极管上并联RC电路
限制。但是实际应用中会出现这样的情况：二极管并联RC回路后会抬高整流器的空载
电压，而且电阻的发热量很大。
为使二极管免受换相过电压的危害，对于二极管整流电路，通过实际应用经验和理论
分析，直流侧并联的过电压保护电阻、电容可兼有换相过电压保护的作用，能够有效抑
制残余的过电压，因此可取消并联RC。
2.1.2交流侧过电压保护
由于变压器网侧绕组的漏抗与阀侧绕组的分布电容或抑制电容组成震荡电路，在接通
变压器网侧绕组时，会产生瞬变过程及由此引起的过电压。此外在整流变压器空载开断
时，其励磁感抗释放的能量将会产生过电压。为此，在交流侧加氧化锌过电压吸收器，
可将过电压抑制在２倍以下。
2.1.3直流侧过电压保护
直流侧过电压包括雷击过电压，直流侧快速开关断开而产生的操作过电压，以及来自
地铁车辆上的过电压。直流侧过电压保护措施如下：
(1)在直流电网侧加装了吸收操作过电压的电容Cdc和放电电阻Rdc。
(2)为避免过高的电压击穿元件，在整流器的输出端加压敏电阻Rv，以抑制残余的过电
压。
(3)直流侧加负载电阻Rz（有些资料中也称为“压仓电阻”），以防止过高的突升空载电压。
2.2 整流器内部短路保护
如果整流桥中的某个二极管失去反向截止能力，会造成整流器交流侧的相间短路，这
种情况即为整流器的内部短路，为此整流器设置了快速熔断器保护和逆流保护。
2.2.1快速熔断器保护
如图1所示，在每个二极管支路上串联一只快速熔断器，整流桥内二极管、快速熔断
器组件的并联数量与整流器的容量有关。串联快速熔断器的作用是为了分断因某只二极
管击穿而造成的交流侧短路电流，防止变压器相间短路。
快速熔断器的选择要求：只在与其串联的二极管损坏时才熔断保护，整流器的外部短
路,快速熔断器不应动作熔断，而由交直流开关分断故障电流进行保护。
快速熔断器选择从以下三个方面考虑：
1）额定电压UFU
2）额定电流IFU
3）I2t值核算
2.2.2逆流保护
对于内部短路故障，整流器还设置了逆流保护。
设置逆流保护的目的是为了防止快速熔断器不能熔断短路电流时，对整流器进行保护，
提供跳闸信号给后续操纵。
3 逆流保护回路
如果整流器桥臂内的某个二极管反向击穿，则在这个二极管支路的熔断器开始熔断的
弧前时间和燃弧时间内，将有逆向的故障电流流经这个桥臂。在整流器的每个桥臂设置
一只电流传感器，用于检测此逆向电流。出现逆流时输出信号给保护电路，该信号经过
判别处理后，输出跳闸信号给后续操作。
图2：逆流保护原理图
图2所示为一个6脉波整流电路的逆流保护原理图，在一台12脉波整流器内，共设
置12只电流传感器，检测整流桥各桥臂的电流。
设置在整流器桥臂的电流传感器的选择需要根据整流器容量的大小，并且需要考虑出
现大电流时可以正常检测，不至于传感器饱和。以我公司已经批量生产的2200kW整流
器为例，选用了LEM公司的BLFK2000-S2型电流传感器。该传感器使用±15V双电源
供电，可以测量2000A电流，电流2000A时输出4V电压，响应时间在20μs以内，可
用于-10 ~ +70℃的工作环境。BLFK2000-S2是一种应用霍尔效应的开环电流传感器，体
积小、重量轻、成本较低，采用对开式结构，安装、更换均十分方便，原边与副边之间
高度绝缘，传感器本身的电流消耗仅为25mA，精度基本能满足保护电路的使用需求。
后续电路如图3所示，图中的REF为保护设定值。
图3： 电流传感器后续电路示意图
选用BLFK2000-S2型电流传感器构成的逆流保护回路，其优点主要体现在以下几个
方面：
（1）由于电流传感器副边输出的是一个电压信号，因此就使后续电路变的简单。
（2）原边与副边之间良好的绝缘性能，使主、辅回路安全隔离。
（3）适应-10 ~ +70℃的工作环境，可满足城轨供电系统变电所恶劣的使用条件。
（4）对开式结构，方便工作人员在长期使用中的维护。
（5）精度高、响应时间短，满足保护电路的需求。
除了在逆流保护回路中使用电流传感器之外，在整流器直流输出电压、直流输出电流
的检测中也使用到了LEM的传感器，正是由于其良好的隔离特性及精度，为盘面表计
提供了准确的信号。
4 结束语
LEM公司是国际知名的跨国公司，是电力、电子传感器方面的先驱者和发明者。LEM
传感器被广泛应用于电力电子、机器人、电梯、医疗等行业，相比其他传感器公司的产
品有技术领先、成本低廉、性能优良、种类多样、可靠性高等优势。这也是我们在本方
案中选择LEM传感器的原因。
2005年我公司为广州地铁4号线提供了24脉波牵引整流器，该条线路为国内第一条采
用直线电机的线路。自2005年12月26日通车运行以来，设置在各桥臂的电流传感器
能够及时、准确地反映母线电流的状态，在安全性、可靠性等方面显示了优越性，发挥
了其应有的作用。
参考文献：
[1] 黄俊. 电力电子变流技术. 北京：机械工业出版社，1993
[2] 铁路专用选型手册 电量隔离传感器 北京莱姆电子有限公司，2003年5月