45km 지하철 노선의 견인 전력 엔지니어로서 하루 80,000명의 승객을 수송할 수 있는 능력을 갖추고 있으며, 간격은 90초입니다. 이 시스템은 35kV AC로 구성된 견인 전력 시스템을 활용하게 됩니다. 이 AC 배전은 12개의 견인 전력 변전소에 전류를 공급하며, 이 변전소는 에너지를 750V DC로 변환하여 제3 레일을 통해 공급합니다. 이 과정이 진행되는 동안, 역 내부 조명, 에스컬레이터, 환기 팬 및 신호를 위한 보조 전력을 제공하는 또 다른 완전한 변압기 세트가 있을 것입니다 [1].
철도 교통에서 변압기와 함께 작업하는 데 필요한 전기 공학 기술 수준은 다른 응용 프로그램과는 전혀 다른 수준입니다. 이 기사는 견인 정류기 변압기, 보조 변압기, IEC 표준 준수를 보장하기 위한 조치, 열 방산, 고조파 전류 및 충격 저항 문제를 처리하는 방법을 포함하여 철도 교통에서 변압기에 대한 다양한 설계 요구 사항을 설명할 것입니다.
철도 변압기가 다른 이유
철도 교통 변압기는 세 가지 까다로운 조건의 교차점에서 작동합니다: 견인 전력 품질, 역 신뢰성 및 자산 수명. 산업용 의무와의 차이는 구체적입니다:
| 의무 매개변수 | 산업 플랜트 | 철도 교통 |
|---|---|---|
| 부하 주기 | 예측 가능한 변화, 몇 시간 지속 | 3-5분마다 피크/비피크 주기 |
| 전압 범위 | ±10% 일반적으로 | +12%/−18% EN 50163에 따라 |
| 부하 전류 형태 | 거의 사인파 | 정류된 DC, 강한 고조파, 가끔 DC 성분 |
| 단락 빈도 | 드물게 | 제3 레일/가선에서 자주 발생 |
| 설치 | 종종 접근 가능한 방 | 지하 금고, 선로 옆, 진동에 노출됨 |
| 자산 수명 목표 | 일반적으로 20년 | 지하철 사양에서 일반적으로 30년 |
이러한 차이는 모든 견인 변압기 입찰에서 단락을 제한하기 위한 증가된 임피던스, 가변 전압 작동을 허용하기 위한 우수한 절연, 빠른 열 주기를 처리하기 위한 냉각, 그리고 지진 충격에 저항하는 탱크와 같은 특별한 사양으로 이어집니다.
견인 정류기 변압기
견인 정류기 변압기는 DC 견인 공급 시스템의 중심 구성 요소를 나타냅니다. 이 변압기의 목적은 AC 공급 전압(10, 20 또는 35 kV)을 이 응용 프로그램의 정류기 입력 전압으로 낮추는 것입니다. 이 전압은 일반적으로 750V DC 시스템의 경우 590V에서 1,180V AC 범위에 있으며, 1,500V DC 시스템의 경우 1,180V를 초과하고 최대 2,360V까지 올라갈 수 있습니다.
| DC 시스템 | 정류기 변압기 정격 | 일반적인 임피던스 | 변전소당 공급 거리 |
|---|---|---|---|
| 750 V DC (제3 레일, 지하철) | 2×1,800–2×3,000 kVA | 6–8% | 2–4 km |
| 1,500 V DC (가선, 도시 철도) | 2×2,500–2×4,500 kVA | 8–12% | 4–8 km |
| 3 kV DC (구형 주선) | 2×3,000–2×6,000 kVA | 10–12% | 8–15 km |
견인 정류기 변압기 건설에 중요한 세 가지 요소가 있습니다.
고조파 내용: 정류기는 고조파(5차, 7차, 11차, 13차)로 풍부한 비사인파 전류로 특징지어지며, 비대칭 발화가 있을 경우 코어를 부적절하게 편향시켜 과열을 유발할 수 있는 소량의 DC가 발생할 수 있습니다. 따라서 변압기는 권선 손실에 대한 여유를 더 높게 설계해야 합니다.
임피던스 값: 6–12% 임피던스는 제3 레일 고장으로 유입되는 단락 전류를 제한하며 – 이는 하루에 여러 번 발생할 수 있습니다 – 정류기 전환을 규정합니다. 이 값은 보호와 조정 간의 타협 결과를 나타냅니다.
과부하 능력: 후행 서비스는 EN 50329(전력 변압기에 적용되는 표준)에서 규정한 과부하 사이클을 허용합니다. 예를 들어, 150%는 5분 동안 또는 300%는 1분 동안 변압기가 고장 위험 없이 작동할 수 있습니다.
2×2,500 kVA 전력 정류기 변압기의 비용은 브랜드 이름, 냉각 방법 및 지하역을 위한 소음 감소 하우징의 가용성에 따라 $45,000–$120,000입니다.
보조 및 측면 역 변압기
게다가, 보조 변압기는 모든 역에 필요합니다. 이들은 역 서비스, 즉 조명, 에스컬레이터, 환기, 펌프, 화재 시스템 및 신호 시스템을 담당합니다.
신호 전원 공급: 신호 장치 및 열차 제어 시스템은 ±10% 이상의 전압 변동 없이 전원 공급이 필요하며, 전원 차단은 10ms를 초과하지 않아야 합니다. 이를 위해 전용 전압 조정 변압기를 사용해야 합니다.
역 보조 부하: 500–2,500kVA 건식 변압기는 주로 보조 변압기의 형태로 사용되며, 이러한 커패시터는 지하 환경의 안전을 위해 필요합니다.
측면 장비: 이들은 100–500kVA의 소형 장치로, 레벨 크로싱, 신호 및 선로 측 통신을 위한 전원 공급에 사용됩니다.
보조 역 변압기는 1000–2500 kVA 변압기에 대해 $15,000에서 $40,000 사이의 비용이 발생할 수 있습니다. 이들은 또한 30년 이상의 수명을 가지도록 제작되며, 모니터링 및 유지 관리가 필요합니다. 고장 난 변압기는 역을 효과적으로 중단시킬 수 있습니다.
철도 변압기를 규정하는 표준
철도 변압기 조달은 다른 산업의 구매자가 거의 보지 못하는 특정 표준 집합을 참조합니다. 이를 아는 것은 준수 입찰에 필수적입니다:
| 표준 | 범위 | 왜 중요한가 |
|---|---|---|
| IEC 60076 (시리즈) | 기본 변압기 설계 및 테스트 | 모든 철도 변압기 등급 및 테스트의 기초 |
| EN 50163 | 견인 시스템의 공급 전압 | 변압기가 처리해야 하는 +12%/−18% 전압 범위를 정의합니다 |
| EN 50329 | 견인 변압기 및 그 냉각 | 견인 과부하 주기 및 열 설계 규칙을 정의합니다 |
| IEC 60310 | 롤링 스톡의 견인 변압기 | 기차 자체의 온보드 변압기를 포함합니다 |
| EN 50121 | 철도 응용을 위한 EMC | 변전소 장비의 전자기 호환성 한계 |
| EN 50122-1 | 견인 시스템의 전기 안전과 관련된 보호 조항 | 변전소의 접지 및 본딩 요구 사항 |
주목할 두 가지 설치가 있습니다. EN 50329는 과부하 주기 및 열 테스트에서 대부분의 지하철 당국이 사용하는 미터법 표준입니다; 이는 “150%를 5분 동안”이라는 문구를 일상적인 표현에서 테스트를 거친 것으로 바꾸는 문서입니다. EN 50121은 전자기 호환성을 다루며, 일반적으로 저비용 장비 공급자가 위반하는 첫 번째 표준입니다. 이는 견인 변전소가 인버터의 스위칭 전류에 영향을 받지 않는 신호 설치와 인접하여 작동해야 하기 때문입니다.
특별 요구 사항: 전압, 고조파, 열 충격
네 가지 특정 요구 사항이 철도 프로젝트의 변압기 제조업체에게 지속적인 도전을 제기하며, 이는 입찰서에 명시적으로 기재되어야 합니다.
넓은 전압 범위 (EN 50163): 변압기와 그 탭 체인저는 출력 전압을 명목 전압의 +12%/−18% 이내로 유지해야 합니다. 이 문제는 부하 탭 체인저의 도움으로 해결되거나 권선에서 충분한 설계 여유를 제공함으로써 해결됩니다.
고조파 및 DC 저항: 전류가 정류기 부하에 의해 왜곡되고 DC 바이어스를 주입할 수 있으므로, 권선은 손실 여유와 코어 플럭스/헤드룸을 증가시켜 설계되어야 합니다. 이 문제의 세부 사항은 정격 및 과부하 조건에서의 온도 상승 테스트에 의해 드러납니다.
열 사이클링: 빠른 부하 변화는 권선을 몇 분마다 가열하고 냉각시켜 절연체에 기계적 스트레스를 가합니다. EN 50329에 따른 과부하 테스트 및 열 사이클링 검증은 철도 유닛을 산업 유닛과 구별합니다.
충격, 진동 및 소음: 지하 및 선로 측 설치는 내진 장치와 진동 감쇠가 필요하며, 인접한 역 장비의 소음 수준은 65 dB(A) 미만으로 제한되어야 합니다.
고객에게 이는 다음과 같이 해석됩니다: 표준 배전 변압기에 대한 견적이 견인 정류기 용도로 제공된다면 이는 문제에 대한 이해 부족을 나타냅니다. 해당 장치는 EN 50329 또는 유사한 요구 사항에 따라 유형 테스트를 통과해야 하며, 과부하 조건에서의 테스트를 포함해야 하며 관련 보고서는 IEC 60076 온도 상승 테스트만 포함해서는 안 됩니다.
제조업체의 혁신적인 솔루션
변압기 제조업체들은 이제 철도 등급 장비의 표준 기능이 된 혁신적인 솔루션 세트에 대응했습니다:
| 혁신 | 문제 해결 | 전형적인 구현 |
|---|---|---|
| 향상된 권선 냉각 덕트 | 빠른 열 사이클링 | 피크 단기 열 펄스를 위한 축 방향 및 방사형 덕트 크기 |
| DC 바이어스 저항 코어 설계 | 정류기 DC 구성 요소 | 더 큰 코어 단면적 및 고급 강철로 인한 플럭스 여유 |
| 통합된 광섬유 온도 감지 | 과부하 시 핫스팟 관리 | DCS에 데이터를 공급하는 권선 내장 FBG 또는 플루오로옵틱 센서 |
| 저소음 인클로저 및 음향 캐빈 | 역 소음 한도 <65 dB(A) | 이중 벽 탱크, 댐핑 라이너, 탄력 있는 장착 |
| 밀폐형, 유지보수 없는 설계 | 지하 금고 접근 제약 | 용접된 탱크, 질소 블랭킷 또는 가스 흡착 오일 보존 |
| 디지털 트윈 / 온라인 모니터링 | 30년 자산 수명 보장 | DGA, 부분 방전 및 원격 분석을 통한 부하 프로파일링 |
새로운 지하철 프로젝트의 경우, 표준은 온라인 DGA 및 부분 방전 탐지기가 운영 제어 센터에 데이터를 공급하는 견인 변압기의 전체 모니터링입니다. 이는 사치가 아니라, 사실 견인 변압기는 예기치 않은 고장을 초래하여 수익의 즉각적인 중단을 초래할 수 있는 유일한 자산이므로 운영자는 모니터링을 단순한 선택이 아닌 필수 사항으로 간주해야 합니다.
철도 프로젝트를 위한 사양 체크리스트
DC 전압 수준(750 V / 1,500 V / 3 kV)과 EN 50163 전압 범위 및 EN 50329 과부하 주기 요구 사항(프로젝트별 작업에 따라 5분 동안 150% 및 1분 동안 300%)에 따라 AC 공급 전압 및 주파수를 명시하십시오. 단락 제한에 사용할 수 있는 임피던스 범위를 명시하고, 보호 연구로 이를 확인하십시오.
설계가 고조파 및 DC 성분에 저항할 수 있도록 요구하며, 고조파가 있는 정격 특성과 부하를 사용하여 온도 상승에 대한 테스트를 요청하십시오.
지하 금고 및 선로 측, 해수면 위 고도 및 습도 수준을 포함한 환경 조건을 명시하십시오.
최대 소음 수준(일반적으로 65-75 dBA) 및 지진/진동 자격을 명시하십시오. 새로운 장치에 대해 온라인 모니터링 옵션(DGA, PD 및 온도)을 구현하도록 요청하십시오.
테스트가 EN 50329 또는 동등한 기준을 준수함을 증명하는 문서를 요청하십시오. 장비의 30년 수명을 정의하고 예비 부품 공급을 요청하십시오.
배송 전에 EN 50121에 따른 EMC 준수를 확인하십시오.
주요 브랜드 및 가격 비교
견인 변압기 시장은 지하철 및 주요 노선 시스템을 공급하여 자리 잡은 제조업체에 의해 지배됩니다. 이 표는 2×2,500 kVA, 35 kV 견인 정류기 변압기에 대한 비용 추정치를 제공하지만, 실제 가격은 임피던스, 냉각 수단 및 소음 인클로저에 따라 달라집니다.
| 브랜드 | 국가 | 철도 포트폴리오 강점 | 대략적인 가격 (USD) |
|---|---|---|---|
| 지멘스 | 독일 | 완전한 견인 전력 생태계, 광범위한 지하철 참조 | $70,000–$120,000 |
| ABB | 스위스 | 정류기 및 변환기 통합 유산 | $65,000–$115,000 |
| 히타치 에너지 | 일본/스위스 | 강력한 철도 전력 및 견인 변압기 실적 | $75,000–$120,000 |
| 슈나이더 일렉트릭 | 프랑스 | 변전소 및 보조 전력 패키지 | $60,000–$105,000 |
| 알스톰(공급망) | 프랑스 | 차량 및 고정 전력에 대한 견인 시스템 통합 | 프로젝트별 |
| 장쑤 수비안 전력 | 중국 | IEC/EN 준수 견인 정류기 및 보조 변압기, OEM | $45,000–$80,000 |
유럽 및 일본의 알려진 공급업체들은 지하철 참조에서 수십 년의 경험을 가지고 있으며, EN 50329 유형 테스트에 대한 광범위한 경험과 완전한 견인 전력 패키지를 제공할 수 있는 능력을 갖추고 있습니다. 그들은 까다로운 현지 콘텐츠 사양이 있는 많은 주요 지하철 프로젝트에 입찰할 자격이 있는 유일한 업체입니다. 장쑤 수비안 전력은 국제 철도 프로젝트를 위해 이 격차를 해소하기 위해 EN 50329 과부하 사양에 따라 제작된 IEC 60076 준수 정류기 및 보조 변압기를 공급하고 있으며, 이는 유럽 가격의 약 40–60%에 해당합니다. 제안서를 비교하는 지하철 당국 및 EPC 계약자는 수비안과 같은 인증된 공급업체를 선택하고 다른 주요 세계 공급업체와 함께 EN 50329 유형 테스트 인증서 및 공장 테스트 프로토콜을 확인하며, 비용 차이를 감시 및 예비 부품 패키지 자금으로 사용할 수 있는 실용적인 경로를 선택할 수 있습니다.
자주 묻는 질문
지하철 견인 정류기 변압기의 일반적인 정격은 무엇입니까?
750볼트에서 작동하는 DC 메트로 시스템은 일반적으로 각 트랙션 변전소에 2,1000 kVA 또는 2,3000 kVA의 정격을 가진 두 개의 변압기 정류기를 사용합니다. 1,500 V DC 시스템은 2,8000 kVA 또는 2,4500 kVA의 정격을 가진 2개의 이상적인 변압기 정류기를 사용합니다.
철도 변압기가 산업용 변압기보다 왜 이렇게 비쌀까요?
2×2,500 kVA 트랙션 정류기 변압기는 유사한 크기의 배전 장치에 비해 $45,000–$120,000의 비용이 발생하며, 이는 $9,000–$18,000입니다. 이 프리미엄은 EN 50329 과부하 가능 권선, 고조파 및 DC 바이어스 저항, 30년 설계 수명, 저소음 구조, 내진 자격 및 유형 시험 — 그리고 철도 조달의 문서 부담을 포함합니다.
트랙션 변압기는 어떤 전압 범위를 견뎌야 하나요?
EN 50163에 따라, 트랙션 시스템은 명목 전압의 +12%/−18% 범위에서 작동해야 합니다. 25 kV 시스템의 경우 19–28 kV를 의미하며, 35 kV 공급의 경우 대략 28.7–39.2 kV입니다. 변압기와 그 탭 체인저는 이 전체 범위에서 출력을 조절해야 하므로, OLTC는 대형 트랙션 장치에서 일반적입니다.
표준 배전 변압기를 트랙션 용도로 사용할 수 있나요?
광범위한 재설계가 필요하며, 대부분의 메트로 당국은 이를 수용하지 않을 것입니다. 트랙션 용도는 정류기 고조파, 가능한 DC 구성 요소, 빠른 열 사이클링 및 빈번한 단락을 추가합니다. 표준 장치는 EN 50329 과부하 사이클에서 과열되고 조기 노화되어 일반적으로 필요한 30년 대신 5–8년 내에 고장납니다.
현대 트랙션 변압기는 어떤 모니터링을 해야 하나요?
새로운 메트로 프로젝트의 모범 사례는 온라인 DGA와 부분 방전 감지, 섬유 광 센서를 통한 권선 온도 측정 및 운영 제어 센터에 피드를 제공하는 부하 프로파일링입니다. 이는 일반적으로 단위당 $6,000–$20,000을 추가하지만 변압기를 반응 유지 관리 항목에서 예측 가능 자산으로 전환합니다.
참고 문헌
- EN 50329 — 철도 응용 프로그램: 고정 설치, 트랙션 변압기 — 과부하 사이클 및 열 설계 규칙을 정의하는 트랙션 전용 표준입니다.
- EN 50163 — 트랙션 시스템의 공급 전압 — 트랙션 장비를 위한 +12%/−18% 전압 범위를 정의합니다.
- IEC 60076 시리즈 — 전력 변압기 — 모든 트랙션 변압기 입찰에서 참조되는 기본 설계 및 시험 표준입니다.
- IEC 60310 — 롤링 주식의 트랙션 변압기 — 기차의 온보드 변압기 요구 사항입니다.
- EN 50121 — 철도 EMC 표준 — 트랙션 변전소 장비에 대한 전자기 호환성 한계입니다.
- 철도 저널 — 메트로, 트램 및 트랙션 전력 프로젝트 사양에 대한 산업 보고입니다.
- 장쑤 수비안 전력 — 공식 사이트 — 철도 프로젝트를 위한 IEC 준수 트랙션 정류기 및 보조 변압기 제조업체입니다.
결론
철도 시스템에 사용되는 변압기는 다른 산업 응용 프로그램에서 사용되는 것과는 다른 운영 프로필에 노출됩니다: 이들은 짧은 간격으로 빠른 열 사이클을 견디고, 큰 전압 변동을 처리하며, 정류기에 의해 생성된 고조파를 다루고, 빈번한 단락을 견딜 수 있으며, 30년 동안 서비스에 지속되어야 합니다. 따라서 EN 50163 및 EN 50329와 같은 관련 표준을 준수하고, 임피던스 및 과부하 용량을 적절히 결정하며, 요구되는 유형의 테스트에 대한 준수 증명을 요구하고, 실패를 감지하는 대신 예측할 수 있는 현대적인 모니터링 시스템을 장치에 구현함으로써 이러한 요구 사항을 충족하는 것이 중요합니다.
주요 사항:
EN 50329 과부하 사이클 및 EN 50163 전압 요구 사항에 따라 트랙션 유닛을 선택하십시오.
단락 연구의 데이터에 대해 임피던스를 확인하는 것을 잊지 마십시오; 6-12%의 값은 정상입니다.
변압기의 코어가 DC 바이어스 저항성이 있고 권선이 고조파와 함께 작동할 수 있도록 요구하십시오.
투자 안전성을 보장하기 위해 여러 매개변수의 실시간 모니터링을 추가하십시오.
메트로, 트램 또는 주선 프로젝트에 대한 트랙션 전력 및 보조 변압기 공급에 대해 Jiangsu Subian Electric Power에 문의하십시오. www.subian-electric.com.