HXXS9型制動能耗裝置非運營期間的運行分析

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摘 要：廣州地鐵四、五號線采用HXXS9型制動能耗裝置解決因列車制動而產(chǎn)生的多余能量，然而在非運營期間該裝置卻多次發(fā)生故障。該文通過分析設備的工作原理，以及引起故障的原因，將吸收條件進行了整定優(yōu)化，對確保地鐵穩(wěn)定運行，具有實際意義。

關(guān)鍵詞：非運營 制動能耗 吸收 整定值

中圖分類號：U270.35 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）03（b）-0020-02

廣州地鐵四、五號線采用直線電機客運列車，牽引電能為DC 1 500 V供電系統(tǒng)。由于機車在減速制動時，將向直流電網(wǎng)回饋能量，引起電網(wǎng)瞬時電壓升高，給設備穩(wěn)定運行帶來了風險。為了保持網(wǎng)壓的穩(wěn)定，把制動的能量消耗掉或加以回收利用，常見的有電阻耗能、電容儲能以及逆變反饋等方式[1]。

HXXS9型制動能耗裝置投用于廣州地鐵四、五號線，通過斬波器和吸收電阻配合，根據(jù)列車制動時直流網(wǎng)壓的變化狀態(tài)調(diào)節(jié)斬波器占空比，將接觸網(wǎng)電壓穩(wěn)定在一定范圍。多年以來，該裝置在非運營期間的運行中，由于DC 1 500 V電網(wǎng)電壓升高，導致驅(qū)動IGBT開通吸收，造成多次IGBT超溫或擊穿事件。該文介紹了裝置運行的原理，對非運營期間存在的問題，分析原因并提出了切實可行的解決方案。

1 HXXS9型制動能耗裝置基本原理

HXXS9型制動能耗裝置的工作原理如圖1所示[2]。

當列車制動，若反饋至直流電網(wǎng)的電能不能被車載設備和處于同一供電分區(qū)的牽引列車吸收利用時，制動能耗裝置投入工作，吸收電阻回路導通，消耗掉多余的制動電能。

系統(tǒng)檢測33 kV、1 500 V網(wǎng)壓、裝置電壓及電流的極性即可判斷是否開通吸收，其檢測電源系統(tǒng)的特性與電流極性如圖2所示[3]。

系統(tǒng)對比直流電網(wǎng)電壓和其空載時的電壓，判斷有無客車處于制動狀態(tài)。當≥時，可能存在的情況為：停站、故障或列車制動，為躲避前兩種狀態(tài)，判斷裝置吸收的啟動電壓為=+。然而網(wǎng)壓存在一定波動，實際啟動電壓設置為=U0++。

2 HXXS9型制動能耗非運營期運行分析

HXXS9型再生制動能量消耗裝置在投入廣州地鐵四、五號線運營以來，在非運營期間，由于AC 33 kV和DC 1 500 V網(wǎng)壓升高，曾發(fā)生多起因IGBT誤導通而引起的開關(guān)跳閘事件。

故障案例：04∶51，楊箕制動能量消耗裝置IGBT1支路超溫導致直流開關(guān)跳閘。經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生時刻，制動能耗裝置處于持續(xù)吸收狀態(tài)，造成IGBT1支路超溫。故障處理期間，變電人員對設備進行檢查，確認設備無異常。由于接觸網(wǎng)電壓偏高（約1 734 V），經(jīng)匯報電調(diào)后，通過調(diào)整裝置吸收條件后，電調(diào)組織設備送電成功。

故障原因分析：制動能耗裝置與直流電網(wǎng)以及列車特性情況的關(guān)系未處于最優(yōu)化的狀態(tài)。非運營期間，實際無列車制動的情況下，由于吸收參數(shù)設置存在偏差，導致制動能耗裝置無法辨別交流電網(wǎng)是否屬于正常電壓波動，造成裝置誤投入吸收。

3 吸收條件優(yōu)化整定

通過優(yōu)化調(diào)整制動能耗裝置的吸收條件，使其滿足保護裝置的選擇性，靈敏性，快速性以及可靠性等要求。以廣州地鐵五號線為例，見表1。

（1）33 kVAC整流電壓：該整定值設置依據(jù)應為額定電壓時整流器直流側(cè)空載電壓Ud，整定原則U0=Ud。直流側(cè)為兩臺整流機組并聯(lián)運行的情況下，24脈波整流的空載直流電壓：

（1）

根據(jù)上表與公式，將33 kV AC整流電壓定值調(diào)整為U0=1 664 V。

（2）吸收電壓給定值：由于吸收啟動值，根據(jù)運行經(jīng)驗，正常工作電壓（33 kV）下，可忽略△U的影響，啟動值設置為1 710 V較為合理。結(jié)合第（1）點可得：吸收電壓給定值： V。

（3）交流電壓變化限幅百分號：當≤33 kV時，系統(tǒng)執(zhí)行啟動值；當33 kV時，系統(tǒng)執(zhí)行啟動值。其中，是由整定值“交流電壓變化限幅百分號”來決定的，該參數(shù)主要防止能耗系統(tǒng)因電壓波動等原因造成的裝置空吸，所代表的意義是當33 kV側(cè)交流電壓升高一定值后，整流器直流側(cè)電壓相應升高的電壓值。由于①=U-U0；而制動能耗裝置系統(tǒng)軟件執(zhí)行的計算公式為，②=U0×交流電壓變化百分比×交流電壓變化限幅百分號；33 kV側(cè)交流電壓的變化和整流器直流側(cè)電壓的變化成線性關(guān)系，③（U-U0）/U0=交直流電壓變化百分比=交流電壓變化百分比；結(jié)合公式①、②、③，將交流電壓變化限幅百分號調(diào)整為100%。

（4）過電壓：該保護功能主要用于防止不正常高壓對系統(tǒng)的傷害，按照躲過最大工作電壓原則整定。最大工作電壓=+正向最大電壓波動值，GB/T 12325—2008規(guī)定35 kV及以上電壓正、負絕對值之和不超過10%，取正向最大波動值為5%?？紤]正向測量誤差，能耗裝置電壓傳感器等級為1.5級。設置過壓保護定值時，考慮一個系數(shù)Ki。因此整定計算公式為：

Um=Ki（+正向測量誤差）=Ki×（能耗吸收基準值+正向最大電壓波動值+正向測量誤差）。其中Ki取1.02，因此，過電壓定值設置為1 860 V。

（5）失壓延時：當制動能耗裝置檢測到直流電網(wǎng)電壓低于200 V時，將延時發(fā)出系統(tǒng)失壓報警并分開KM1，為防止檢測回路抖動引起KM1誤動作，根據(jù)離線測試數(shù)據(jù)，設置失壓延時整定值為600（1.5 s）。

（6）PWM脈寬：HXXS9型制動能耗裝置，單支路工作頻率150 Hz；采用間隙工作制，一、二、三、四支路逐次開通；相鄰支路開通間隙時間1.67 ms；占空比可調(diào)節(jié)范圍：5%≤α≤95%；當吸收占空比檢測超過95%時，IGBT截止，并根據(jù)電網(wǎng)電壓，自動判斷是否重新開通；為防止裝置開通時間短，造成第一支路長期處于工作狀態(tài)，通過試驗測試數(shù)據(jù)，設置最大PWM脈寬整定值為2 000（占空比61.57%），見表2。

4 結(jié)語

該文對HXXS9型制動能耗裝置的工作原理進行了介紹。同時分析了非運營期間，設備運行中存在的問題和解決方案，對提高供電質(zhì)量，保障地鐵設備及運營安全，具有實際意義。

參考文獻

[1] 葉蘭蘭.城市軌道交通再生制動能量回收系統(tǒng)研究[D]. 西南交通大學，2013.

[2] 李玉萍.淺談地鐵施工中再生制動能量消耗裝置的作用[J].科技信息：科學教研，2007（16）：130-131.

[3] 肖瑩.淺析廣州地鐵車輛再生制動能量的處理方式[J].科技風，2011（19）：27.