地鐵列車再生制動能量吸收裝置參數設置

張猛

摘 要：地鐵列車在制動時會向電網回饋能量，當這部分能量不能完全被其他車輛或用電設備吸收時，會造成電網電壓升高，這對變電所設備和車輛的運行非常不利，因此需要設置再生制動能量吸收裝置將剩余能量消耗掉，以維持電網電壓穩定。

關鍵詞：牽引制動；能量反饋；網壓

中圖分類號：U231 文獻標識碼：A

1.牽引列車現狀

在每個牽引箱里均配有電壓傳感器用來實時檢測網壓值，以檢測網壓的實時情況。電壓傳感器檢測到的數據實時傳給DCU，由DCU進行軟件處理判斷。當網壓在正常范圍內時，牽引逆變器正常工作，當網壓過高或過低時，DCU會報出網壓過高或過低故障，并斷開相應的接觸器以保護牽引設備。在DCU中會設有網壓過壓1、網壓過壓2、網壓欠壓等3種針對網壓值的故障判斷。其中當網壓值超過2100V時，DCU會報出“網壓過壓2”故障，為防止網壓過壓對設備造成損害，DCU會斷開高速斷路器、短接接觸器、封鎖逆變單元，并且需要通過MVB復位或重新激活列車進行恢復。這意味著發生這種故障時，列車才能合高斷進行牽引，否則列車無法動車。此時，牽引制動過壓保護的設置成為關鍵。

2.研究方法

通常再生制動引起過電壓持續時間非常短，供電系統設備無法采集到過電壓情況。過電壓是由于供電系統震蕩引起或在列車制動過程引起的。網壓過高或列車本身檢測系統采集錯誤的過電壓無法判斷。通過試車線模擬正線電客車啟動、行駛、制動、停止，采集變電所內牽引網壓。

研究采用DSO-3034a型號示波器采集牽引網壓波形，實際電壓=采集電壓×220，橫向間隔表示采樣時間，縱向間隔表示采樣大小。采集頻率設置為100KSa/S（1s采集1×10????5個點=10微秒采集1個點）。

牽引供電系統采用橋式24脈波整流，將交流電壓轉換成直流電壓，由于示波器的采樣頻率非常高，所以在采集的直流電壓波形圖中，每當電壓趨于穩定后，放大的波形圖中會觀察到很厚的波形，電壓變化幅度越小，波形越厚重。

2.1 電客車制動時，有電流回饋至電網會使網壓升高。而電壓波動是因為再生制動能量吸收裝置啟動后，仍然有再生電流回饋至電網，使電網電壓重新升高，故調節過程中電網電壓會在基準電壓值附近上下波動，且波動幅度越來越小，并最終穩定在基準值。待再生能量完全消耗在吸收電阻上時電網電壓恢復正常。

如圖1所示，縱向時間為200ms/格，橫向電壓大小為200mV/格。電壓瞬時上升時間約為400ms，大電平持續時間約為800ms（持續時間由制動時間決定，制動時間越長，大電平持續時間越長），電客車停車后，電壓迅速下降并在200ms后恢復正常，在持續大電平期間可以明顯觀察到3個連續的震蕩波形，波動幅值在8.55V～8.10V（1885V～1782V）之間，電壓恢復后穩定在7.2V左右（1584V）。

2.2 試車線有電客車制動時間延長，牽引網壓波動情況

圖2所示，縱向時間為500ms/格，橫向電壓大小為200mV/格。電壓瞬時上升時間約為370ms，大電平持續2000ms，前500ms內出現5個明顯連續、波動較大的震蕩波形，波動幅值在8.75V～8.30V（1925V～1820V）之間，電客車停車后，電壓迅速下降180ms后恢復正常，最后穩定在7.16V左右（1575V）。

2.3 試車線有電客車運行期間，35kV環網網壓情況

圖3為試車線電客車制動時，變電所內35kV網壓波動曲線圖。波形連續穩定，有效值穩定在59V（一次側相電壓35.7kV），列車制動不對中壓網絡產生影響。

2.4 車牽引系統嚴重故障事件中，電客車采集的牽引網壓情況

圖4所示為牽引列車“網壓過壓2”故障的數據波形圖。其中，最大網壓尖峰值超過2665V，且三次波動均超過2200V，且最大持續時間約為240微秒。

3.結果分析

通過對圖1、2、3的比較分析可知，當試車線電客車制動時，網壓開始升高，電客車制動時制動力越大，網壓上升速度越快。結合再生制動系統啟動的響應時間對網壓的影響，網壓的上升速度越快，則所能達到的峰值電平越大。當再生制動系統檢測到閥值1850V的電平啟動后，網壓會下降并產生連續的波動，峰值越大，波動越劇烈，但波動幅度會越來越小，直到網壓穩定在基準值。電客車停止后，網壓恢復到正常網壓大小。

通過對圖3的分析，電客車運行期間，牽引網壓的波動，不會對35kV中壓環網網壓產生影響。

結論

車輛在設置網壓過壓保護方案為充分考慮接觸網擾動電壓影響。采用優化后的牽引系統網壓過壓保護方案宜采用三級軟件保護，具體閥值和濾波時間建議：

DC2050V，持續時間450ms，軟件保護

DC2200V，持續時間100ms，軟件保護

DC2500V，持續時間10ms，軟件保護

參考文獻

[1]曾之煜，陳桁，敖娜娜.逆變回饋型再生制動能量吸收裝置系統的控制[J].電氣化鐵道，2011（4）：31-33.

[2]曾建軍，林知明，郭萬嶺.地鐵再生制動能量吸收裝置電氣化鐵道 2008（6）：44-47.