HXXS9型制動能耗裝置非運營期間的運行分析

杜漢亭++段振濤++莫斌濤++張泰明

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生的多余能量，然而在非運營期間該裝置卻多次發生故障。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化，對確保地鐵穩定運行，具有實際意義。

關鍵詞：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。由于機車在減速制動時，將向直流電網回饋能量，引起電網瞬時電壓升高，給設備穩定運行帶來了風險。為了保持網壓的穩定，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，根據列車制動時直流網壓的變化狀態調節斬波器占空比，將接觸網電壓穩定在一定范圍。多年以來，該裝置在非運營期間的運行中，由于DC 1 500 V電網電壓升高，導致驅動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，若反饋至直流電網的電能不能被車載設備和處于同一供電分區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。

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

系統對比直流電網電壓和其空載時的電壓，判斷有無客車處于制動狀態。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，判斷裝置吸收的啟動電壓為=+。然而網壓存在一定波動，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網壓升高，曾發生多起因IGBT誤導通而引起的開關跳閘事件。

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跳閘。經檢查，發現故障發生時刻，制動能耗裝置處于持續吸收狀態，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。由于接觸網電壓偏高（約1 734 V），經匯報電調后，通過調整裝置吸收條件后，電調組織設備送電成功。

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

3 吸收條件優化整定

通過優化調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：該整定值設置依據應為額定電壓時整流器直流側空載電壓Ud，整定原則U0=Ud。直流側為兩臺整流機組并聯運行的情況下，24脈波整流的空載直流電壓：

（1）

根據上表與公式，將33 kV AC整流電壓定值調整為U0=1 664 V。

（2）吸收電壓給定值：由于吸收啟動值，根據運行經驗，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，系統執行啟動值；當33 kV時，系統執行啟動值。其中，是由整定值“交流電壓變化限幅百分號”來決定的，該參數主要防止能耗系統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側交流電壓升高一定值后，整流器直流側電壓相應升高的電壓值。由于①=U-U0；而制動能耗裝置系統軟件執行的計算公式為，②=U0×交流電壓變化百分比×交流電壓變化限幅百分號；33 kV側交流電壓的變化和整流器直流側電壓的變化成線性關系，③（U-U0）/U0=交直流電壓變化百分比=交流電壓變化百分比；結合公式①、②、③，將交流電壓變化限幅百分號調整為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%。考慮正向測量誤差，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電壓低于200 V時，將延時發出系統失壓報警并分開KM1，為防止檢測回路抖動引起KM1誤動作，根據離線測試數據，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；占空比可調節范圍：5%≤α≤95%；當吸收占空比檢測超過95%時，IGBT截止，并根據電網電壓，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，通過試驗測試數據，設置最大PWM脈寬整定值為2 000（占空比61.57%），見表2。

4 結語

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.