地铁1500V制动能量的消耗装置

1、地铁1500V制动能量的消耗装置地铁论文-工业论文文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印一一摘要：随着我国城市轨道交通建设的快速发展，国内轨道交通主 要采用电气再生制动方式。电气再生制动是城市轨道列车运行中的一 个关键、重要的技术，关系到列车能否安全、准确、稳定地进站、停 车。目前，在国内各大城市的地铁列车均采用电气再生制动方式（简 称制动技术），在牵引变电所内设置有一套制动能量消耗装置，文章 重点介绍了制动能耗装置的工作原理和保护设置，针对在实际运用中 出现的一些问题进行分析、总结，并提出合理化建议。关键词：再生制动能耗；IGBT；温度保护1再生制动能耗装置简介至今，在我国城市轨

2、道交通领域中，牵引交流变频变压调速（即 VVVF系统）、牵引1500V再生电制动系统是应用得较为广泛的调速技 术。广州地铁4、5、6号线采用VVVF系统交流调速系统。再生制动 能耗装置属于车辆调速设备的范畴，其功能是作为车辆再生制动时的 总吸收装置，为车辆提供再生制动功能，并满足车辆各种性能试验。 广州地铁4、5、6号线吸收装置采用恒压电阻整定吸收装置，即利用 斩波器设置4会支路配合电阻吸收，根据列车再生制动时1500V电压 的抬升状态，吸收装置内的控制元件调节斩波器的导通时间，从而在 短时间内改变吸收功率大小，将列车制动产生的线网高电压恒定在某 一设定值范围内波动。在目前国内各大城市应用的电

3、气再生制动或电 气再生-电阻吸收制动模式，对于上线列车密度不大的线路，再生电 制动功能启动条件足、启动比较少，电制动方式得不到充分发挥， 导致气制动投入频繁，造成列车刹车系统的闸瓦磨耗较快，使得洞内 或沿线闸瓦灰尘较多，严重污染环境，而且也刹车摩擦造成热能的增 加，地铁隧道内温度较高，影响隧道的使用寿命。而牵引变电所的再 生制动能量消耗装置是装设在牵引变电所的集中吸收设备装置，使列 车再生能量消耗在地而空间，降低工程建设费用及运营费用。当处 于再生制动状况的列车回馈出去的电流不能完全被其他车辆和木车 的用电设备所吸收时，能量消耗装置立即投入工作，吸收掉多余的回 馈电流，使车辆再生电流持续稳定，

4、最大限度的发挥电制动功能。2再生制动能耗装置的原理及组成1500V制动能耗消耗装置组成含控制柜（隔离开关柜、斩波器柜） 和电阻柜：（1）隔离开关柜：由电动隔离开关（QS）,线路接触器（KM1）, 预充接触器（KM2），滤波电容，滤波电抗，电流、电压传感器，避 雷器等构成。（2）1500V斩波器柜：由1500VIGBT四回斩波器（VT2 VT4）支路，1500V四回续流二极管（VD1VD4）支路，微机控制系 统，上位机，支路快速熔断器、支路故障隔离开关（QS1-QS4）、温度 传感器及避雷器等构成。（3）吸收电阻柜：吸收电阻（RZ1RZ4）。 工作原理介绍：远程或当地操作合上电动隔离开关QS和直

5、流1500V 断路器219,能消装置在收到直流断路器219合闸信号后，1500V制 动能耗装置柜的微机上位机发指令合上预充接触器KM2,给滤波电抗、 电容充电至1500V,再发指令合上主回路接触器（KM1）。此时，1500V 制动能耗装置进入稳定工作状态：微机下位机不断根据传感器检测线 网1500V电压的抬升变化，结合33kV电压波动和整定的吸收电压值， 判断列车是否处于再生制动状态并需要吸收能量时，启动斩波器立即 导通投入吸收工作。当车辆制动级数较低，电压低时，即回馈电流较 小时，微机通过自动调节斩波器导通比和时间，使斩波器处于低开通 或不导通状态。随着制动级数增加，微机控制系统经过判断，快

6、速调 节斩波器导通比的大小，达到导通开和关的目的，等待车辆再次再生 的出现，如此循环，实时控制，以维持1500V电网电压维持在一定的 范围内，确保列车能充分有效的实施电制动。图3是典型的运行中牵 引-制动波形图，我们可以清晰地看到列车在运行时电网电压、装置 电压、电网电流、吸收电流的变化曲线。电网电流表示牵引电流，而 装置的吸收电流大小和时间长短反映了设备正在吸收工作，吸收列车 对线网多余的回馈电流，使列车再生电流持续、稳定。3设置的保护类型斩波器柜作为整套设备中的关键部分，起着控制、调节作用，其 核心部件IGBT的状态更是决定了设备能否正常运行，因此，大部分 保护是针对IGBT设置的。（2）

7、过电压保护：1500V直流侧出现的过电 压包括操作过电压、雷击过电压和来自列车上制动产生的过电压。当 1500V系统网压超过设定值时，保护动作，装置退出运行。（2） IGBT 超温保护：在IGBT散热器上设置温度传感器元件，当温度超过保护 设定值时，发出IG盯超温故障信号，保护动作，关闭系统，装置退 出运行。（3）电阻柜温度保护：电阻柜空气出口温度设定三档，当温 度超过2500时，吸收功率自动降低到最大设定功率的2/3；当温度超 过170也时，吸收功率自动降低到最大设定功率的1/2；当温度超过 200刚寸，斩波器自动关闭。（4）过流保护：IG盯斩波器为四相不重， 针对四个IGBT支路，定义了每

8、个支路的IGBT能承受1000A的过流。（5）熔断器熔断保护：也是为保护斩波器设计，当一个支路的熔断 器熔断时，系统，该支路退出运行；当两个支路的熔断器熔断时， 系统跳闸，能耗装置退出运行。（6）1500V回路短路保护：1500V短 路保护在主回路上分为2500V斩波器前路径的短路保护和1500V斩波 器后路径的短路保护。当短路点发生在斩波器后一级，设备首先关断 斩波器，发出相应支路短路保护信号；短路点发生在斩波器前一级（含 斩波器本身），快速断路器动作。当装置出现1500V过流、短路、接 地故障时，微机迅速向所内的1500V直流断路器发出故障跳闸信号。 另外，作为对IGBT元件的保护，IGB

9、T的控制回路还增加了 RCD型缓 冲吸收回路。4运行中的问题分析广州地铁4、5、6号线采用的牵引所再生制动能量消耗装置，在 国内尚属新兴技术，此前应用范例并不很多，再加上广州地铁4、5、 6号线采用的是国内很少见的DC1500V三轨供电及线性电机车辆技术, 从这几年的运行经验来看，还存在一些问题，下面就介绍运行中出现 的一些问题，并对其原因进行简要分析：自4、5、6号线开通后，HXXS9 型制动能耗装置发生过几次严重的短路，并都伴随有IGBT被击穿炸 裂的情况发生。（2）发生在4号线万胜围牵引变电所，斩波柜吸收支 路1和支路2的IGBT被炸裂，但支路快速熔断器没有及时动作，而 是由上一级直流快

10、速断路器的大电流脱扣保护动作来切除故障，短路 电流上升到4000A。另外，经检查发现有主回路有对外壳放电现象， 因为HXXS9型制动能耗装置外壳对地为非绝缘安装，在短路过程中有 正极对地短路发生，从变电所钢轨电位限制装置的动作也证实了这一 点。（2）较严重的短路事故发生在4号线新造牵引降压混合变电所， 此次故障支路3和支路4IGBT被炸裂。与万胜围变电所不同的是，支 路3和支路4快速熔断器及时切除了故障，并联跳上一级直流快速断 路器，但支路3和支路4的短路电流也分别超过了 540A；经检查发 现同样伴有对地短路现象。（3）发生在5号线车陂南牵引变电所，斩 波柜吸收支路1的IGBT被炸裂，但支路

11、快速熔断器没有及时动作， 而是由上一级直流快速断路器的大电流脱扣保护动作来切除故障，短 路电流上升到4250A。（4）发生在5号线口牵混所，斩波柜吸收支路 2的IGBT已击穿，导致制动能耗装置跳闸。其故障电流达到了 3000A, 制动能耗装置吸收电流检测量程为3000A,其实际最大电流大于 3000A,而219开关大电流脱扣保护动作定值为4000A,所以导致了 制动能耗装作内部保护动作的同时，219开关大电流保护动作。(5) 发生在6号线路牵混所，斩波柜吸收支路3和支路4的IGBT被炸裂， 但支路快速熔断器没有及时动作，而是由上一级直流快速断路器的大 电流脱扣保护动作来切除故障，短路电流上升到

12、4000Ao通过对现象 的分析判断，可能性较大的原因有：IG盯在关断的过程中，由于线路 电感的原因产生了较大的关断过电压，将IGBT击穿。击穿的过程中， 由于IGBT的炸裂碎片和电弧的作用导致主回路对地短路。分析IGBT 的关断过电压就要分析IG盯的特性，包括-IGBT的导通特性和IGBT 的关断特性。IGBT是电压控制型元器件，它的开通和关断由栅极和发 射极之间的电压差UGE决定的，当UGE正电压且大于开启电压UGE(th)时，内部MOSFET内形成沟道，并为晶体管提供基极电流进而 使IGBT导通。IGBT关断过程是由IGBT的通态到阻态的过程，存在关 断的过电压同电网电压叠加后施加到IGB

13、T集射两极后，其值超过IGBT 的最大允许过电压Vces将IGBT击穿的可能。广州地铁4、5、6号线 在运行初期存在电网电压较高的现象，直流母线电压经常上到2700V 左右，并且由于采用线性电机技术，造成线路电感的增加。针对几次 故障都是保护启动了，但是IGBT元件仍然损坏。问题分析:IGBTI 作在较高的工作频率下，所以IG盯只能承受很短时的短路电流。因 此，对IGBT 般采用装置内部故障自我保护，当微机判断可能出现 危机IGBT时，如吸收时间过长的温度保护，就发相应的跳闸信号给229开关分闸，实现自我保护。5在实际运用中可以改进的方法如下（1）通过控制IGBT关断时间来抑制关断过压。（2）

14、针对制动能 耗装置外壳对地非绝缘安装的问题，目前说法不一，主要是制动能耗 装置的定位问题，是否将制动能耗装置看为馈线柜。如果将其看作馈 线柜就须绝缘安装，如果不是就不必绝缘安装。绝缘安装可以解决正 极对地短路的问题，但是绝缘安装如果发生正极对地短路现象，则由 直流系统的框架保护动作，将会扩大停电范围。我们认为，制动能耗 装置柜内一次元件己经全部采用双重绝缘安装，带电体与外壳发生电 流泄漏的概率非常小。制动电阻支路均串接于IGBT后方，当电阻回 路发生低于装置整定电压下的电流时，装置将闭锁IGBT并。IGBT控 制回路对故障电流的限制能力非常灵敏且迅速，动作时间比直流断路 器快得多。如果IG盯前

15、发生带电体与外壳间电流泄漏，由对应的直 流开关柜判断故障并切除。短路电流幅值较大时直流断路器动作，短 路电流幅值较小时，OVPD闭合后直流断路器动作，均能可靠切除故 障设备。若设置框架保护，则必须单独为制动能耗装置设置一套，否 则发生泄漏时故障范围将扩大到直流开关柜设备。显然，在泄漏概率 极低的条件下，设置这样一套单独的框架保护是没必要的，不但增加 维护量、资金投入，也增加各种保护之间的配合难度。综上所述，制 动能耗装置发生直流泄漏的概率是极低的，采用非绝缘安装方式完全 适合，即使发生泄漏，也不会对值班员或操作人员的人身安全构成威 胁，不必设置框架保护。6结束诰至今，牵引变电所再生制动能量消耗装置作为新技术的应用，不 可避免的存在一些问题，相信随着时间的推移，在厂家与用户的努力 下，所有问题都会慢慢得到妥善解决。参考文献:周立明，陶洪亮，周成，等.城轨制动能量消耗装置控制策略研 究与应用J.大功率变流技术，2014 (01).2 肖莹.浅析广州地铁车