張猛

摘 要：地鐵列車在制動(dòng)時(shí)會(huì)向電網(wǎng)回饋能量，當(dāng)這部分能量不能完全被其他車輛或用電設(shè)備吸收時(shí)，會(huì)造成電網(wǎng)電壓升高，這對(duì)變電所設(shè)備和車輛的運(yùn)行非常不利，因此需要設(shè)置再生制動(dòng)能量吸收裝置將剩余能量消耗掉，以維持電網(wǎng)電壓穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：牽引制動(dòng)；能量反饋；網(wǎng)壓

中圖分類號(hào)：U231 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1.牽引列車現(xiàn)狀

在每個(gè)牽引箱里均配有電壓傳感器用來(lái)實(shí)時(shí)檢測(cè)網(wǎng)壓值，以檢測(cè)網(wǎng)壓的實(shí)時(shí)情況。電壓傳感器檢測(cè)到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳給DCU，由DCU進(jìn)行軟件處理判斷。當(dāng)網(wǎng)壓在正常范圍內(nèi)時(shí)，牽引逆變器正常工作，當(dāng)網(wǎng)壓過(guò)高或過(guò)低時(shí)，DCU會(huì)報(bào)出網(wǎng)壓過(guò)高或過(guò)低故障，并斷開(kāi)相應(yīng)的接觸器以保護(hù)牽引設(shè)備。在DCU中會(huì)設(shè)有網(wǎng)壓過(guò)壓1、網(wǎng)壓過(guò)壓2、網(wǎng)壓欠壓等3種針對(duì)網(wǎng)壓值的故障判斷。其中當(dāng)網(wǎng)壓值超過(guò)2100V時(shí)，DCU會(huì)報(bào)出“網(wǎng)壓過(guò)壓2”故障，為防止網(wǎng)壓過(guò)壓對(duì)設(shè)備造成損害，DCU會(huì)斷開(kāi)高速斷路器、短接接觸器、封鎖逆變單元，并且需要通過(guò)MVB復(fù)位或重新激活列車進(jìn)行恢復(fù)。這意味著發(fā)生這種故障時(shí)，列車才能合高斷進(jìn)行牽引，否則列車無(wú)法動(dòng)車。此時(shí)，牽引制動(dòng)過(guò)壓保護(hù)的設(shè)置成為關(guān)鍵。

2.研究方法

通常再生制動(dòng)引起過(guò)電壓持續(xù)時(shí)間非常短，供電系統(tǒng)設(shè)備無(wú)法采集到過(guò)電壓情況。過(guò)電壓是由于供電系統(tǒng)震蕩引起或在列車制動(dòng)過(guò)程引起的。網(wǎng)壓過(guò)高或列車本身檢測(cè)系統(tǒng)采集錯(cuò)誤的過(guò)電壓無(wú)法判斷。通過(guò)試車線模擬正線電客車啟動(dòng)、行駛、制動(dòng)、停止，采集變電所內(nèi)牽引網(wǎng)壓。

研究采用DSO-3034a型號(hào)示波器采集牽引網(wǎng)壓波形，實(shí)際電壓=采集電壓×220，橫向間隔表示采樣時(shí)間，縱向間隔表示采樣大小。采集頻率設(shè)置為100KSa/S（1s采集1×10????5個(gè)點(diǎn)=10微秒采集1個(gè)點(diǎn)）。

牽引供電系統(tǒng)采用橋式24脈波整流，將交流電壓轉(zhuǎn)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(dāng)電壓趨于穩(wěn)定后，放大的波形圖中會(huì)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(dòng)時(shí)，有電流回饋至電網(wǎng)會(huì)使網(wǎng)壓升高。而電壓波動(dòng)是因?yàn)樵偕苿?dòng)能量吸收裝置啟動(dòng)后，仍然有再生電流回饋至電網(wǎng)，使電網(wǎng)電壓重新升高，故調(diào)節(jié)過(guò)程中電網(wǎng)電壓會(huì)在基準(zhǔn)電壓值附近上下波動(dòng)，且波動(dòng)幅度越來(lái)越小，并最終穩(wěn)定在基準(zhǔn)值。待再生能量完全消耗在吸收電阻上時(shí)電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常。

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

2.2 試車線有電客車制動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)，牽引網(wǎng)壓波動(dòng)情況

圖2所示，縱向時(shí)間為500ms/格，橫向電壓大小為200mV/格。電壓瞬時(shí)上升時(shí)間約為370ms，大電平持續(xù)2000ms，前500ms內(nèi)出現(xiàn)5個(gè)明顯連續(xù)、波動(dòng)較大的震蕩波形，波動(dòng)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(fù)正常，最后穩(wěn)定在7.16V左右（1575V）。

2.3 試車線有電客車運(yùn)行期間，35kV環(huán)網(wǎng)網(wǎng)壓情況

圖3為試車線電客車制動(dòng)時(shí)，變電所內(nèi)35kV網(wǎng)壓波動(dòng)曲線圖。波形連續(xù)穩(wěn)定，有效值穩(wěn)定在59V（一次側(cè)相電壓35.7kV），列車制動(dòng)不對(duì)中壓網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生影響。

2.4 車牽引系統(tǒng)嚴(yán)重故障事件中，電客車采集的牽引網(wǎng)壓情況

圖4所示為牽引列車“網(wǎng)壓過(guò)壓2”故障的數(shù)據(jù)波形圖。其中，最大網(wǎng)壓尖峰值超過(guò)2665V，且三次波動(dòng)均超過(guò)2200V，且最大持續(xù)時(shí)間約為240微秒。

3.結(jié)果分析

通過(guò)對(duì)圖1、2、3的比較分析可知，當(dāng)試車線電客車制動(dòng)時(shí)，網(wǎng)壓開(kāi)始升高，電客車制動(dòng)時(shí)制動(dòng)力越大，網(wǎng)壓上升速度越快。結(jié)合再生制動(dòng)系統(tǒng)啟動(dòng)的響應(yīng)時(shí)間對(duì)網(wǎng)壓的影響，網(wǎng)壓的上升速度越快，則所能達(dá)到的峰值電平越大。當(dāng)再生制動(dòng)系統(tǒng)檢測(cè)到閥值1850V的電平啟動(dòng)后，網(wǎng)壓會(huì)下降并產(chǎn)生連續(xù)的波動(dòng)，峰值越大，波動(dòng)越劇烈，但波動(dòng)幅度會(huì)越來(lái)越小，直到網(wǎng)壓穩(wěn)定在基準(zhǔn)值。電客車停止后，網(wǎng)壓恢復(fù)到正常網(wǎng)壓大小。

通過(guò)對(duì)圖3的分析，電客車運(yùn)行期間，牽引網(wǎng)壓的波動(dòng)，不會(huì)對(duì)35kV中壓環(huán)網(wǎng)網(wǎng)壓產(chǎn)生影響。

結(jié)論

車輛在設(shè)置網(wǎng)壓過(guò)壓保護(hù)方案為充分考慮接觸網(wǎng)擾動(dòng)電壓影響。采用優(yōu)化后的牽引系統(tǒng)網(wǎng)壓過(guò)壓保護(hù)方案宜采用三級(jí)軟件保護(hù)，具體閥值和濾波時(shí)間建議：

DC2050V，持續(xù)時(shí)間450ms，軟件保護(hù)

DC2200V，持續(xù)時(shí)間100ms，軟件保護(hù)

DC2500V，持續(xù)時(shí)間10ms，軟件保護(hù)

參考文獻(xiàn)

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