重庆轨道交通地面再生制动能量吸收装置的应用

2014-03-02

中国新技术新产品 2014年13期

关键词：变电所车载轨道交通

（重庆市轨道交通（集团）有限公司，重庆渝北 401120）

夏波

（重庆市轨道交通（集团）有限公司，重庆渝北 401120）

我国城市轨道交通建设进入蓬勃发展阶段，轨道交通车辆电制动能量吸收方式层出不穷。传统的车载电阻能耗方式的局限性逐渐显现，相对安全环保的地面吸收方式得到逐渐应用。

轨道交通；地面再生制动；能量吸收；应用

一、概述

我国城市轨道交通建设进入蓬勃发展阶段，轨道交通车辆电制动能量吸收方式层出不穷。传统的车载电阻能耗方式的局限性逐渐显现，相对安全环保的地面吸收方式得到逐渐应用。地面吸收方式主要有电阻消耗、飞轮储能、超级电容、逆变回馈等，重庆轨道交通二号线采用了地面电阻能耗型，一、三号线采用了地面逆变-电阻混合型，本文将介绍以上两种方式在重庆轨道交通中的应用情况。

1 吸收装置的优越性

（1）减少轨道交通车辆车载设备

采用地面吸收装置可以取消车载电阻，降低车辆重量和成本，并提高车辆加速性能，同时可增加车辆安全性能及载客数量，列车运营时减少电能的消耗等。

（2）抑制地铁洞内温度的升高

车载电阻散发的热量聚集在地铁隧道内，造成隧道温度升高，影响行车环境，同时需增加隧道通风设备投资，地面吸收装置可将热量集中在车站变电所处理。

（3）消除车辆过热引起的故障隐患

轨道交通车载电阻是车辆的主要发热源，高温易引起车辆设备的故障，同时存在发生车辆火灾事故的安全隐患，地面吸收可有效避免类似问题。

（4）不随行车密度的增加而增加设备

一般采用每个牵引变电所设置一套地面吸收装置的方式，当牵引所数量确定时，地面吸收装置数量就确定了，不会像车载设备随行车密度的增加而增加设备。

2电阻型吸收装置的优越性

（1）控制简单，安全可靠；

（2）维护检修直观、方便；

（3）一次性建设投资少；

（4）可根据车辆调整容量。

3 逆变-电阻混合型吸收装置的优

越性

图1 地面电阻再生制动能量吸收示意图

图2 逆变-电阻混合型再生制动能量吸收示意图

（1）节能环保

（2）安全可靠

同时考虑到380V电网的容量，在大容量的再生能量吸收时，逆变吸收不了和故障的情况，利用电阻吸收，确保车辆再生制动的安全可靠。

（3）性价比高

逆变电阻混合型方案设备相对飞轮、电容等方式投资较小，国产化率高，性价比高。

二、地面吸收装置介绍

1地面吸收装置基本原理介绍

城市轨道交通车辆有频繁制动的特点，主要采用电制动和气制动两种方式，电制动为再生方式。当车辆电制动时，牵引电机变为发电机，将制动能量转换为电能回馈到电网，一部分能量被同一供电区间的车辆启动消耗，为避免电网电压升高，引起设备故障，其余能量需要吸收。传统方式为车载电阻吸收其余能量，而地面吸收方式则是在牵引所设置能量吸收装置，通过判断电网电压，适时投入吸收装置吸收其余能量，保持电网电压的稳定。

电阻吸收方式是采用斩波器和吸收电阻配合，根据再生制动时线网电压的变化状态调节斩波器导通比，从而改变吸收功率，将电网电压恒定在某一设定值范围内。如图1、图2所示。

第四，心理安全。由于学生存在个体差异性，加之受到成长环境和周边事物的影响，他们的心理特点也较为不同。学校应该展开心理调查，掌握学生的心理情况，并开设相关课程，对于有心理疾病的学生，帮助他们走出心理阴影，还可以配置专业心理咨询教师，及时帮助学生转变思想，健康积极应对生活。

电阻-逆变混合型再生制动吸收装置在电阻吸收的基础上，增加一套逆变装置，将吸收的直流电逆变为1000V交流电，通过隔离变压器和400V开关将电能反馈到变电所400V低压母线，供牵引降压变电所的低压用电负载使用。当车辆再生制动时，地面吸收装置通过电网电压的级差先期投入逆变装置，当逆变容量满负荷时，投入电阻吸收，保证了地面吸收的可靠性。

2装置结构、安装方式介绍

电阻型装置主要由电动隔离开关柜、斩波柜、电阻柜和控制部分下位机、上位机组成；逆变-电阻混合型装置增加逆变柜、隔离变压器柜等。各柜统一尺寸1300mm（宽）×1300mm（深）×2300mm（高）。

由于电阻柜主要是发热元件，电阻柜一般单独设置在通风条件好的设备房间或车站通风口处，其余柜体可与变电所其他设备相邻设置，所有柜体需绝缘安装。

考虑吸收装置故障不影响其他直流设备运行，避免事故范围扩大，建议单独设置一套框架保护装置，与变电所直流系统框架保护分开。

三、重庆正线使用情况

1运营线路挂网试验

为确保电阻-逆变混合型再生制动吸收装置在轨道交通正线运行的可靠性，重庆市轨道集团于2010年下半年在运营线路二号线佛图关牵引变电所投入了一套电阻-逆变混合型再生制动吸收装置进行挂网试运行，运行情况良好，车辆制动过程平稳，取得了预期的效果。在试验过程中，仅启动8个逆变模块中的2个模块的情况下，试验共计118天，总逆变电能30840度，平均每天260度，节能效果相当可观。

2车辆牵引配合情况

地面吸收装置的参数须与轨道交通车辆牵引电机参数匹配，因此每条轨道交通线路所采用的车辆牵引系统不同，地面吸收装置的选型也会有相应变化。主要根据车辆牵引电机输出功率和电流选择地面吸收装置的容量，重庆轻轨二、三号线采用日立公司，地铁一号线采用株洲时代，六号线采用安塞尔多的电牵系统，车辆配合情况均较好。本文主要介绍一号线调试情况，其余不再赘述。

重庆地铁一号线地铁车辆牵引系统采用株洲时代的190kW电机，四动两拖。正线设置六个牵引变电所，各设置了一套电阻-逆变混合型再生制动吸收装置，电阻容量2430kW，逆变容量1200kW，于2010年底通电运行。

2011年4月，地铁车辆上正线调试，分别进行了轻载、重载及各运行速度制动试验，变电所主要采集了设备运行吸收参数、逆变输出功率、谐波含量等参数，车辆则采集了列车制动时的速度、VVVF最大输出电流、最高网压、气制动投入时机等数据。

3装置运行情况

目前重庆地铁一号线试运营一年多来，逆变-电阻混合再生制动装置运行稳定，地铁车辆运行正常。再生制动装置可靠性主要由以下两方面保证，一方面，吸收电阻的设置确保了逆变故障退出时，电阻可继续进行车辆制动能量的吸收；另一方面，装置容量选择时考虑了一个牵引变电所解列时，相邻变电所再生制动装置可支援吸收的方式，该方式也在一号线运营时进行了试验验证。