HXXS9型制动能耗装置非运营期间的运行分析

杜汉亭++段振涛++莫斌涛++张泰明

摘 要：广州地铁四、五号线采用HXXS9型制动能耗装置解决因列车制动而产生的多余能量，然而在非运营期间该装置却多次发生故障。该文通过分析设备的工作原理，以及引起故障的原因，将吸收条件进行了整定优化，对确保地铁稳定运行，具有实际意义。

关键词：非运营 制动能耗 吸收 整定值

中图分类号：U270.35 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）03（b）-0020-02

广州地铁四、五号线采用直线电机客运列车，牵引电能为DC 1 500 V供电系统。由于机车在减速制动时，将向直流电网回馈能量，引起电网瞬时电压升高，给设备稳定运行带来了风险。为了保持网压的稳定，把制动的能量消耗掉或加以回收利用，常见的有电阻耗能、电容储能以及逆变反馈等方式[1]。

HXXS9型制动能耗装置投用于广州地铁四、五号线，通过斩波器和吸收电阻配合，根据列车制动时直流网压的变化状态调节斩波器占空比，将接触网电压稳定在一定范围。多年以来，该装置在非运营期间的运行中，由于DC 1 500 V电网电压升高，导致驱动IGBT开通吸收，造成多次IGBT超温或击穿事件。该文介绍了装置运行的原理，对非运营期间存在的问题，分析原因并提出了切实可行的解决方案。

1 HXXS9型制动能耗装置基本原理

HXXS9型制动能耗装置的工作原理如图1所示[2]。

当列车制动，若反馈至直流电网的电能不能被车载设备和处于同一供电分区的牵引列车吸收利用时，制动能耗装置投入工作，吸收电阻回路导通，消耗掉多余的制动电能。

系统检测33 kV、1 500 V网压、装置电压及电流的极性即可判断是否开通吸收，其检测电源系统的特性与电流极性如图2所示[3]。

系统对比直流电网电压和其空载时的电压，判断有无客车处于制动状态。当≥时，可能存在的情况为：停站、故障或列车制动，为躲避前两种状态，判斷装置吸收的启动电压为=+。然而网压存在一定波动，实际启动电压设置为=U0++。

2 HXXS9型制动能耗非运营期运行分析

HXXS9型再生制动能量消耗装置在投入广州地铁四、五号线运营以来，在非运营期间，由于AC 33 kV和DC 1 500 V网压升高，曾发生多起因IGBT误导通而引起的开关跳闸事件。

故障案例：04∶51，杨箕制动能量消耗装置IGBT1支路超温导致直流开关跳闸。经检查，发现故障发生时刻，制动能耗装置处于持续吸收状态，造成IGBT1支路超温。故障处理期间，变电人员对设备进行检查，确认设备无异常。由于接触网电压偏高（约1 734 V），经汇报电调后，通过调整装置吸收条件后，电调组织设备送电成功。

故障原因分析：制动能耗装置与直流电网以及列车特性情况的关系未处于最优化的状态。非运营期间，实际无列车制动的情况下，由于吸收参数设置存在偏差，导致制动能耗装置无法辨别交流电网是否属于正常电压波动，造成装置误投入吸收。

3 吸收条件优化整定

通过优化调整制动能耗装置的吸收条件，使其满足保护装置的选择性，灵敏性，快速性以及可靠性等要求。以广州地铁五号线为例，见表1。

（1）33 kVAC整流电压：该整定值设置依据应为额定电压时整流器直流侧空载电压Ud，整定原则U0=Ud。直流侧为两台整流机组并联运行的情况下，24脉波整流的空载直流电压：

（1）

根据上表与公式，将33 kV AC整流电压定值调整为U0=1 664 V。

（2）吸收电压给定值：由于吸收启动值，根据运行经验，正常工作电压（33 kV）下，可忽略△U的影响，启动值设置为1 710 V较为合理。结合第（1）点可得：吸收电压给定值： V。

（3）交流电压变化限幅百分号：当≤33 kV时，系统执行启动值；当33 kV时，系统执行启动值。其中，是由整定值“交流电压变化限幅百分号”来决定的，该参数主要防止能耗系统因电压波动等原因造成的装置空吸，所代表的意义是当33 kV侧交流电压升高一定值后，整流器直流侧电压相应升高的电压值。由于①=U-U0；而制动能耗装置系统软件执行的计算公式为，②=U0×交流电压变化百分比×交流电压变化限幅百分号；33 kV侧交流电压的变化和整流器直流侧电压的变化成线性关系，③（U-U0）/U0=交直流电压变化百分比=交流电压变化百分比；结合公式①、②、③，将交流电压变化限幅百分号调整为100%。

（4）过电压：该保护功能主要用于防止不正常高压对系统的伤害，按照躲过最大工作电压原则整定。最大工作电压=+正向最大电压波动值，GB/T 12325—2008规定35 kV及以上电压正、负绝对值之和不超过10%，取正向最大波动值为5%。考虑正向测量误差，能耗装置电压传感器等级为1.5级。设置过压保护定值时，考虑一个系数Ki。因此整定计算公式为：

Um=Ki（+正向测量误差）=Ki×（能耗吸收基准值+正向最大电压波动值+正向测量误差）。其中Ki取1.02，因此，过电压定值设置为1 860 V。

（5）失压延时：当制动能耗装置检测到直流电网电压低于200 V时，将延时发出系统失压报警并分开KM1，为防止检测回路抖动引起KM1误动作，根据离线测试数据，设置失压延时整定值为600（1.5 s）。

（6）PWM脉宽：HXXS9型制动能耗装置，单支路工作频率150 Hz；采用间隙工作制，一、二、三、四支路逐次开通；相邻支路开通间隙时间1.67 ms；占空比可调节范围：5%≤α≤95%；当吸收占空比检测超过95%时，IGBT截止，并根据电网电压，自动判断是否重新开通；为防止装置开通时间短，造成第一支路长期处于工作状态，通过试验测试数据，设置最大PWM脉宽整定值为2 000（占空比61.57%），见表2。

4 结语

该文对HXXS9型制动能耗装置的工作原理进行了介绍。同时分析了非运营期间，设备运行中存在的问题和解决方案，对提高供电质量，保障地铁设备及运营安全，具有实际意义。

参考文献

[1] 叶兰兰.城市轨道交通再生制动能量回收系统研究[D]. 西南交通大学，2013.

[2] 李玉萍.浅谈地铁施工中再生制动能量消耗装置的作用[J].科技信息：科学教研，2007（16）：130-131.

[3] 肖莹.浅析广州地铁车辆再生制动能量的处理方式[J].科技风，2011（19）：27.