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广州地铁集团有限公司 广州 510220
摘要：广州六号线列车牵引系统为稳定牵引系统输入电压，改善电流质量，在逆变器前端设置了滤波电容。滤波电容电压是牵引系统非常重要的运行参数，牵引系统的许多故障逻辑如网线侧接地（LGD）、过电压（OVD）都基于滤波电容电压的检测。本文主要结合了PU烧损问题及特定站点欠标问题,分析了列车运营中影响滤波电容电压波动的相关因素，及典型故障的分析,对地铁车辆的运营及维护经验具有积极意义。
关键词：牵引系统、滤波电容、欠标、PU故障、软件优化
1 前言
[作者简介：代秀秀（1992-08），女，2013年毕业于大连交通大学电气工程及其自动化专业。城市轨道交通机车车辆助理工程师，从事广州城市轨道交通机车车辆技术管理工作。黄萍（1990-07），女，2013年毕业于北京交通大学电气工程及其自动化专业。]六号线列车采用三菱牵引系统，由6个IGBT元件构成的逆变器，将输入侧直流电变频变压后输出给直线电机。IGBT相对其他传统电力电子器件而言，过压、过热、抗冲击、抗干扰等承受力较低，保证逆变器输入端的的电流品质对于提高逆变器寿命具有重要意义。为稳定直流侧输入电压，吸收高次谐波，牵引系统在逆变器输入端增加了6600μF±10%的滤波电容。
在列车运行中，再生制动和断电区会导致滤波电容电压波动，对列车的运行状态产生影响，甚至直接引起部件损坏。六号线曾出现的特定站点频繁欠标以及列车过断电区牵引系统功率单元（以下简称PU）易烧损问题均与滤波电容电压上升紧密相关。为解决类似问题，需从滤波电容电压变化的原因、过程上进行分析，进而针对性的制定优化措施。
2 滤波电容电压波动影响因素
2.1 再生制动
再生制动时电机回馈的能量主要用于辅助系统、接触轨同区其他列车负载消耗，同时滤波电容作为储能元件储存一部分电能。列车在大制动时同区负载较少，滤波电容电压和网线电压就会有较大上升，称之为泵升电压。列车进入大制动状态时，由于在制动初始时刻列车再生制动功率和制动反馈电流都最大，此时滤波电压上升最明显。
2.2、断电区
接触轨由于道岔等原因存在断电区，列车A、B车相邻集电靴之间的距离为28.9m，如果断电区超过此距离，就会造成列车经过时某段时间内整个单元无网压，此时滤波电容释放储能电压下降。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆当列车通过断电区后，网压恢复，网压高于滤波电容电压，滤波电容充电使其电压迅速上升，短时间内电压迅速上升甚至超过过电压的保护值（1980V），滤波电容电压上升并报出滤波电容过电压（OVD）故障。
3 滤波电容电压波动相关问题典型案例
3.1 特定站点频繁欠标问题
1、背景及原理分析
为检测网线测接地故障，牵引系统基于滤波电容电压值设置了检出接地（以下简称LGD）故障，逻辑为：在制动模式下，当检测到滤波电容电压率超过300v/25.5ms时，触发LGD，并自保持1s。触发LGD故障后，线路接触器（以下检称LB）断开，门极封锁，执行保护动作切除相应电制动。
六号线列车曾在某些站点频繁欠标，由于列车在进站前执行较大制动，再生制动能量回馈下滤波电容电压快速上升，且因为负载变化电压波动较大，满足LGD故障的检测条件，触发相应的保护动作，单节车甚至整个单元VVVF停止工作，ATO模式进站过程中列车失去部分电制动。由于气制动的响应速度不如电制动，失去的电制动不能立即得到气制动补充，减速度较小。ATO的制动请求值迅速增大，之后气制动过早介入过大气制动介入，由于气制动响应速度慢进而导致了欠标。
图1 检出接地（LGD）故障逻辑与时序图
2、解决方案
该问题实质上是因为触发LGD故障、电制动失效后，信号系统对列车制动控制达不到正常精度，需对LGD故障逻辑进行优化，使牵引系统能甄别并忽略由于再生制动引起的LGD故障。再生制动情况下滤波电容电压是在正常网压值1500V之上的波动，而网线侧接地故障将拉低滤波电容电压，因此可在LGD的逻辑中增加限定条件，仅在滤波电容电压小于1500v且电压值变化率超过300v/25.5ms时，才判定为LGD故障。通过对牵引系统软件进行更改，解决了因误检测LGD导致的欠标问题。
（二）断电区过电压问题
1、背景原理分析
列车过断电区后，网压高于滤波电容电压，会对滤波电容充电造成冲击，如此时列车处于电制动状态，额外增大滤波电容过电压的幅度，同时牵引电流也处于高位。PU单元采用的开关元件为IGBT，检测到滤波电容过电压（OVD）故障后，门极保护性切断IGBT，IGBT的电流Ic突然变小，由于电路中的杂散电感与负载电感的作用，从公式2可知在电流急剧变化的情况下， IGBT的c、e两端将产生很高的浪涌尖峰电压，加之IGBT的耐过压能力较差，易发生雪崩击穿，引起PU烧损。
公式 (1)
2、解决方案
列车过断电区时抑制电制动，降低过电压的幅度，同时防止出现过电压和过电流。如此可
降低发生PU故障的几率、加强对IGBT的关断保护。限制电制动的控制策略如下：为了限制滤波电容电压值，设定一个目标值（小于1980V），通过比较系统检测到的实际滤波电容电压和目标值，当电压比目标值大的时候就衰减相应大小的电制动力，从而减小滤波电容电压和制动电流。
图2 滤波电容电压控制策略
4、结语
针对再生制动对滤波电容电压的波动进行原理分析，解释了特定站点欠标原因，问题的解决方案利用了再生制动与网线接地故障对滤波电容电压变化的方向不同（前者起提升作用，后者起拉低作用）的特点，对“检出接地”的故障逻辑进行了优化。断电区引起滤波电容电压上升，又由于ATO模式下列车经过坦尾断电区时处在再生制动状态，更容易导致滤波电容过电压，PU烧损的几率增加。为此利用滤波电容电压过断电区上升的特点，增加了特定时刻限制电制动来防止过电压的反馈控制。改善了过断电区时的滤波电容过电压问题，对于降低PU故障率产生了积极意义。
参考文献:
[1] HCN-L6336-34B 广州地铁六号线逻辑文件JPNCHN(VVVF控制和保护逻辑)，2010
[2] 广州地铁六号线车辆说明书，2012
[3]车辆检修工[M]. 中国劳动社会保障出版社，广州市地下铁道总公司，2009
作者简介：代秀秀（1992-08），女，2013年毕业于大连交通大学电气工程及其自动化专业。城市轨道交通机车车辆助理工程师，从事广州城市轨道交通机车车辆技术管理工作。黄萍（1990-07），女，2013年毕业于北京交通大学电气工程及其自动化专业。
论文作者:代秀秀1,黄萍2
论文发表刊物:《防护工程》2018年第15期
论文发表时间:2018/11/1
标签：电容论文; 电压论文; 过电压论文; 列车论文; 故障论文; 系统论文; 电流论文; 《防护工程》2018年第15期论文;