摘要：城市轨道交通由于地铁站间距离较短，列车运行对数多启动、停止、制动频繁，大约有30-40％左右的能量被浪费掉了，可回收的制动能量是相当可观的。目前成都地铁在10号线采用逆变回馈型再生制动能量吸收装置将列车制动能量通过DC1500V反馈至35kv交流中压环网中进行能量回馈，达到节约能源、提高能耗利用率、改善环境的目的。逆变回馈型再生制动能量吸收装置已经具有可行性。因此，逆变回馈型再生制动能量吸收装置的维护也是一个新的课题，要建立精准的维护技能及方法是十分必要的。
关键词：牵引供电；再生制动；逆变回馈；维护探讨；
一、成都地铁牵引供电系统运行状况
地铁的供电系统是整个地铁的重要组成部分，主要分为电源系统、牵引供电系统和动力照明供电系统三部分。其中电源系统主要指电网到主变电所部分；牵引供电系统由牵引变电所和接触网组成；动力照明供电系统则负责供给车站、区间等各类照明以及风机、水泵、电梯、空调等动力设备和通信等自动化设备的用电。如图1所示
图1 地铁一次系统与牵引供电系统原理图
1．成都地铁35KV供电网络采用分区环网接线方式向沿线的牵引变电所和降压变电所供电，每个供电分区中最靠近主变电所的变电所直接从主变电所的不同段35KV母线上分别引入一回35KV电源，其它变电所（跟随式降压变电所除外）采取环网接线形式从相邻的变电所引入两回35KV电源。跟随式降压变电所从邻近的牵引变电所或降压变电所的不同段35KV母线上分别引入一回35KV电源，如图1所示。为实现两座主变电所间的相互支援，在两个主变电所供电距离中间降压变电所设置35KV环网联络开关，以实现两主变电所并列运行、单一投入，退出的需要。如图2所示。
图3 牵引所供电系统
二、再生制动简介
1.传统的城市轨道交通车辆再生制动能量吸收装置分散安装在各动车上，采用电阻吸收装置，即车载制动电阻。城市轨道交通列车再生制动产生的能量一般为其牵引能量的 20%～40%，该再生制动能量除了按一定比例（一般为 20%～ 80%，根据列车运行密度和区间距离的不同而异）被其它相邻列车吸收利用外，剩余部分主要被车载制动电阻吸收，这将导致区间隧道和车站站台内的温度升高，增加环控系统负担，造成大量的能源浪费并使工程的建设费用和运行费用增加。同时，由于车载制动电阻的数量较多，也增加了列车自重和投资。
为减少车载设备、降低隧道内温升、节约能源消耗、节省长期运行费用，将再生制动能量吸收装置设置在车体外显得尤为重要。目前，设置在车体外的再生制动能量吸收装置主要有 5 种形式：电阻吸收型、电容储能型、飞轮储能型、逆变回馈型再生制动吸收型。逆变吸收装置主要由开关柜、回馈变流器柜、隔离变压器构成。其中，回馈变流器柜主要由电力电子功率模块、控制单元、滤波器等组成。逆变回馈型再生制动能量吸收装置的接入，把列车制动时产生的能量反馈回电网中加以利用，将直流电逆变成工频交流电馈送交流电网。故再生制动可以节约电能，是一种较为理想的制动方式。
三、逆变回馈型再生制动简介
1.逆变回馈型再生制动能量吸收装置的直流侧通过直流快速断路器连接于直流母线上，交流侧与隔离变压器副边绕组相连。逆变回馈装置根据直流母线电压的变化进行调节，如直流母线电压高于DC 1680V（动作值可设定）进行判断，确定运行列车已处于再生制动工况下，逆变回馈装置投入运行，根据线网再生反馈电流的大小，自动调节逆变回馈装置的吸收电流，实现稳定直流母线电压。逆变回馈装置将列车再生制动时产生的能量通过隔离变压器反馈到AC35kV中压环网，供其他负载使用如图4所示。当运行列车制动结束，再生制动能量吸收完成促使直流母线电压回落到整定电压值以下，或者当列车由再生制动转为牵引等其它工况运行时，逆变回馈装置将退出运行，进入待机状态。
图4 再生制动逆变回馈装置原理
2.逆变回馈装置的工作原理：
再生制动能量逆变回馈装置在列车制动时，将制动能量反馈回交流中压环网，起到节约能源的作用，同时稳定直流牵引网电压，确保地铁牵引供电系统安全可靠运行。
（1）装置回馈运行
逆变回馈装置启动后，首先按照启动时序将各断路器、接触器闭合，使装置进入待机状态。进入待机状态后，装置实时检测直流母线电压，当装置检测到直流母线电压高于设定值（DCl680V，可调节）时，会立刻开启PwM脉冲信号，控制逆变器功率器件IGBT，使其工作，通过快速调节吸收电流，使列车制动产生的能量快速回馈到交流中压环网，同时稳定直流母线电压，将电压稳定在设定值（DCl680V，可调节），确保地铁牵引供电系统安全稳定运行。此时，由于直流母线侧电压值高于整流器的不可控整流值，整流器二极管将自动停止工作，进入待机状态。
（2）装置待机运行
当逆变回馈装置检测到直流电流的方向发生改变（直流电流>．10A）时，此时逆变回馈装置工作在整流状态，即列车处于牵引工况，因为列车牵引需要的能量比逆变回馈装置的容量大很多，逆变回馈装置立刻封锁PWM脉冲信号并退出运行，进入待机状态，列车所需牵引能量全部由牵引变电所的整流机组提供，直流母线电压快速回落至DCl 680V附近。另外，当运行列车制动逐渐结束，再生制动能量吸收完成促使直流母线电压回落到设定值以下，逆变回馈装置将退出运行，进入待机状态。
（3）逆变回馈装置保护功能配置
为了保证地铁供电系统的正常运行，逆变回馈装置的设备柜体外壳是绝缘安装，并接入既有的直流泄漏框架保护范围。逆变回馈装置跨接在DCl500V直流母线与AC35kV交流系统之间，装置的安全稳定对牵引供电系统的安全可靠运行至关重要。为了保证牵引供电系统安全稳定运行，在装置故障条件下切除本体设备，对本所其它设备的运行不造成影响，必须对装置可能出现的各种故障进行有效保护。当逆变回馈装置退出运行时，直流断路器跳闸进而断开吸收装置与直流母线的连接。此时列车的制动能量由相邻牵引变电所内的吸收装置吸收，故不会引起直流母线电压升高而影响牵引供电系统的正常运行。
四、逆变回馈装置维护
（1）逆变回馈装置故障分类
系统故障分为 A，B，C 三类
4.1 A 类故障：发生 A 类故障，跳变到故障状态，如果 A 类故障消除则跳变到系统空闲状态，可以重新启动。否则一直是故障状态。
B 类故障：发生 B 类故障，跳变到故障状态，如果 B 类故障消除则跳变到系统空闲状态，可以重新启动。否则一直是故障状态。但是如果在 30 秒内连续发生 B 类故障超过两次，系统跳变到不可复位停机状态。只能通过手动复位才能跳变到系统空闲状态
C 类故障：发生 C 类故障，跳变到故障状态，由于 C 类级别故障很严重，直接跳变到不可复位停机状态。只能通过手动复位才能跳变到系统空闲状态。
4.2故障处理措施、方法：
系统将所有 PLC 采集的脱扣故障和熔断器故障统一处理后作为综合脱扣故障发送给控制板，这些故障都属于 C 类故障。其具体故障如下：
结束语
因此，再生制动是基于逆变回馈的再生制动能量吸收装置，在地铁列车制动时，将列车产生的制动能量逆变回馈到交流中压环网加以利用，起到节约能源、改善环境的作用，同时稳定直流母线电压，确保地铁牵引供电系统的安全可靠运行。
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论文作者:张宴,王敏,肖红,向生兰,艾黎
论文发表刊物:《防护工程》2019年第3期
论文发表时间:2019/5/21
标签：装置论文; 逆变论文; 变电所论文; 母线论文; 能量论文; 故障论文; 列车论文; 《防护工程》2019年第3期论文;