再生制動(dòng)能量吸收設(shè)備在重慶輕軌中的應(yīng)用

1、再生制動(dòng)能量吸收設(shè)備在重慶輕軌中的應(yīng)用                        摘要：介紹了重慶輕軌車輛制動(dòng)的基本情況，針對目前城市軌道交通中廣泛應(yīng)用的再生制動(dòng)技術(shù)，重慶輕軌率先在國內(nèi)采用了安裝在變電所中的新型再生制動(dòng)能量集中吸收設(shè)備；介紹了再生制動(dòng)吸收設(shè)備的主電路設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，闡述了該裝置工作的基本原理，并對其在變電所中的投運(yùn)方式進(jìn)行了探討；該設(shè)

2、備簡化了城軌車輛設(shè)計(jì)，減輕了車輛的環(huán)境污染，降低了城軌建設(shè)成本，是一項(xiàng)值得在國內(nèi)城市軌道交通領(lǐng)域推廣的新技術(shù)。關(guān)鍵詞：重慶輕軌 再生制動(dòng) 再生制動(dòng)能量吸收設(shè)備 城市軌道交通重慶輕軌機(jī)車制動(dòng)概況重慶輕軌較新線一期工程車輛采用跨座式單軌車,運(yùn)營車輛采用直交傳動(dòng)方式；其牽引電動(dòng)機(jī)為交流電動(dòng)機(jī)，主要參數(shù):額定功率:105kW；額定電壓:AC1100V；車輛的制動(dòng)方式為:電制動(dòng)(再生制動(dòng))+空氣制動(dòng)(磨擦制動(dòng))。運(yùn)行中以電制動(dòng)為主,空氣制動(dòng)為輔,并具有電制動(dòng)與空氣制動(dòng)自動(dòng)協(xié)調(diào)配合的功能。在列車速度較高時(shí),使用再生制動(dòng),當(dāng)列車減速到一定速度再生制動(dòng)不起作用時(shí),使用空氣制動(dòng)。再生制動(dòng)產(chǎn)生的能量被在線其它車輛

3、吸收或牽引降壓混合變電所內(nèi)的吸收裝置所消耗。重慶輕軌較新線一期工程，東起市中心區(qū)商業(yè)繁華地帶的較場口，經(jīng)臨江門、黃花園、大溪溝、曾家?guī)r、牛角沱、李子壩、佛圖關(guān)、大坪、袁家崗、謝家灣、楊家坪、動(dòng)物園至大堰村，共計(jì)14座車站（3座地下站、11座高架站）和1個(gè)大堰村維修基地。全線線路長度14.35km，全線設(shè)主變電所2座，牽引降壓混合變電所6座、降壓變電所10座。再生制動(dòng)能量吸收裝置設(shè)置在6座牽引降壓混合變電所中，對車輛制動(dòng)的再生能量進(jìn)行集中吸收。車輛再生制動(dòng)技術(shù)目前城市軌道交通車輛（地鐵、輕軌、有軌電車）應(yīng)用得較為廣泛的調(diào)速技術(shù)主要有直流斬波調(diào)壓、再生-電阻制動(dòng)系統(tǒng)，交流變頻變壓調(diào)速（即VVVF系

4、統(tǒng)）、再生電制動(dòng)系統(tǒng)。北京地鐵已采用了上述兩種調(diào)速系統(tǒng)的電動(dòng)客車，上海、廣州地鐵采用VVVF交流調(diào)速系統(tǒng)，重慶、武漢、深圳城軌車輛也均采用VVVF交流調(diào)速、再生電制動(dòng)系統(tǒng)。采用再生回饋電制動(dòng)方式是現(xiàn)代地鐵、輕軌車節(jié)能及減少污染的最佳途徑。無論是直流斬波調(diào)壓車、還是VVVF交流調(diào)速車均采用再生回饋電制動(dòng)方式。工作原理通常當(dāng)車輛處于再生電制動(dòng)時(shí)，若電網(wǎng)具備吸收能力，即此時(shí)另有其它車輛正處于牽引狀況，列車能穩(wěn)定的再生制動(dòng)。而當(dāng)單列車運(yùn)行時(shí)，此時(shí)電網(wǎng)不具備吸收能力，列車只能采用空氣或其它機(jī)械制動(dòng)。因此，解決此狀況的方法是在供電站附近設(shè)置再生制動(dòng)吸收設(shè)備。再生制動(dòng)吸收設(shè)備牽引電站再生制動(dòng)吸收設(shè)備是城軌交

5、通供電控制系統(tǒng)的重要組成部分，對抑制地鐵洞內(nèi)溫升、減少車載設(shè)備、減小車輛維修量帶來了較大的便利。原地鐵、輕軌車輛電制動(dòng)采用再生制動(dòng)或再生電阻制動(dòng)模式，對于車流密度不大的線路，再生電制動(dòng)功能得不到充分發(fā)揮，造成氣制動(dòng)投入頻繁，使得洞內(nèi)或沿線閘瓦灰塵較多，嚴(yán)重污染環(huán)境，且造成地鐵隧道內(nèi)溫度不斷升高。為了減少電阻制動(dòng)逸散在洞內(nèi)的溫度，工程中不得不加大洞內(nèi)排、通風(fēng)量或增大空調(diào)功率，造成工程建設(shè)費(fèi)用及運(yùn)營費(fèi)用昂貴。再生制動(dòng)吸收就是在牽引電站設(shè)置集中吸收設(shè)備，使車輛再生能量消耗在地面空間。再生制動(dòng)吸收設(shè)備工作原理當(dāng)處于再生制動(dòng)狀況的列車回饋出去的電流不能完全被其它車輛和本車的用電設(shè)備所吸收時(shí)，吸收裝置立即

6、投入工作，吸收掉多余的回饋電流，使車輛再生電流持續(xù)穩(wěn)定， 最大限度的發(fā)揮電制動(dòng)功能。國外吸收裝置主要采取恒壓吸收和逆變吸收兩種方式，恒壓吸收裝置采用斬波器和吸收電阻配合，根據(jù)再生制動(dòng)時(shí)線網(wǎng)電壓的變化狀態(tài)調(diào)節(jié)斬波器導(dǎo)通比，從而改變吸收功率，將線網(wǎng)電壓恒定在某一設(shè)定值范圍內(nèi)。逆變吸收裝置則是利用電力電子器件構(gòu)成逆變器，將直流電逆變成工頻交流電饋送交流電網(wǎng)。由于該交流電諧波分量較大，所以必須設(shè)置諧波抑制器和功率補(bǔ)償器。裝置控制部分一般采用單片機(jī)系統(tǒng)或用一臺(tái)工控機(jī)實(shí)現(xiàn)控制和顯示。裝置均以柜式箱體布置，視吸收功率的大小由若干個(gè)控制柜組成。重慶輕軌較新線選用的國內(nèi)北京地鐵車輛廠和湘潭恒信公司生產(chǎn)的再生制動(dòng)

7、能量吸收設(shè)備，該設(shè)備設(shè)在沿線的6個(gè)牽引所中，它根據(jù)檢測到的電壓電流量判斷線網(wǎng)上是否有列車處于再生電制動(dòng)狀態(tài)。一旦確認(rèn)列車處于再生制動(dòng)狀態(tài)并需要吸收能量時(shí)，裝置立即投入工作，穩(wěn)定電網(wǎng)不再上升，確保列車充分有效利用電制動(dòng)，屬于恒壓吸收的方式。下面就其主電電路構(gòu)成和工作原理做一個(gè)簡要說明。吸收裝置的主電路構(gòu)成和工作原理主電路主要由電動(dòng)隔離開關(guān)（QS）、線路接觸器（KM1）、濾波裝置（L、C）、吸收電阻（RZ1RZ4）、IGBT斬波器（VT1VT4）、續(xù)流二極管（VD1VD4）等元器件組成。IGBT斬波器（VT）與吸收電阻(RZ)組成一個(gè)吸收電路，本設(shè)備具有四個(gè)獨(dú)立的吸收電阻支路，每一支路由一個(gè)IGB

8、T斬波器控制，構(gòu)成四相不重恒壓吸收控制系統(tǒng)。吸收裝置控制系統(tǒng)根據(jù)采集到的直流母線電壓電流信號以及整流變一次側(cè)的交流電壓信號，綜合判斷機(jī)車的牽引、制動(dòng)情況，吸收裝置根據(jù)判斷確定斬波器的開通角和吸收支路投入數(shù)量。 該裝置的設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)在：                             （1）如何準(zhǔn)確快速地判斷線網(wǎng)上

9、有列車處于再生制動(dòng)狀態(tài)且其能量不能被其他用電設(shè)備所吸收；（2）如何確定每個(gè)吸收裝置的吸收功率；（3）如何確定吸收電阻功率及其散熱問題；（4）如何確定濾波電感器等系統(tǒng)參數(shù)，確定吸收裝置斬波時(shí)不對電站系統(tǒng)通信及信號系統(tǒng)產(chǎn)生影響等。吸收裝置正常的吸收啟動(dòng)過程：當(dāng)線網(wǎng)電壓回到UminUmax之間時(shí)，裝置控制系統(tǒng)首先合上KM2充電接觸器，給濾波電容充電，然后合上線路接觸器（KM1），此時(shí)完成吸收裝置投入工作前的準(zhǔn)備。裝置根據(jù)各個(gè)傳感器檢測信號綜合判斷線網(wǎng)上是否有列車處于再生電制動(dòng)狀態(tài)，一旦確認(rèn)列車處于再生制動(dòng)狀態(tài)并需要吸收能量時(shí)，斬波器立即投入工作，穩(wěn)定電網(wǎng)不再上升，確保列車充分有效利用電制動(dòng)。機(jī)車在不

10、同的運(yùn)行情況下，再生制動(dòng)產(chǎn)生的回饋電流也不相同，裝置根據(jù)設(shè)置參數(shù)要求或測定參數(shù)要求，其控制系統(tǒng)進(jìn)行快速的電流跟蹤和恒壓控制運(yùn)算，當(dāng)車輛制動(dòng)級位較低時(shí)，即回饋電流較小，經(jīng)控制單元運(yùn)算后，調(diào)節(jié)斬波器導(dǎo)通比，使斬波器處于低開通狀態(tài)。隨著機(jī)車制動(dòng)級位增加，控制系統(tǒng)經(jīng)PID實(shí)時(shí)運(yùn)算，快速調(diào)節(jié)斬波器導(dǎo)通比，以維持電網(wǎng)電壓的相對恒定，直至線網(wǎng)電壓值低于設(shè)定的吸收電壓值后，關(guān)閉斬波器，等待下次車輛的再生吸收。13整個(gè)制動(dòng)過程，可以根據(jù)線網(wǎng)電壓變化及再生功率大小，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制，吸收效果良好。吸收裝置的斬波器IGBT為電力電子元件，確保通過的電流較大，裝置配了熱電偶溫度檢測功能，檢測吸收電阻柜空氣出口溫度、斬波器

11、各熱管溫度，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某一環(huán)節(jié)溫度過高，控制系統(tǒng)將自動(dòng)降低吸收功率，限制溫度繼續(xù)上升。直至關(guān)閉系統(tǒng)工作。保證吸收裝置在無人監(jiān)守的情況下自動(dòng)安全運(yùn)行。吸收裝置在直流供電系統(tǒng)投退方式討論為保證機(jī)車可靠的制動(dòng)，根據(jù)機(jī)車的運(yùn)行情況，重慶輕軌在每一個(gè)牽引所安裝一套再生制動(dòng)吸收設(shè)備，這樣在每一個(gè)接觸網(wǎng)供電區(qū)間都有一套該裝置，重慶輕軌較新線一期工程線路長度14.35km，基本上是23公里設(shè)置一套吸收設(shè)備。吸收裝置投入運(yùn)行的順序是：先給吸收裝置一個(gè)啟動(dòng)命令，吸收裝置的QS合閘，然后給命令合上CB,這樣直流母線電壓加入吸收裝置，吸收裝置判斷直流母線電壓后，自動(dòng)合上接觸器KM1,整個(gè)吸收裝置投入直流供電系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)視

12、直流母線電壓，準(zhǔn)備吸收車輛再生制動(dòng)能量。夜間車輛停止運(yùn)營時(shí)，在負(fù)荷比較少的情況下，直流系統(tǒng)的空載電壓偏高，為防止吸收裝置吸收電網(wǎng)電壓，一般將吸收裝置退出運(yùn)行。退出的順序：先給命令退出CB，吸收裝置與直流母線電壓斷開，接觸器KM1自動(dòng)斷開；然后給吸收裝置退出命令，吸收裝置QS斷開，這樣整個(gè)吸收裝置退出運(yùn)用。從重慶輕軌吸收裝置投入退出情況看，吸收裝置與CB構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)，兩者密不可分，吸收裝置單獨(dú)投入或者CB單獨(dú)投入的在實(shí)際運(yùn)行中是沒用意義的，這樣可以考慮將CB歸入吸收裝置控制，即只要給吸收裝置一個(gè)投入或者退出命令，吸收裝置根據(jù)檢查情況，自動(dòng)合分CB、QS和KM1。這樣可以提高吸收裝置投退的自動(dòng)程度。結(jié)束語再生制動(dòng)吸收裝置作為我國城市軌道交通供電系統(tǒng)內(nèi)的一種新型設(shè)備，在重慶輕軌首次運(yùn)營使用