重慶軌道交通地面再生制動(dòng)能量吸收裝置的應(yīng)用

（ 重慶市軌道交通（集團(tuán)）有限公司，重慶 渝北 401120）

重慶軌道交通地面再生制動(dòng)能量吸收裝置的應(yīng)用

夏 波

（ 重慶市軌道交通（集團(tuán)）有限公司，重慶 渝北 401120）

我國(guó)城市軌道交通建設(shè)進(jìn)入蓬勃發(fā)展階段，軌道交通車輛電制動(dòng)能量吸收方式層出不窮。傳統(tǒng)的車載電阻能耗方式的局限性逐漸顯現(xiàn)，相對(duì)安全環(huán)保的地面吸收方式得到逐漸應(yīng)用。

軌道交通；地面再生制動(dòng)；能量吸收；應(yīng)用

一、概述

我國(guó)城市軌道交通建設(shè)進(jìn)入蓬勃發(fā)展階段，軌道交通車輛電制動(dòng)能量吸收方式層出不窮。傳統(tǒng)的車載電阻能耗方式的局限性逐漸顯現(xiàn)，相對(duì)安全環(huán)保的地面吸收方式得到逐漸應(yīng)用。地面吸收方式主要有電阻消耗、飛輪儲(chǔ)能、超級(jí)電容、逆變回饋等，重慶軌道交通二號(hào)線采用了地面電阻能耗型，一、三號(hào)線采用了地面逆變-電阻混合型，本文將介紹以上兩種方式在重慶軌道交通中的應(yīng)用情況。

1 吸收裝置的優(yōu)越性

（1）減少軌道交通車輛車載設(shè)備

采用地面吸收裝置可以取消車載電阻，降低車輛重量和成本，并提高車輛加速性能，同時(shí)可增加車輛安全性能及載客數(shù)量，列車運(yùn)營(yíng)時(shí)減少電能的消耗等。

（2）抑制地鐵洞內(nèi)溫度的升高

車載電阻散發(fā)的熱量聚集在地鐵隧道內(nèi)，造成隧道溫度升高，影響行車環(huán)境，同時(shí)需增加隧道通風(fēng)設(shè)備投資，地面吸收裝置可將熱量集中在車站變電所處理。

（3）消除車輛過(guò)熱引起的故障隱患

軌道交通車載電阻是車輛的主要發(fā)熱源，高溫易引起車輛設(shè)備的故障，同時(shí)存在發(fā)生車輛火災(zāi)事故的安全隱患，地面吸收可有效避免類似問(wèn)題。

（4）不隨行車密度的增加而增加設(shè)備

一般采用每個(gè)牽引變電所設(shè)置一套地面吸收裝置的方式，當(dāng)牽引所數(shù)量確定時(shí)，地面吸收裝置數(shù)量就確定了，不會(huì)像車載設(shè)備隨行車密度的增加而增加設(shè)備。

2電阻型吸收裝置的優(yōu)越性

（1）控制簡(jiǎn)單，安全可靠；

（2）維護(hù)檢修直觀、方便；

（3）一次性建設(shè)投資少；

（4）可根據(jù)車輛調(diào)整容量。

3 逆變-電阻混合型吸收裝置的優(yōu)

越性

圖1 地面電阻再生制動(dòng)能量吸收示意圖

圖2 逆變-電阻混合型再生制動(dòng)能量吸收示意圖

（1）節(jié)能環(huán)保

（2）安全可靠

同時(shí)考慮到380V電網(wǎng)的容量，在大容量的再生能量吸收時(shí)，逆變吸收不了和故障的情況，利用電阻吸收，確保車輛再生制動(dòng)的安全可靠。

（3）性價(jià)比高

逆變電阻混合型方案設(shè)備相對(duì)飛輪、電容等方式投資較小，國(guó)產(chǎn)化率高，性價(jià)比高。

二、 地面吸收裝置介紹

1地面吸收裝置基本原理介紹

城市軌道交通車輛有頻繁制動(dòng)的特點(diǎn)，主要采用電制動(dòng)和氣制動(dòng)兩種方式，電制動(dòng)為再生方式。當(dāng)車輛電制動(dòng)時(shí)，牽引電機(jī)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)，將制動(dòng)能量轉(zhuǎn)換為電能回饋到電網(wǎng)，一部分能量被同一供電區(qū)間的車輛啟動(dòng)消耗，為避免電網(wǎng)電壓升高，引起設(shè)備故障，其余能量需要吸收。傳統(tǒng)方式為車載電阻吸收其余能量，而地面吸收方式則是在牽引所設(shè)置能量吸收裝置，通過(guò)判斷電網(wǎng)電壓，適時(shí)投入吸收裝置吸收其余能量，保持電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定。

電阻吸收方式是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，將電網(wǎng)電壓恒定在某一設(shè)定值范圍內(nèi)。如圖1、圖2所示。

第四，心理安全。由于學(xué)生存在個(gè)體差異性，加之受到成長(zhǎng)環(huán)境和周邊事物的影響，他們的心理特點(diǎn)也較為不同。學(xué)校應(yīng)該展開(kāi)心理調(diào)查，掌握學(xué)生的心理情況，并開(kāi)設(shè)相關(guān)課程，對(duì)于有心理疾病的學(xué)生，幫助他們走出心理陰影，還可以配置專業(yè)心理咨詢教師，及時(shí)幫助學(xué)生轉(zhuǎn)變思想，健康積極應(yīng)對(duì)生活。

電阻-逆變混合型再生制動(dòng)吸收裝置在電阻吸收的基礎(chǔ)上，增加一套逆變裝置，將吸收的直流電逆變?yōu)?000V交流電，通過(guò)隔離變壓器和400V開(kāi)關(guān)將電能反饋到變電所400V低壓母線，供牽引降壓變電所的低壓用電負(fù)載使用。當(dāng)車輛再生制動(dòng)時(shí)，地面吸收裝置通過(guò)電網(wǎng)電壓的級(jí)差先期投入逆變裝置，當(dāng)逆變?nèi)萘繚M負(fù)荷時(shí)，投入電阻吸收，保證了地面吸收的可靠性。

2裝置結(jié)構(gòu)、安裝方式介紹

電阻型裝置主要由電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)柜、斬波柜、電阻柜和控制部分下位機(jī)、上位機(jī)組成；逆變-電阻混合型裝置增加逆變柜、隔離變壓器柜等。各柜統(tǒng)一尺寸1300mm（寬）×1300mm（深）×2300mm（高）。

由于電阻柜主要是發(fā)熱元件，電阻柜一般單獨(dú)設(shè)置在通風(fēng)條件好的設(shè)備房間或車站通風(fēng)口處，其余柜體可與變電所其他設(shè)備相鄰設(shè)置，所有柜體需絕緣安裝。

考慮吸收裝置故障不影響其他直流設(shè)備運(yùn)行，避免事故范圍擴(kuò)大，建議單獨(dú)設(shè)置一套框架保護(hù)裝置，與變電所直流系統(tǒng)框架保護(hù)分開(kāi)。

三、 重慶正線使用情況

1運(yùn)營(yíng)線路掛網(wǎng)試驗(yàn)

為確保電阻-逆變混合型再生制動(dòng)吸收裝置在軌道交通正線運(yùn)行的可靠性，重慶市軌道集團(tuán)于2010年下半年在運(yùn)營(yíng)線路二號(hào)線佛圖關(guān)牽引變電所投入了一套電阻-逆變混合型再生制動(dòng)吸收裝置進(jìn)行掛網(wǎng)試運(yùn)行，運(yùn)行情況良好，車輛制動(dòng)過(guò)程平穩(wěn)，取得了預(yù)期的效果。在試驗(yàn)過(guò)程中，僅啟動(dòng)8個(gè)逆變模塊中的2個(gè)模塊的情況下，試驗(yàn)共計(jì)118天，總逆變電能30840度，平均每天260度，節(jié)能效果相當(dāng)可觀。

2車輛牽引配合情況

地面吸收裝置的參數(shù)須與軌道交通車輛牽引電機(jī)參數(shù)匹配，因此每條軌道交通線路所采用的車輛牽引系統(tǒng)不同，地面吸收裝置的選型也會(huì)有相應(yīng)變化。主要根據(jù)車輛牽引電機(jī)輸出功率和電流選擇地面吸收裝置的容量，重慶輕軌二、三號(hào)線采用日立公司，地鐵一號(hào)線采用株洲時(shí)代，六號(hào)線采用安塞爾多的電牽系統(tǒng)，車輛配合情況均較好。本文主要介紹一號(hào)線調(diào)試情況，其余不再贅述。

重慶地鐵一號(hào)線地鐵車輛牽引系統(tǒng)采用株洲時(shí)代的190kW電機(jī)，四動(dòng)兩拖。正線設(shè)置六個(gè)牽引變電所，各設(shè)置了一套電阻-逆變混合型再生制動(dòng)吸收裝置，電阻容量2430kW，逆變?nèi)萘?200kW，于2010年底通電運(yùn)行。

2011年4月，地鐵車輛上正線調(diào)試，分別進(jìn)行了輕載、重載及各運(yùn)行速度制動(dòng)試驗(yàn)，變電所主要采集了設(shè)備運(yùn)行吸收參數(shù)、逆變輸出功率、諧波含量等參數(shù)，車輛則采集了列車制動(dòng)時(shí)的速度、VVVF最大輸出電流、最高網(wǎng)壓、氣制動(dòng)投入時(shí)機(jī)等數(shù)據(jù)。

3裝置運(yùn)行情況

目前重慶地鐵一號(hào)線試運(yùn)營(yíng)一年多來(lái)，逆變-電阻混合再生制動(dòng)裝置運(yùn)行穩(wěn)定，地鐵車輛運(yùn)行正常。再生制動(dòng)裝置可靠性主要由以下兩方面保證，一方面，吸收電阻的設(shè)置確保了逆變故障退出時(shí)，電阻可繼續(xù)進(jìn)行車輛制動(dòng)能量的吸收；另一方面，裝置容量選擇時(shí)考慮了一個(gè)牽引變電所解列時(shí)，相鄰變電所再生制動(dòng)裝置可支援吸收的方式，該方式也在一號(hào)線運(yùn)營(yíng)時(shí)進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。

結(jié)語(yǔ)

電阻和逆變-電阻混合型地面吸收裝置在重慶的應(yīng)用取得了階段性成功，也標(biāo)志著軌道交通供電系統(tǒng)向綠色環(huán)保運(yùn)行邁出了堅(jiān)實(shí)的一步，相信地面吸收裝置必然會(huì)在全國(guó)軌道交通中被廣泛地采用。本文僅做粗略介紹，不足之處請(qǐng)各位讀者指正。

[1]李珞．重慶單軌交通再生制動(dòng)能量地面吸收裝置的應(yīng)用[Z]．重慶市軌道交通總公司 ．

[2]李根良．HXXXS 型再生制動(dòng)吸收設(shè)備介紹[Z]．湘潭市恒信電氣有限公司．

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