地鐵供電系統(tǒng)用制動單元柜和制動電阻柜 地鐵供電系統(tǒng)用制動單元柜和制動電阻柜
1、技術(shù)要求及性能
逆變+電阻型再生制動能量吸收裝置主要由制動控制柜、制動制動電阻柜、逆變控制柜和隔離變壓器柜等設(shè)備構(gòu)成。
制動控制柜主要由IGBT制動單元(制動斬波器)、驅(qū)動器、電動隔離開關(guān)、避雷器、電磁接觸器、電壓傳感器、電流傳感器、溫度傳感器、濾波器（濾波電容及濾波電抗器）和微機(jī)控制單元等部分組成，實現(xiàn)吸收裝置自動投入、撤出和濾波等功能；并執(zhí)行吸收裝置的控制、保護(hù)與監(jiān)控；執(zhí)行與上級控制系統(tǒng)的通信；執(zhí)行吸收裝置投入與退出判斷；承擔(dān)電阻吸收時的控制。
制動電阻柜：主要由吸收電阻組成，實現(xiàn)制動能量的吸收和轉(zhuǎn)化功能。
逆變控制柜：執(zhí)行逆變吸收；自動跟蹤并網(wǎng)；根據(jù)直流線網(wǎng)電壓的變化調(diào)節(jié)逆變輸出電流。
隔離變壓器柜：執(zhí)行直流電網(wǎng)與交流電網(wǎng)的隔離。
隔離變壓器次邊與AC母線連接時通過斷路器保護(hù)。
所有柜體安裝采用絕緣安裝方式，絕緣板采用厚度為10mm的不飽和聚酯玻璃纖維模塑料。所有線纜采用低煙無鹵阻燃型產(chǎn)品。
2、制動單元(制動斬波器)柜
1）主要技術(shù)參數(shù)
額度電壓：DC1500V(電壓波動范圍1000～1800V)，最高電壓1800V，額度絕緣電壓3000V
最大峰值電流：4000A。為了保證制動電阻裝置不在過載時被損壞，當(dāng)瞬時電流大于4000A時，制動電阻裝置應(yīng)關(guān)斷。
線網(wǎng)電壓恒定平均吸收控制值：1630V-1780V可調(diào)。
本裝置輸出功率和輸出電流的大小如表1所示。在表1中，本裝置的短時工況定義為持續(xù)時間20s，周期120s。表1
IGBT裝置按多相不重恒壓吸收控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置
控制方式：PWM(導(dǎo)通比調(diào)節(jié)范圍5%～95%)
工作制：間隙工作制
冷卻方式：熱管自冷
導(dǎo)通電壓：DC1630－1780V隨交流側(cè)電壓的變化在線自動調(diào)整，允許偏差+4%
關(guān)斷電壓：DC1630－1780V隨交流側(cè)電壓的變化在線自動調(diào)整，允許偏差+4%
制動單元(制動斬波器)合成工作頻率：600Hz
額定效率：95％
2）主要性能要求
制動單元(制動斬波器)采用高性能的IGBT作為斬波元件，設(shè)置不少于4個斬波支路。制動單元(制動斬波器)柜內(nèi)設(shè)置控制電源模塊、微機(jī)控制系統(tǒng)、快速熔斷器和續(xù)流二極管等元器件。
制動單元(制動斬波器)由多個獨立的支路組成，每一支路由一個IGBT制動單元(制動斬波器)控制,構(gòu)成多相不重恒壓吸收控制系統(tǒng)。微機(jī)控制系統(tǒng)綜合判斷牽引變電所所處的工況（牽引或制動），確定制動單元(制動斬波器)的投入或退出，并對制動單元(制動斬波器)的導(dǎo)通比進(jìn)行控制。當(dāng)電網(wǎng)低于1630V或高于1900V時，裝置不投入工作，微機(jī)控制系統(tǒng)向變電所控制信號盤發(fā)出相應(yīng)的指示信號。當(dāng)線網(wǎng)電壓回到1000V～1900V之間時，微機(jī)控制系統(tǒng)自動將預(yù)充接觸器開關(guān)合上，向濾波電容充電，然后閉合線路接觸器，微機(jī)控制系統(tǒng)自動測定牽引網(wǎng)空載電壓值和吸收電壓值（或接受人工功率限制檔位信號），判斷牽引網(wǎng)上是否有列車處于再生電制動狀態(tài)。當(dāng)列車處于再生制動狀態(tài)時，制動單元(制動斬波器)立即投入工作，穩(wěn)定網(wǎng)壓不再上升，確保列車充分有效使用再生制動。
在線路上只有處于制動列車而無取流列車的情況下，直流牽引供電系統(tǒng)的表現(xiàn)特征為：在再生制動能量吸收裝置未投入之前直流系統(tǒng)電壓急劇升高、本裝置系統(tǒng)內(nèi)無電流。因此牽引變電所再生制動能量吸收裝置是否投入的條件應(yīng)根據(jù)測量出的交流側(cè)電壓與直流側(cè)空載電壓的對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行判斷。當(dāng)直流電壓高于導(dǎo)通電壓時，本裝置開始斬波消耗能量；當(dāng)直流電壓低于關(guān)斷電壓且吸收電流為0A時，IGBT停止工作。
根據(jù)設(shè)置參數(shù)要求或測定參數(shù)要求，微機(jī)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)車輛制動回饋電流較小時，經(jīng)控制單元運(yùn)算后，調(diào)節(jié)制動單元(制動斬波器)導(dǎo)通比，使制動單元(制動斬波器)處于低開通狀態(tài)。當(dāng)車輛制動回饋電流較大時，控制系統(tǒng)經(jīng)實時運(yùn)算，快速調(diào)節(jié)制動單元(制動斬波器)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)定電壓值后，關(guān)閉制動單元(制動斬波器)，等待下次車輛的再生吸收。
裝置應(yīng)可以接收人工吸收電壓參數(shù)設(shè)置，也可以接受限制功率人工設(shè)定檔位。正常運(yùn)行中如人工設(shè)定吸收電壓值，其值應(yīng)高于線網(wǎng)空載電壓值。微機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)能夠判定能量的來源，當(dāng)能量來自牽引變電所時，裝置應(yīng)立即停止工作，顯示參數(shù)設(shè)置錯誤，并發(fā)出報警信號，如在規(guī)定的時間內(nèi)不糾正，系統(tǒng)將自行測定參數(shù)，恢復(fù)工作。當(dāng)線網(wǎng)電壓低于DC1000V時，裝置停止工作并發(fā)出欠壓報警信號；當(dāng)線網(wǎng)電壓高于DC1900V時，裝置將直流接觸器分?jǐn)啵麟娐非谐l(fā)出過壓報警信號。
本裝置在工作時的直流側(cè)諧波電壓應(yīng)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，諧波干擾應(yīng)不影響通信和信號系統(tǒng)的正常工作，并符合有關(guān)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。
3）IGBT性能要求
IGBT必須選用國際知名品牌的成熟產(chǎn)品，并應(yīng)具有相關(guān)工程的供貨記錄（包括證明文件），且用戶評價良好。單個IGBT安裝在自然冷卻的散熱器上，散熱器具有良好的散熱特性，散熱片表面進(jìn)行陽極氧化防腐處理并增加散熱效果和減少維護(hù)工作。
裝置選用合適的IGBT參數(shù)，合理設(shè)計母線路徑，并考慮母排的電阻，使每個支路并聯(lián)IGBT的電流不平衡度小于8%。當(dāng)任一支路的IGBT損壞時，裝置應(yīng)能正常運(yùn)行。
4）快速熔斷器性能要求
每個IGBT均應(yīng)串有快速熔斷器進(jìn)行保護(hù)，快速熔斷器帶有檢測裝置和接點。當(dāng)熔絲熔斷后，熔斷指示器上的指示紅牌伸出顯示，同時連鎖微動開關(guān)向數(shù)據(jù)采集裝置發(fā)出故障信號，用于報警或跳閘，并在當(dāng)?shù)仫@示熔斷器所在回路編號，使工作人員能在現(xiàn)場容易發(fā)現(xiàn)。當(dāng)一個IGBT支路熔絲熔斷時，發(fā)出報警信號，熔斷熔絲的數(shù)目超過一個時，發(fā)出跳閘信號。
5）顯示裝置
制動單元(制動斬波器)柜面板上設(shè)有顯示裝置，該裝置具有以下功能：
顯示主回路直流電壓（顯示精度為1.5級）。
顯示主回路直流電流（顯示精度為1.5級）。
顯示制動單元(制動斬波器)各支路熔斷器熔斷信號及已熔斷的熔斷器位置。
顯示制動單元(制動斬波器)最熱點的溫度。
顯示制動單元(制動斬波器)跳閘信號。
6）試驗功能
設(shè)備應(yīng)具有運(yùn)營和試驗兩套功能，在對車輛進(jìn)行試驗時，設(shè)備可根據(jù)車輛運(yùn)行狀況模擬有吸收、無吸收、瞬間有吸收和瞬間無吸收。
3、吸收制動電阻柜/電阻箱
3.1主要技術(shù)參數(shù)
額定工作電壓：DC1500V；最高工作電壓：1800V
制動電阻容量及過載能力根據(jù)輸出功率的大小如表2所示。在表2中，短時工況定義為持續(xù)時間20s，周期120s。
再生制動吸收電阻按多相設(shè)置，允許偏差為-5%～+7%
電阻器的最高工作溫度：≤300℃
冷卻方式：空氣自然冷卻
工作制：間隙工作制
電阻材料：Ni—Cr非磁性材料，電阻值溫漂變化小
單體電阻允許偏差：-5%～+7%
3.2主要性能要求
電阻器組件采用無骨架長波型電阻元件，吊掛結(jié)構(gòu)安裝，材料選用非磁性鎳鉻合金材料，要求電感量低、電阻值溫漂變化小、耐受溫度高。
吸收制動電阻柜的前后開門，電纜連接于電阻銅母線上，柜門與主電路帶有開關(guān)鎖，柜門上有安全警告標(biāo)志，柜內(nèi)裝有溫度傳感器、實現(xiàn)超溫報警，柜體上部有出風(fēng)道，柜體下部有入風(fēng)口。
3.3保護(hù)功能要求
制動電阻柜內(nèi)設(shè)置三級溫度開關(guān)，第一、二級為電阻降功使用溫度，第三級為跳閘溫度。 |
