HXXS10B型再生制動能量吸收裝置培訓手冊

1、HX0.00200HXXS10B型再生制動能量吸收裝置培訓手冊北京地鐵車輛裝備有限公司湖南恒信電氣有限公司2009年12月目 錄1概述2. 使用環(huán)境條件3 主要技術(shù)指標4 產(chǎn)品性能說明5.原理及操作介紹6. 電路特點：7. 設備配置及安裝8. 設備土建安裝、風道及平面布置要求9. 控制系統(tǒng)操作步驟10. 系統(tǒng)退出11. 使用注意事項12. 故障及診斷13. 維護維修14. HXXS型再生制動能量吸收裝置監(jiān)控系統(tǒng)1概述隨著我國城市軌道交通建設的迅速發(fā)展，地鐵及輕軌電動客車控制技術(shù)也得到長足的進步。目前應用得較為廣泛的調(diào)速技術(shù)主要有直流斬波調(diào)壓、再生電阻制動系統(tǒng)，交流VVVF變頻變壓調(diào)速、再生電制

2、動系統(tǒng)。本設備設置在供電所直流側(cè)，作為車輛再生制動時的總吸收裝置。提供車輛再生制動功能而設置，以及滿足車輛各種性能試驗。在國外，為減少車載設備，抑制地鐵洞內(nèi)溫度的升高，一般在車上不設置全功率電阻制動裝置，而在運營線的每個供電所設置一套總的功率吸收設備。例如日本多摩、東京、大阪輕軌和地鐵線路，加拿大多倫多輕軌，意大利米蘭3#線地鐵均采用線網(wǎng)吸收裝置。 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)再生制動時線網(wǎng)電壓的變化狀態(tài)調(diào)節(jié)斬波器導通比，從而改變吸收功率，將線網(wǎng)電壓恒定在某一設定值范圍內(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

3、頻交流電饋送交流電網(wǎng)。由于該交流電諧波分量較大，所以必須設置諧波抑制器和功率補償器。裝置控制部分一般采用單片機系統(tǒng)或用一臺工控機實現(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控制柜組成。 國內(nèi)目前主要采用恒壓電阻吸收裝置。1.1 車輛再生制動技術(shù)概述目前城市軌道交通車輛（地鐵、輕軌、有軌電車）應用得較為廣泛的調(diào)速技術(shù)主要有直流斬波調(diào)壓、再生-電阻制動系統(tǒng)，交流變頻變壓調(diào)速（即VVVF系統(tǒng)）、再生電制動系統(tǒng)。我國北京地鐵已采用了上述兩種調(diào)速系統(tǒng)的電動客車，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、再生電制動系統(tǒng)。采用再生回饋電制動方

4、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方式。工作原理如下圖通常當車輛處于再生電制動時，若電網(wǎng)具備吸收能力，即此時另有其他車輛正處于牽引狀況，列車能穩(wěn)定的再生制動。而當單列車運行時，此時電網(wǎng)不具備吸收能力，列車只能采用空氣或其它機械制動。因此，解決此狀況的方法是在供電站附近設置再生制動吸收設備。1.2 再生制動能量吸收裝置概述牽引電站再生制動能量吸收裝置是城軌交通供電控制系統(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、輕軌車輛電制動采用再生制動或再生電阻制動模式，對于車流密度不大

5、的線路，再生電制動功能得不到充分發(fā)揮，造成氣制動投入頻繁，使得洞內(nèi)或沿線閘瓦灰塵較多，嚴重污染環(huán)境，且造成地鐵隧道內(nèi)溫度不斷升高。為了減少電阻制動逸散在洞內(nèi)的溫度，工程中不得不加大洞內(nèi)排、通風量或增大空調(diào)功率，造成工程建設費用及運營費用昂貴。再生制動吸收就是在牽引電站設置集中吸收設備，使車輛再生能量消耗在地面空間。再生制動能量吸收裝置工作原理如下圖所示：當處于再生制動狀況的列車回饋出去的電流不能完全被其他車輛和本車的用電設備所吸收時，能量吸收裝置立即投入工作，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)揮電制動功能。通過檢測供電電源的外特性及電流的極性可準確地判斷能量吸收裝置投

6、入工作的時間,檢測外特性及電流圖示如下。1.3能量吸收裝置的控制及與牽引所的連接 能量吸收裝置的控制電壓：控制電壓DC220V；采用蓄電池浮充電供電方式。與牽引所的連接方式：母線或電纜直接相連，裝置內(nèi)設電動隔離開關(guān)、電磁接觸器及避雷器等。能量吸收裝置的投入與分斷：.1 遠程遙控方式：中心控制室控制能量吸收裝置的投入與分斷。.2 除遠程遙控外，本地也可以直接控制能量吸收裝置的投入與分斷。 監(jiān)控要求：當?shù)赜嬎銠C顯示屏上應能完整的顯示能量吸收裝置的工作狀況：如待命狀況、吸收工作狀況、故障和主要開關(guān)的工作狀態(tài)以及直流回路監(jiān)視，當直流回路故障時裝置發(fā)出報警信號。同時，響應綜合自動化系統(tǒng)的狀態(tài)查詢，將本地

7、的工作狀態(tài)上傳。通過觸摸屏，可在當?shù)貙δ芰课昭b置的工作參數(shù)進行設置和查詢顯示,如工作電流、電壓。 牽引所提供的供電電壓及其他控制信號：.1電網(wǎng)供電電壓：DC750V。變化范圍：DC500VDC1100V.2供電站交流側(cè)電壓信號：10kV/100V。.3供電電站直流側(cè)母線直流電流信號：4000A×2/5V×2。2. 使用環(huán)境條件2.1 環(huán)境溫度：-5 +45（室內(nèi)），-15 +40（室外）。2.2 相對濕度：日平均值不大于95%；月平均值不大于90%（25°C）。2.3 海拔高度：1000 m2.4 地震烈度：8度2.5 飽和蒸氣壓：日平均值不大于2.2×

8、;103Mpa，月平均值不大于1.8×103Mpa3 主要技術(shù)指標3.1裝置主要技術(shù)參數(shù)3.1.1再生制動能量混合吸收設備技術(shù)參數(shù) 功率：20s短時功率：2500 kW 20 s 周期120 s 額定工作電壓： DC750V；允許電網(wǎng)電壓波動范圍： DC500V900V；最高電壓不超過1000V額定吸收電流：1150A短時電流：3200A/20s；峰值電流：5000A電網(wǎng)電壓恒定平均吸收控制值： 850V900V；工作制：間歇工作制3.1.2電阻吸收部分主要技術(shù)參數(shù)短時吸收功率為2500kW 20s 周期：120s短時吸收電流為3200A/20s轉(zhuǎn)換判斷電壓：830V900V（可調(diào)）

9、電阻持續(xù)發(fā)熱功率：300kW斬波器單相工作頻率：200Hz斬波器合成工作頻率：600Hz3.2輔助電源電壓DC220V（控制、保護和信號回路），在上述數(shù)值的80%120%范圍內(nèi)各種電氣設備動作準確可靠。AC220V，供柜內(nèi)照明、防潮加熱用。4 產(chǎn)品性能說明4.1本設備電氣原理為四相斬波調(diào)阻系統(tǒng)，每相功率器件采用3300V/1200A IGBT。4.2吸收電阻Ø 電阻： 0.18,每相電阻：1.10（6相）；Ø 每相短時功率：264 KwØ 每相持續(xù)功率： 50 KwØ 冷卻方式：自然冷卻；Ø 材料： Ni-Cr非磁性電阻帶。Ø 電阻器

10、組件采用無骨架長波型電阻元件，每一支路電阻由n個電阻器組件串并聯(lián)組合。4.3設備的控制、保護及信號 控制：系統(tǒng)控制采用雙微機控制方式，上位機為管理機由一臺32位控制機組成，下位機為控制機由一臺16位單片機構(gòu)成。上位機承擔系統(tǒng)的人機交互、數(shù)據(jù)采集和存貯，并且是整個系統(tǒng)的通訊中樞。能自動記錄各種牽引、制動電壓，電流及吸收電流曲線等，能通過通信接口與變電所綜合自動化系統(tǒng)連接，對吸收設備實行遠程監(jiān)控，通過系統(tǒng)自帶的觸摸液晶顯示屏，可進行參數(shù)的設置、命令輸入等工作。下位機主要執(zhí)行邏輯判斷、斬波器投入條件判斷、自動調(diào)節(jié)等功能。系統(tǒng)根據(jù)交、直流電壓的變化及受流軌電流的極性進行綜合判斷，在確定在線車輛已處于再

11、生制動狀況后，開通各相斬波器。根據(jù)線網(wǎng)再生反饋電流的大小，自動調(diào)節(jié)斬波器的導通角，改變各相電阻等效阻值，實現(xiàn)吸收功率平衡，穩(wěn)定線網(wǎng)電壓。當車輛由再生電制動轉(zhuǎn)為其它工況運行時，經(jīng)系統(tǒng)判斷，自動關(guān)斷各相斬波器，使吸收設備處于待命狀態(tài)。4.3.2 保護：系統(tǒng)具有過壓、過流、過熱、短路欠壓等保護。故障必須經(jīng)人工判斷處理后，設備才能再投入工作。上述故障均為電子快速保護。設備具有對控制電源的監(jiān)視功能，當直流控制電源發(fā)生故障時，系統(tǒng)迅速切斷線路接觸器，通過硬接點向綜合自動化發(fā)出故障報警信號。 信號設備通信采用光纖RS485口（帶光/電隔離）與變電所綜合自動化系統(tǒng)接口，實現(xiàn)遠程遙控、遙信。系統(tǒng)兩級計算機均與變

12、電所綜合自動化系統(tǒng)的時鐘同步，時標精確到毫秒級，對時方式為軟件對時，對時精度為1毫秒。所有故障信息的上報均帶時標，有利于故障現(xiàn)象和故障原因的分析。制動能量吸收裝置作為在線車輛再生電制動，且其能量不能被其它用電設備或車輛消耗時，通過線網(wǎng)由制動能量吸收裝置消耗該部分的能量，根據(jù)吸收功率的大小自動調(diào)節(jié)導通比，維持線網(wǎng)電壓恒定。吸收裝置在車輛處于啟動、加速、惰行、停站或線網(wǎng)無車輛運行時，不得投入工作。吸收裝置具有遠地和當?shù)乜刂乒δ?，具有監(jiān)控系統(tǒng)，同時還具有各數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋?. 原理及操作介紹5.1系統(tǒng)原理及組成(主電路原理見附圖1所示)。主電路由電動隔離開關(guān)（QS）、線路接觸器（KM1）、

13、濾波裝置、吸收電阻（RZ1RZ4）、IGBT斬波器（VT1VT4）、續(xù)流二極管（VD1VD4）、電流電壓傳感器（SA1SA5，SV1SV2），微機控制系統(tǒng)（A7）,支路快速熔斷器、支路故障隔離開關(guān)（QS1QS4）、溫度傳感器及避雷器等構(gòu)成。能量吸收裝置的啟動和工作過程：1） 啟動時，先合上斬波柜中DC220V直流控制電源。2） 上位機系統(tǒng)投入工作，顯示屏自動進入工作畫面。3） “綜合自動化系統(tǒng)”發(fā)出“啟動”命令，電動隔離開關(guān)QS“合”，其條件是“快開”在斷開狀態(tài)。由QS給出閉合信號連鎖“快開”的合閘回路，只有QS閉合后，“快開”才允許閉合。4） 然后，“快開”閉合，發(fā)出“快開閉合確認信號”和“

14、快開閉合連鎖信號”給能量吸收裝置，作為能量吸收裝置投入工作的必要條件。5） 能量吸收裝置在接收到“快開合閘”信號后，根據(jù)電網(wǎng)電壓及“快開閉合確認”信號，進入正常啟動程序。微機控制系統(tǒng)首先合上KM2預充接觸器，給濾波電容充電，然后合上線路接觸器（KM1），此時完成能量吸收裝置投入工作前的準備。6） 此后微機控制系統(tǒng)將自動測定線網(wǎng)空載電壓值和吸收電壓值，根據(jù)各個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狀態(tài)。一旦確認列車處于再生制動狀態(tài)并需要吸收能量時，斬波器立即投入工作，微機控制系統(tǒng)進行快速的電流跟蹤和恒壓控制運算。當車輛制動級位較低時，即回饋電流較小，經(jīng)控制單元運算后，調(diào)節(jié)斬波器導通

15、比，使斬波器處于低開通狀態(tài)。隨著制動級位增加，控制系統(tǒng)經(jīng)PID實時運算，快速調(diào)節(jié)斬波器導通比，以維持電網(wǎng)電壓的相對恒定，確保列車充分有效利用電制動。7） 直至線網(wǎng)電壓值低于設定的吸收電壓值后，關(guān)閉斬波器，等待下次車輛的再生吸收。整個制動過程，可以根據(jù)線網(wǎng)電壓變化及再生功率大小，實現(xiàn)實時控制。8） 故障時，由能量吸收裝置故障繼電器控制“快開”跳閘。9） 當系統(tǒng)發(fā)生一個支路IGBT直通故障時，能量吸收裝置故障繼電器控制“快開”和“線路接觸器”跳閘，經(jīng)人工將支路故障隔離開關(guān)分斷后，其他支路仍可投入工作；故障支路待設備停止工作時，進行故障處理。本裝置由四個獨立的吸收電阻支路組成，每一支路由一個IGBT

16、斬波器控制,構(gòu)成四相不重恒壓吸收控制系統(tǒng)。電網(wǎng)電壓變化由電壓傳感器SV1檢測，牽引、制動工況的信號由牽引供電站提供的母線電流信號、來自GIS系統(tǒng)的交流電壓信號及SV1電網(wǎng)電壓傳感器檢測，送給微機控制系統(tǒng)A7，由微機控制系統(tǒng)綜合判斷牽引變電所所處的工況（牽引或制動），確定斬波器的投入或退出，并對斬波器的導通比進行控制。設備的啟動和撤除可以由綜合自動化系統(tǒng)遙控操作，也可以在本地人工操縱，由斬波柜上的“當?shù)?遠方”轉(zhuǎn)換開關(guān)選擇。5.2 控制電路系統(tǒng)控制電路圖是根據(jù)主電路的功能要求而設計的,由手動控制、遠程微機控制兩部分組成。見附圖2和附圖4。主電路中的主開關(guān)閉合情況，可以通過其指示燈從柜面上或LCD

17、屏上直觀看到。電動隔離開關(guān)QS是不帶負荷分斷的開關(guān)，因此，電路中隔離開關(guān)的分與合必須受KM1接觸器的常閉點連鎖，即KM1接觸器分斷，QS才能操作。 投入工作前，先合上空氣自動開關(guān)。1）微機接到系統(tǒng)啟動命令后，微機系統(tǒng)將進入待吸收準備狀態(tài)。即合支路電磁接觸器KM1等。微機通過控制繼電器KA5、KA6、KA14來控制KM1、KM2的合與斷。2）主電路中的主開關(guān)閉合情況，可以在計算機顯示屏上直觀看到。也能通過通訊口進行遙信，反映到中央控制室。3）能量吸收裝置的投入與分斷：合上工控機電源，使工控機進入工作界面，然后通過綜合自動化系統(tǒng)或手動的合與斷來實現(xiàn)。首先合控制電源，然后合隔離開關(guān)，最后讓微機控制系

18、統(tǒng)自動完成后面的合閘過程。分斷時相反，先發(fā)出停止指令，讓微機控制系統(tǒng)先分斷KM1 ，然后分斷隔離開關(guān)，完成停機步驟。4）電動隔離開關(guān)是不帶負荷分斷的開關(guān)，因此，電路中隔離開關(guān)的分與合必須受KM1接觸器的常閉點連鎖，即KM1接觸器分斷，QS才能操作。 5.3 控制系統(tǒng)說明微機控制系統(tǒng)采用雙微機控制方式，上位機為系統(tǒng)管理及監(jiān)控、接受變電所綜合自動化系統(tǒng)的各項指令，執(zhí)行設備的投入、撤除、試驗等操作，自動記錄各種牽引、制動電壓、電流及吸收電流曲線等；通過通信接口與變電所自動化系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換，對能量吸收裝置進行實行監(jiān)控；通過觸摸液晶顯示屏，完成參數(shù)的設置、運行狀態(tài)監(jiān)視、故障判斷及處理、數(shù)據(jù)記憶及外部打

19、印等功能。下位機主要執(zhí)行判斷、斬波器投入、調(diào)節(jié)和撤出等功能。判斷的設置和原理：系統(tǒng)根據(jù)牽引變電所的電流和電壓信號進行綜合判斷，當在線車輛處于再生制動狀況，如果沒有其他設備吸收其能量時，系統(tǒng)首先根據(jù)交流側(cè)電壓變化與判斷基準電壓進行比較，當交流側(cè)電壓檢測值低于對應DC750V時的值，系統(tǒng)執(zhí)行判斷基準電壓與直流側(cè)檢測電壓進行比較，只要直流側(cè)檢測電壓大于判斷基準電壓，系統(tǒng)投入工作狀態(tài)，開通斬波器；根據(jù)牽引網(wǎng)再生反饋電流的大小，自動調(diào)節(jié)斬波器的導通角，改變各相電阻等效阻值，實現(xiàn)吸收功率平衡，穩(wěn)定網(wǎng)壓。當交流側(cè)電壓檢測值高于對應DC750V時的值，系統(tǒng)執(zhí)行判斷基準電壓加上交流U作為新的判斷基準值與直流側(cè)檢

20、測電壓進行比較，只要直流側(cè)檢測電壓大于該判斷基準電壓，系統(tǒng)投入工作狀態(tài)，開通斬波器；根據(jù)牽引網(wǎng)再生反饋電流的大小，自動調(diào)節(jié)斬波器的導通角，改變各相電阻等效阻值，實現(xiàn)吸收功率平衡，穩(wěn)定網(wǎng)壓。實現(xiàn)電壓相對判斷，而且在設定判斷基準值以上進行比較，既解決了電網(wǎng)波動的影響，又解決了當一個牽引電站撤除時，該電站的制動能量吸收裝置仍能正常投入吸收工作。本裝置還引入了電流輔助判斷方式，有效地解決了軌道電阻壓降的影響。判斷條件處理不好，將造成裝置不投或誤投現(xiàn)象!當車輛由再生電制動轉(zhuǎn)為其它工況運行時，自動關(guān)斷各相斬波器，使吸收設備處于待命狀態(tài)。控制關(guān)系如下：通訊系統(tǒng)具有遙控、遙信功能，通過RS485標準通信口與變

21、電所綜合自動化系統(tǒng)接口。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)是整個HXXS10B型再生制動能量吸收裝置的核心。根據(jù)應用的需要和相應設備的特點，分為上、下兩級控制，組成原理如下圖1所示。圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖其中下位機采用高性能的16位微處理器，結(jié)合其他外圍器件，構(gòu)成一個性能穩(wěn)定、可靠、功能強大的底層系統(tǒng)。完成數(shù)據(jù)采集、邏輯處理、故障判斷、控制輸出、PI調(diào)節(jié)運算、多相PWM輸出、系統(tǒng)通訊等工作。上位機采用具有高可靠性和功能強大的工業(yè)控制機，是控制系統(tǒng)的人機交互工具，也是一個系統(tǒng)通訊中樞。主要進行狀態(tài)監(jiān)視、數(shù)據(jù)存貯和圖形表現(xiàn)、系統(tǒng)參數(shù)設置、運行控制、通訊處理等工作。 下位機系統(tǒng) n 系統(tǒng)功能n 通過RS-485通訊口

22、響應上位機發(fā)出的系統(tǒng)操作和參數(shù)設置命令n 12路模擬量采集，并對采集的數(shù)據(jù)進行數(shù)字濾波n 32路開關(guān)量輸入，并對其進行邏輯判斷處理n 根據(jù)邏輯處理結(jié)果進行16路開關(guān)量輸出n 46相PWM脈沖輸出，脈沖頻率可調(diào)節(jié)n 對所有采集的數(shù)據(jù)進行工況判斷，符合吸收條件時進行PI調(diào)節(jié)處理，以形成PWM輸出的控制量n 系統(tǒng)故障處理n 在系統(tǒng)測試條件下，系統(tǒng)開環(huán)運行1). 系統(tǒng)組成圖2 下位機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖下位機以16位微處理為核心，配合一片大規(guī)模集成芯片PSD，形成一個完整的高性能智能控制器。具有結(jié)構(gòu)緊湊、運行可靠的突出特點。其軟件設計充分應用了我公司在吸收設備領(lǐng)域的多項科研成果，尤其是吸收條件判斷和控制方式以及

23、控制效果達到當前國際同類產(chǎn)品先進水平。2). 系統(tǒng)軟件控制流程圖3 主程序流程圖圖4 軟件定時器中斷服務子程序處理流程3). 抗干擾措施下位機系統(tǒng)的工作可靠性至關(guān)重要，直接影響到設備是否能正常工作。因此在進行系統(tǒng)設計時對此作了充分考慮。在電路設計和軟件設計中都采取了很多措施，使系統(tǒng)能在惡劣的環(huán)境條件下長期正常運行。主要的措施有：n 輸入/輸出與微處理器單元完全隔離n 外部輸入的模擬量采用線性隔離n 充分的電源濾波和電源監(jiān)視n 內(nèi)部看門狗加軟件陷阱n 為保證模擬采樣的真實性，對所有模擬量進行多次采樣并進行數(shù)字濾波 上位機系統(tǒng)1). 系統(tǒng)功能n 對下位機進行參數(shù)設置n 從下位機讀取運行數(shù)據(jù)、運行狀

24、態(tài)、開關(guān)位置狀態(tài)、輸出狀態(tài)、故障監(jiān)視n 向SCADA系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)n 響應綜合自動化系統(tǒng)的系統(tǒng)操作命令n 向下位機系統(tǒng)發(fā)布控制命令n 對運行數(shù)據(jù)實時保存n 響應操作人員的歷史數(shù)據(jù)查詢并進行數(shù)值或圖形表達2). 系統(tǒng)通訊上位機系統(tǒng)是整個吸收設備的通訊中樞，起承上啟下的作用。上下通訊均采用RS-485方式。3). 系統(tǒng)軟件介紹上位機軟件采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)開發(fā)，可運行在Windows 95/98/NT/2000環(huán)境下。具有簡便、直觀的人機交互界面，一般情況下不需要進行任何操作。軟件采用國際通用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，并能對前7天的數(shù)據(jù)進行簡便的歷史數(shù)據(jù)查詢。 保護裝置具有過壓、過流、過熱、短路欠壓等保護。直流

25、側(cè)過電壓包括雷擊過電壓、操作過電壓和來自地鐵車輛上的過電壓。當網(wǎng)壓超過設定值時，設備停止工作，給出過壓信號，斷開接觸器，斷開支路快速斷路器。在斬波器元件散熱器上設置溫度傳感器元件，用于監(jiān)視元件散熱器的溫度，并在當?shù)仫@示屏上顯示實時溫度，當溫度超過保護設定值時，發(fā)出IGBT超溫故障信號，關(guān)閉系統(tǒng)，保證吸收裝置在無人監(jiān)守的情況下自動安全運行。電阻柜空氣出口溫度設定三檔，當溫度超過150°C時，吸收功率自動降低到最大設定功率的2/3；當溫度超過170°C時，吸收功率自動降低到最大設定功率的1/2；當溫度超過200°C時，斬波器自動關(guān)閉。短路保護分為斬波器前短路保護和斬波

26、器后短路保護，當短路點發(fā)生在斬波器后一級，設備首先關(guān)斷斬波器，發(fā)出相應支路短路保護信號，短路點發(fā)生在斬波器前一級（含斬波器本身），快速斷路器動作。當發(fā)生過流、短路、接地故障時，迅速向?qū)绷鲾嗦菲靼l(fā)出故障跳閘信號。以上故障必須經(jīng)人工判斷處理后，設備才能再投入工作。設備具有對控制電源的監(jiān)視功能，當直流控制電源發(fā)生故障時，應迅速切斷接觸器，發(fā)出故障報警信號。5.3 系統(tǒng)特性曲線為方便列車試車，吸收裝置還可以將各種牽引、制動電壓電流曲線記錄下來。作為今后列車大修時的運行數(shù)據(jù)記錄，供分析之用。運行分析圖見附圖6附圖9所示。6. 電路特點6.1系統(tǒng)采用IGBT 1200A/3300V作為主要功率器件，響

27、應速度快，可縮小設備體積。6.2吸收裝置采取恒壓控制方式，通過檢測電網(wǎng)電壓的變化，自動調(diào)節(jié)斬波器的導通比，根據(jù)車輛再生制動力的大小調(diào)整吸收電流。6.3系統(tǒng)采用四相不重控制、即差相斬波控制方式，減少了斬波調(diào)節(jié)時對電網(wǎng)電壓脈動率的影響，有效地改善了電流、電壓脈動率，使電流連續(xù)平穩(wěn)。6.4整個系統(tǒng)由上、下位計算機實現(xiàn)控制和調(diào)節(jié)，響應速度快，調(diào)節(jié)迅速。參數(shù)的改變，根據(jù)實際工況進行調(diào)整，同時可實現(xiàn)人機對話和參數(shù)顯示。6.5采用牽引所正極電流極性判別及接觸網(wǎng)電壓變化判別方式，可準確判斷車輛的運行工況，確定吸收裝置的投入時間。7. 設備配置及安裝設備由三部分組成，安裝于室內(nèi)干燥地方，或室外具有防護設施的地方

28、，設備外形圖(見附圖8，附圖10)所示，7.1 HXXS10B-1隔離開關(guān)柜HXXS10B-1隔離開關(guān)柜主要具有執(zhí)行制動能量吸收裝置與電網(wǎng)接通或分離，電網(wǎng)濾波，系統(tǒng)故障保護功能。開關(guān)柜內(nèi)裝有隔離開關(guān)QS，線路接觸器KM1（外形圖見圖10），充放電電阻RC，電壓傳感器SV1，預充電電磁接觸器KM2，電壓表PV，避雷器等。 開關(guān)柜額定技術(shù)參數(shù)及特點：l 技術(shù)參數(shù):額定工作電壓：DC900V；額定工作電流：DC1200A，最大工作電流：3200A。l 主要特征: 金屬焊裝式開關(guān)柜;裝有高可靠的直流接觸器;采用瑞士賽雪龍公司產(chǎn)品。裝有電動隔離開關(guān);采用瑞士賽雪龍公司產(chǎn)品。裝有濾波電抗器及濾波電容;控制

29、和保護易于柜前操作和維護;柜體：柜體采用2mm厚的加強型鋼板;前后開門;柜體噴塑處理。l 功能a) 接通和分斷主回路電源；b) 提供主回路電壓檢測信號；c) 完成接通前的電容預充電； 直流接觸器：型號：BMS08.15C額定電壓:DC900V；額定電流:1500A。 線圈電壓：DC220V電動隔離開關(guān)：為DC900V線網(wǎng)與再生電能消耗設備的隔離用,須在不帶負荷的情況下分斷。額定電壓:DC900V。額定電流:4000A。型號：SWS1840MO1P7014000具有如下特點:Ø 結(jié)構(gòu)緊湊；Ø 框架安裝式壽命長；Ø 機械壽命長；Ø 開關(guān)型式：手動和電動，電動

30、操作機構(gòu)有表示開關(guān)合、分位置的指示器Ø 動作時間：£4sØ 輔助開關(guān)接點：8常開+8常閉Ø 隔離開關(guān)裝有主觸頭位置顯示器,并可配備安全鎖系統(tǒng)。 濾波裝置Ø 額定電壓：DC1800V；Ø 額定工作電流：1000A；Ø 濾波電抗器：HXP4-3 1mH；Ø 濾波電容：MFO 800uf/3000V 直流避雷器Ø 型號：ABB公司生產(chǎn)的POLIM-DO4NØ 額定電壓：DC1800VØ 殘壓：5.45kV/5kA 電壓傳感器和電壓表Ø 一次額定電壓：DC1800VØ 二次

31、檢測電流：50mAØ 電壓表量程：02000VØ 電壓傳感器采用LEM公司生產(chǎn)的霍耳傳感器Ø 設備型式：利用霍耳元件進行測量，將一次回路與二次回路隔離Ø 電壓表準確度等級：1.5級 電流傳感器和電流表Ø 額定電壓：DC750VØ 額定電流：3000A Ø 過載能力：3倍Ø 二次檢測電流：500mAØ 電流表量程：010000AØ 電流表準確度等級：1.5級Ø 電流傳感器采用LEM公司生產(chǎn)的霍耳傳感器Ø 設備型式：利用霍耳元件進行測量預充接觸器：額定電壓:DC1500V。額定電

32、流:16A。其他防護等級IP23。見附圖5。設備在高濕期內(nèi)可能產(chǎn)生凝露，每面柜設置兩塊加熱板，功率為2×100W，防止對設備的損害。面板上設置人工控制開關(guān)，也能通過凝露控制器進行自動控制。主電路高壓部分，裝置相互絕緣的帶電體之間及對地應能承受交流正弦50Hz，試驗電壓為5750V（有效值），1min之耐壓試驗，應無擊穿或閃絡現(xiàn)象。對于控制電路部分，相互絕緣的帶電體之間及對地，應能承受交流正弦50Hz，試驗電壓為2000V（有效值）1min之耐壓試驗，應無擊穿或閃絡現(xiàn)象。設備檢修后，耐壓試驗值按標稱值的75%進行。圖5 開關(guān)柜外形尺寸7.2 HXXS10B-2斬波控制柜HXXS10B-

33、2斬波控制柜主要實現(xiàn)制動能量吸收裝置自動轉(zhuǎn)換及檢測等功能。由四個獨立的IGBT斬波支路及微機控制裝置等組成，每一支路IGBT斬波器控制其開通或關(guān)斷，差相工作,并具有電流檢測。每個IGBT斬波器支路均裝有快速熔斷器和溫度傳感器，對IGBT元件實行快速保護及溫度監(jiān)視。本斬波柜采用電力電子器件IGBT作為開關(guān)元件，響應速度快，并具有過流、過壓和短路等保護。裝置設置了溫度檢測功能，檢測吸收電阻柜空氣出口溫度、斬波器各熱管溫度，當發(fā)現(xiàn)某一環(huán)節(jié)溫度過高，控制系統(tǒng)將自動降低吸收功率，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)守的情況下自動安全運行。制動能量吸收裝置的投入和撤出采用電壓相對判斷和

34、電流判斷方式。電壓判斷采用交流側(cè)電壓與直流側(cè)電壓進行比較判斷，電網(wǎng)電壓DC810V以下，車輛進行再生電制動時，吸收設備不進行判斷，外部具備吸收能力時，由外部吸收；如果外部沒有吸收能力，則電網(wǎng)電壓將抬高，抬高到電網(wǎng)電壓大于DC810V時，吸收設備投入工作，根據(jù)吸收電流的大小，進行恒壓控制。如果交流側(cè)電壓抬高，則基準判斷值在DC810V基礎上相應提升。當電網(wǎng)電壓大于DC1000V時，吸收設備將線路接觸器分斷，主電路切除，發(fā)出過壓報警信號。每個IGBT串有快速熔斷器進行保護，采用Bussmann公司生產(chǎn)的高品質(zhì)3BKN/1702500V/550A IGBT專用熔斷器。快速熔斷器帶有檢測裝置和接點。當

35、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?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)。當一個IGBT支路熔絲熔斷時，發(fā)出報警信號，熔斷熔絲超出一個時，發(fā)出跳閘信號。7.2.1 主要技術(shù)參數(shù)如下：Ø 額定工作電壓：DC900VØ 最大工作電流：6×750AØ 電網(wǎng)電壓恒定平均吸收控制值：810V-870V可調(diào)Ø 斬波器導通比調(diào)節(jié)范圍：5%a95%Ø 工作制：間隙工作制Ø 斬波器單相工作頻率：200HzØ 斬波器合成工作頻率：600Hz 結(jié)構(gòu)

36、簡述斬波柜分為前后兩部，裝有六相IGBT斬波組件，散熱器采用熱管散熱器,自冷式，散熱效果好。柜后部由一塊安裝屏組成，裝有6個電流傳感器，1個電壓傳感器，6個驅(qū)動電源，微機控制系統(tǒng)HXMC2。在柜門上裝有操作轉(zhuǎn)換開關(guān)和一體化工業(yè)控制計算機。每相IGBT、續(xù)流二極管、散熱器、快速熔斷器、溫度傳感器、驅(qū)動器、RC吸收等構(gòu)成IGBT組件，便于設備的維護維修。在供電系統(tǒng)容量無窮大的情況下，裝置能承受由于直流側(cè)短路而產(chǎn)生的短路電流的沖擊。斬波器承受的短路電流不小于47kA（10ms）、29kA（120ms）。斬波柜外形尺寸圖見圖6圖6斬波柜外形尺寸圖 7.3 HXXS10B-3吸收電阻柜HXXS10B-3

37、吸收電阻裝置用作制動能量吸收裝置功率吸收元件。主要技術(shù)參數(shù)Ø 額定電壓:DC900V；Ø 短時吸收電流： 3040A； Ø 短時（20S）功率： 6×264Kw；Ø 額定功率：6×50Kw；Ø 吸收電阻值：0.18；Ø 工作制：間隙工作制；Ø 支路數(shù)：6,分為A、B、C柜。每柜中裝有2條獨立支路；Ø 冷卻方式：自然冷卻；Ø 防護等級：戶內(nèi)型：IP20；戶外型：IP23；Ø 柜體采用不銹鋼柜體。電阻柜結(jié)構(gòu)簡述電阻柜外形結(jié)構(gòu)見附圖7所示。本吸收電阻裝置由六條獨立電阻單元組成,分別

38、安裝在三面柜中。吸收電阻采用單元電阻組件結(jié)構(gòu)，通過串、并聯(lián)方式組成支路電阻，電阻元件采用非磁性材料，結(jié)構(gòu)采用框架式波形繞組，電感量低、電阻值溫漂變化小、耐受溫度高；安裝、維護方便,拆卸簡單；調(diào)整電阻值非常方便。電阻器組件為無骨架長波型電阻元件，吊掛結(jié)構(gòu)安裝。柜體：Ø 柜體采用2mm厚的加強型不銹鋼板；Ø 前后開門；Ø 電纜連接于電阻銅母線上；Ø 柜門與主回路帶有開關(guān)鎖；Ø 柜門上有安全警告標志；Ø 柜內(nèi)裝置溫度傳感器、實現(xiàn)超溫報警和超溫降功率控制；設置的三級溫度開關(guān)，第一級為電阻降功使用溫度，第二級為報警溫度，第三級為跳閘溫度。

39、16; 柜體上部有出風道；柜體下部有入風口。電阻柜外形尺寸圖見圖13圖7電阻柜外形尺寸HXXS10B-4負極隔離開關(guān)柜 1）主要技術(shù)參數(shù)工作電壓：DC900V直流手動隔離開關(guān)：額定電流4000A 型號：SWS1840MO1P7014000主要設備數(shù)量：直流手動隔離開關(guān)1臺輔助開關(guān)接點：6常開+6常閉輔助電源電壓：DC220V2）技術(shù)性能負極隔離開關(guān)柜內(nèi)的隔離開關(guān)采用手動操作，主要用于設備檢修時斷開與直流電網(wǎng)負極的電氣聯(lián)系，保證人員安全。隔離開關(guān)的位置狀態(tài)在柜門上設置指示燈顯示，并帶有一次模擬圖。隔離開關(guān)的位置信息通過輔助觸點進入下位機控制系統(tǒng)，與再生電能吸收裝置的動作連鎖。當負極隔離開關(guān)分斷時

40、，再生電能吸收裝置不能投入或退出運行。手動隔離開關(guān)位置通過計算機通信傳送到SCADA系統(tǒng)。為了避免手動開關(guān)的誤動作，手動隔離開關(guān)在柜內(nèi)操作。柜門設置安全連鎖，當柜門打開時，安全連鎖動作，再生電能吸收裝置故障跳閘，保證隔離開關(guān)在無電流條件下操作。柜內(nèi)設置防凝露加熱器和照明燈，電源采用AC220V，功率各為200W。照明燈與柜門聯(lián)動，柜門打開時，照明燈亮，柜門關(guān)閉時，照明燈熄滅。照明燈加設防護罩。柜內(nèi)設置ABB避雷器，與負極進線連接。3）結(jié)構(gòu)Ø 柜體結(jié)構(gòu)同再生電能吸收裝置Ø 外形見附圖8 圖8負極柜外形尺寸對于每個設備組件有明確的標識，二次回路端頭有清晰的標號；柜面上有模擬圖、

41、設備工作位置等必要的標示；柜正面及背面頂部有表示牌。7.4微機控制裝置微機控制系統(tǒng)采用兩級計算機控制。由工業(yè)級的一體化計算機和16位單片機系統(tǒng)構(gòu)成。具有故障診斷、運行監(jiān)視、控制、遠程通訊的功能。能根據(jù)電網(wǎng)狀況和車輛運行工況控制設備吸收能量的多少，自動調(diào)節(jié)電阻消耗功率，吸收車輛再生能量的多余部分。微機控制系統(tǒng)本地采集信號和遙信信號包括下列內(nèi)容： 本地采集信號：熔斷器熔斷報警、熔斷器熔斷跳閘、超溫報警、超溫跳閘、控制電源失電報警、邏輯數(shù)字、模擬信號、電流電壓特性、保護信號及報警。 遙信信號：裝置狀態(tài)、熔斷報警、熔斷跳閘、超溫報警、超溫跳閘、控制電源失電報警。微機控制系統(tǒng)采用標準的數(shù)據(jù)通信口接入變電

42、所綜合自動化系統(tǒng)。物理接口采用RS485口（帶光/電隔離），通信速率19.2kbps。微機控制系統(tǒng)上送變電所綜合自動化系統(tǒng)的故障信息帶有時標，時標精確到毫秒級。.從柜門上的觸摸屏可以對系統(tǒng)進行控制操作及手動設置有關(guān)工作參數(shù).如:恒壓電網(wǎng)吸收值最大吸收電流值等;顯示屏可顯示整個系統(tǒng)的狀況:Ø 故障診斷查詢結(jié)果Ø 設備通、斷電狀態(tài)Ø 實時顯示電網(wǎng)電壓（顯示精度為1.5級）。Ø 實時顯示車輛再生電流值或牽引工況值（顯示精度為1.5級）。Ø 實時顯示本裝置吸收的電流值（顯示精度為1.5級）。Ø 查詢主要參數(shù)設定值Ø 故障信號顯示&#

43、216; 遠程通訊和控制 Ø 顯示斬波器各支路熔斷器熔斷信號及已熔斷的熔斷器位置。Ø 實時顯示斬波器的溫度。Ø 顯示斬波器跳閘信號。8. 設備土建安裝、風道及平面布置要求平面土建圖見附圖9所示。電站開關(guān)室設備平面布置圖見附圖8所示，電站電阻室設備平面布置圖見附圖10。8.1安裝及布線說明保證電控柜可靠接地，各柜接地螺栓均為M12，設置在各柜后面底部，見附圖12平面土建圖。所有柜的對外連線均由下部出線，布線地溝須有排積水功能，防止積水將電纜絕緣破壞?？紤]到通風要求，地溝兩端應留出進風口約0.5米。考慮到地溝兩端進風口封閉，請在進風口處安裝鋼板網(wǎng)。為了減小布線間干擾，

44、高低壓電纜要求分離布線。電阻柜安裝要求Ø 安裝在地下的吸收電阻柜，必須與控制柜分離安裝或隔離安裝，相互間空氣不能自由相通。且安裝電阻柜的房間的空氣流通量不低于10.6 (M3/s)，控制柜房間的空氣流通量不低于3M3/S;Ø 安裝于地面上的電阻柜，要求為敝開式，并有簡單的擋風雨頂棚，周圍裝有安全護欄等。控制柜安裝要求：Ø 與電阻柜分開安裝，或有熱隔離措施。Ø 對于相對封閉的安裝，要有一定的空氣流量要求，即大于3M3/S的空氣流量。電纜、導線規(guī)格.1我方負責柜體內(nèi)部電纜、導線聯(lián)接，柜之間及對外電纜、導線由總施工方綜合配置。戶外電阻由于離控制柜較遠，為抑制分

45、布電感的影響，建議到電阻柜每一支路的兩根電纜線兩兩平行布置或絞織敷設。.2各柜體主電路均留有對外接口，并標注了導線號。各柜體二次控制電路導線均由柜體內(nèi)接線端子聯(lián)接。8.2電氣對外接口Ø 主電路及控制電路接口見附圖1-5。Ø 所需的檢測信號有：n 交流電壓信號：10kV/100V（隔離信號）。n 電流信號：5000A/5V（隔離信號，由正極柜的MIU10提供）。直流柜提供“快開”的輔助觸點u 一對常開觸點作為“快開”閉合確認信號u 一對常開觸點作為線路接觸器閉合連鎖u 一對常閉觸點作為電動隔離開關(guān)閉鎖再生制動能量吸收裝置給直流柜“快開”的輔助觸點u 一對“故障繼電器”的常開觸

46、點，作為“快開”跳閘分斷提供給綜合自動化系統(tǒng)的接口與綜合自動化的物理接口采取RS485，光纜連接8.3 通訊信號表：序號信號名稱過程說明1操作指令由綜合自動化系統(tǒng)發(fā)送到吸收設備11投入首先由綜自系統(tǒng)發(fā)出“投入工作”指令。設備接受到該信號后，自動閉合“隔離開關(guān)”，然后閉合“快開”和“線路接觸器”啟動監(jiān)視系統(tǒng)及下位機系統(tǒng)，使設備處于“待命”狀態(tài)。12解除設備接受到該信號后，自動關(guān)閉各斬波器，首先斷開“線路接觸器”，然后再斷開“快開”最后斷開“隔離開關(guān)”，使設備退出工作。2設備狀態(tài)由吸收設備發(fā)送到綜自系統(tǒng)21隔離開關(guān)、線路接觸器狀態(tài)確認隔離開關(guān)及線路接觸器閉合或分斷狀態(tài)22工作就緒設備按控制邏輯關(guān)系

47、投入工作后，確認系統(tǒng)處于“工作就緒”狀態(tài)，各斬波器根據(jù)判斷結(jié)果自動投入吸收或處于“待命”狀態(tài)。3故障狀態(tài)由吸收設備發(fā)送給綜自系統(tǒng)31過流設備發(fā)生過流后，先關(guān)閉斬波器，并發(fā)出“故障”信號給綜自系統(tǒng)，同時設備控制系統(tǒng)中“故障繼電器”閉合，發(fā)出觸發(fā)脈沖給快開的“電子快速脫扣裝置”，迅速斷開快速斷路器。32過壓同上33IGBT故障同上34控制電源故障當直流控制電源不正常時，設備迅速關(guān)斷斬波器后斷開線路接觸器，發(fā)出故障報警信號。35短路同時跳線路接觸器和快速斷路器36過熱當IGBT溫度超過允許值時，關(guān)閉斬波器，斷開線路接觸器，故障報警，斷開快開；當電阻溫度超過允許值時，先降低功率使用，若仍上升，將關(guān)閉斬

48、波器，故障報警。8.4再生制動能量吸收裝置上位機與SCADA系統(tǒng)通訊規(guī)約概述本規(guī)約用于再生制動能量吸收裝置上位機與綜合自動化系統(tǒng)（SCADA）的通訊。向SCADA系統(tǒng)提供本裝置的輸入/輸出狀態(tài)、工作狀態(tài)、故障狀態(tài)等信息。也接收來自SCADA系統(tǒng)的工作指令。物理接口系統(tǒng)采用的是 IEC60870-5 規(guī)定4種信息格式中的FTl.2，即異步、1位起始位、1位停止位、偶校驗。電氣接口為EIA RS-485，通信速率19.2kbps。信號點表：測點名稱邏輯1表示邏輯0表示規(guī)約變量名規(guī)約變量位序號(如有) 1過壓保護動作復歸flag_status1Bit0過流保護動作復歸flag_status1Bit1

49、短路保護動作復歸flag_status1Bit2接觸器故障故障正常flag_status1Bit6下位機通訊故障故障正常flag_status1Bit7電動隔離開關(guān)合閘分閘合閘flag_status2Bit0電動隔離開關(guān)分閘合閘分閘flag_status2Bit1接觸器KM1位置分閘合閘flag_status2Bit2接觸器KM2位置分閘合閘flag_status2Bit3熔斷器熔斷報警異常正常flag_status2Bit4熔斷器熔斷跳閘異常正常flag_status2Bit5工作/測試狀態(tài)工作測試flag_status2Bit6IGBT1超溫動作復歸flag_status3Bit0IGBT

50、2超溫動作復歸flag_status3Bit1IGBT3超溫動作復歸flag_status3Bit2IGBT4超溫動作復歸flag_status3Bit3電阻柜溫度一段異常正常flag_status3Bit5電阻柜溫度二段異常正常flag_status3Bit6電阻柜溫度三段異常正常flag_status3Bit7IGBT1過流動作復歸flag_status4Bit0IGBT2過流動作復歸flag_status4Bit1IGBT3過流動作復歸flag_status4Bit2IGBT4過流動作復歸flag_status4Bit3IGBT1支路退出投入flag_status5Bit0IGBT2支路

51、退出投入flag_status5Bit1IGBT3支路退出投入flag_status5Bit2IGBT4支路退出投入flag_status5Bit3當?shù)?遠方控制選擇停機遠方控制flag_status5Bit6當?shù)?遠方控制選擇停機當?shù)乜刂苀lag_status5Bit79. 控制系統(tǒng)操作步驟詳見“使用說明書”。10. 系統(tǒng)退出 按照系統(tǒng)開機逆過程處理！11. 使用注意事項11.1產(chǎn)品在使用前應檢查產(chǎn)品的型號是否與銘牌數(shù)據(jù)相符。11.2產(chǎn)品在使用前應檢查產(chǎn)品的絕緣是否完好：產(chǎn)品的主回路對地絕緣應能承受5750V工頻試驗電壓（有效值），歷時1min，應無擊穿或閃絡現(xiàn)象。主回路對二次回路絕緣應能承

52、受5750工頻試驗電壓（有效值），歷時1min，應無擊穿或閃絡現(xiàn)象。二次回路對地絕緣應能承受1500V工頻試驗電壓（有效值），歷時1min，應無擊穿或閃絡現(xiàn)象。11.3 產(chǎn)品在安裝前應檢查產(chǎn)品的外形尺寸及安裝尺寸是否符合圖紙。11.4 產(chǎn)品在使用前及使用期間，應檢查各緊固件不應有松動現(xiàn)象，螺釘或螺母均應擰緊；彈簧墊圈應壓平，絕緣應無損壞，元器件應無損壞或破損等現(xiàn)象。11.5 使用中若發(fā)現(xiàn)零部件有損壞現(xiàn)象應設法及時更換。11.6 在使用前，請詳細閱讀本使用說明書，已確保設備操作正確。12. 故障及診斷項故障現(xiàn)象可能出現(xiàn)的問題處理方法1設備不能啟動1. 控制開關(guān)2.直流電源無或者不正常3.操作程序不對1.更換按鈕開關(guān)2.檢查.直流電源及各電源值3.重新啟動2IGBT保護1.IGBT壞2.續(xù)流管壞3.驅(qū)動電源1.檢查IGBT2.檢查續(xù)流管3.檢查驅(qū)動電源電壓是否正常3過流、過壓1.電流、電壓傳感器輸出值不正確2.傳感器電源壞3.控制板壞1.檢查傳感器特性2.檢查電源是否正常3.更換控制板4設備誤投