文档介绍：武汉地铁21号线牵引主回路接地故障分析与研究
摘 要:武汉地铁21号线电动客车牵引系统由株洲时代电气有限公司提供,动车牵引主回路出现接地故障会导致车辆损失三分之一牵引力,对车辆的安全准点运行造成较大影响,本文介绍了牵引主回路各正常工作,可靠地实现牵引制动工况转换。
列车电制动包括再生制动和电阻制动,再生制动能量可以回馈电网供线网上其他地铁车辆使用。常用制动采取电制动优先的模式,当电制动不足时使用空气制动补足,而紧急制动则仅使用空气制动。
牵引主回路各部件主要作用如下:
(1)支撑电容充电回路:充电回路由短接接触器KM1、充电接触器KM2、充电电阻R1组成。当司控器的方向手柄置于非零位时,闭合充电接触器KM2,高压电源经充电电阻R1给后端支撑电容C充电,当支撑电容C两端电压达到线网电压的85%时,短接接触器KM1闭合,充电接触器KM2随即断开,支撑电容充电过程完成。
(2)滤波回路:滤波回路由线路电抗器L和支撑电容C组成。线路电抗器与支撑电容组成的滤波单元可用来限制直流侧的电压波动,同时滤除高次谐波,抑制供电侧电压突变对二次侧电气设备的损害。
(3)逆变单元:变流器模块中的逆变单元是整个牵引主回路的核心部分,完成了将直流电变换为三相交流电这一关键过程。逆变单元为两电平逆变电路,由6个带无功反馈二极管的IGBT组成,工作时由DCU发出控制脉冲,通过控制IGBT的顺序导通关断,将直流电变换为电压频率可调的三相交流电。另外,当牵引电机工作在发电机状态时,逆变单元可反向实现整流功能,将三相交流电整流为直流电后回馈电网。
(4)制动斩波单元:地铁车辆在下坡或制动过程中,牵引电机工作在发电机状态,其产生的反力矩使得列车减速,而当产生的电能不能够被线网吸收时,将使得支撑电容端电压升高,此时制动斩波单元发挥作用,IGBT导通由制动电阻吸收这部分电能。此外,当线网电压波动超过阈值时,为了防止支撑电容端电压过高,制动斩波回路也将导通,来降低过电压,保护相关设备。同时,制动斩波单元还具有快速放电功能,作为常规放电回路的补充,极大的缩短了断电后的放电时间,给予检修安全双保险。
(5)牵引电机:三相交流异步牵引电动机,其转子为鼠笼式结构,定子为无机壳结构,悬挂方式为架承式全悬挂,绝缘等级为200级,冷却方式为带内风扇自通风,额定功率为190kW。
(6)检测元件:检测元件包括正线直流输入电流传感器LH1、负线直流输入传感器LH2、牵引电流传感器LH3及LH4、斩波电流传感器LH5、线网电压传感器VH1、支撑电容电压传感器VH2,以上均为霍尔传感器。
故障分析
牵引控制单元DCU与列车网络控制和诊断系统之间通过MVB网络方式交换数据,通信单元可以将符合MVB协议格式的数据包传输给列车网络控制和诊断系统,同时能接收网络发来的数据,接受VCM的调度,并将变流器的运行状态和故障情况反馈给VCM。
牵引控制单元DCU具有记录波形数据的功能,在故障发生前后的一段时间里,对相关电气参数(模拟量和数字量)的采样数据进行记录并存储到FLASH里保存,以便维护工程师进行后续故障分析。DCU的保护分为硬件保护和软件保护两种,其中,硬件保护功能由FPGA实现,主要包括IGBT元件故障保护、逆变