地鐵供電系統用制動單元柜和制動電阻柜

    地鐵供電系統用制動單元柜和制動電阻柜
    1、技術要求及性能
    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備構成。

    制動控制柜主要由IGBT制動單元(制動斬波器)、驅動器、電動隔離開關、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）和微機控制單元等部分組成，實現吸收裝置自動投入、撤出和濾波等功能；并執行吸收裝置的控制、保護與監控；執行與上級控制系統的通信；執行吸收裝置投入與退出判斷；承擔電阻吸收時的控制。

    制動電阻柜：主要由吸收電阻組成，實現制動能量的吸收和轉化功能。
    逆變控制柜：執行逆變吸收；自動跟蹤并網；根據直流線網電壓的變化調節逆變輸出電流。
    隔離變壓器柜：執行直流電網與交流電網的隔離。
    隔離變壓器次邊與AC母線連接時通過斷路器保護。
    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品。

    2、制動單元(制動斬波器)柜
    1）主要技術參數
    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，當瞬時電流大于4000A時，制動電阻裝置應關斷。

    線網電壓恒定平均吸收控制值：1630V-1780V可調。
    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時間20s，周期120s。表1

    IGBT裝置按多相不重恒壓吸收控制系統進行設置
    控制方式：PWM(導通比調節范圍5%～95%)
    工作制：間隙工作制
    冷卻方式：熱管自冷
    導通電壓：DC1630－1780V隨交流側電壓的變化在線自動調整，允許偏差+4%
    關斷電壓：DC1630－1780V隨交流側電壓的變化在線自動調整，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，設置不少于4個斬波支路。制動單元(制動斬波器)柜內設置控制電源模塊、微機控制系統、快速熔斷器和續流二極管等元器件。

    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,構成多相不重恒壓吸收控制系統。微機控制系統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)的導通比進行控制。當電網低于1630V或高于1900V時，裝置不投入工作，微機控制系統向變電所控制信號盤發出相應的指示信號。當線網電壓回到1000V～1900V之間時，微機控制系統自動將預充接觸器開關合上，向濾波電容充電，然后閉合線路接觸器，微機控制系統自動測定牽引網空載電壓值和吸收電壓值（或接受人工功率限制檔位信號），判斷牽引網上是否有列車處于再生電制動狀態。當列車處于再生制動狀態時，制動單元(制動斬波器)立即投入工作，穩定網壓不再上升，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，直流牽引供電系統的表現特征為：在再生制動能量吸收裝置未投入之前直流系統電壓急劇升高、本裝置系統內無電流。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根據測量出的交流側電壓與直流側空載電壓的對應關系進行判斷。當直流電壓高于導通電壓時，本裝置開始斬波消耗能量；當直流電壓低于關斷電壓且吸收電流為0A時，IGBT停止工作。

    根據設置參數要求或測定參數要求，微機控制系統進行快速的電流跟蹤和恒壓控制運算。當車輛制動回饋電流較小時，經控制單元運算后，調節制動單元(制動斬波器)導通比，使制動單元(制動斬波器)處于低開通狀態。當車輛制動回饋電流較大時，控制系統經實時運算，快速調節制動單元(制動斬波器)導通比，以維持電網電壓的相對恒定，直至線網電壓值低于設定電壓值后，關閉制動單元(制動斬波器)，等待下次車輛的再生吸收。

    裝置應可以接收人工吸收電壓參數設置，也可以接受限制功率人工設定檔位。正常運行中如人工設定吸收電壓值，其值應高于線網空載電壓值。微機控制系統應能夠判定能量的來源，當能量來自牽引變電所時，裝置應立即停止工作，顯示參數設置錯誤，并發出報警信號，如在規定的時間內不糾正，系統將自行測定參數，恢復工作。當線網電壓低于DC1000V時，裝置停止工作并發出欠壓報警信號；當線網電壓高于DC1900V時，裝置將直流接觸器分斷，主電路切除，發出過壓報警信號。

    本裝置在工作時的直流側諧波電壓應滿足相關標準的要求，諧波干擾應不影響通信和信號系統的正常工作，并符合有關電磁兼容標準的規定。

    3）IGBT性能要求
    IGBT必須選用國際知名品牌的成熟產品，并應具有相關工程的供貨記錄（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，散熱片表面進行陽極氧化防腐處理并增加散熱效果和減少維護工作。

    裝置選用合適的IGBT參數，合理設計母線路徑，并考慮母排的電阻，使每個支路并聯IGBT的電流不平衡度小于8%。當任一支路的IGBT損壞時，裝置應能正常運行。

    4）快速熔斷器性能要求
    每個IGBT均應串有快速熔斷器進行保護，快速熔斷器帶有檢測裝置和接點。當熔絲熔斷后，熔斷指示器上的指示紅牌伸出顯示，同時連鎖微動開關向數據采集裝置發出故障信號，用于報警或跳閘，并在當地顯示熔斷器所在回路編號，使工作人員能在現場容易發現。當一個IGBT支路熔絲熔斷時，發出報警信號，熔斷熔絲的數目超過一個時，發出跳閘信號。

    5）顯示裝置
    制動單元(制動斬波器)柜面板上設有顯示裝置，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
    設備應具有運營和試驗兩套功能，在對車輛進行試驗時，設備可根據車輛運行狀況模擬有吸收、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主要技術參數
    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時間20s，周期120s。
    再生制動吸收電阻按多相設置，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，吊掛結構安裝，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鎖，柜門上有安全警告標志，柜內裝有溫度傳感器、實現超溫報警，柜體上部有出風道，柜體下部有入風口。

    3.3保護功能要求
    制動電阻柜內設置三級溫度開關，第一、二級為電阻降功使用溫度，第三級為跳閘溫度。