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      HXXS9型制動能耗裝置非運營期間的運行分析

      2017-06-07 20:47:23杜漢亭段振濤莫斌濤張?zhí)┟?/span>
      科技創(chuàng)新導報 2017年8期
      關(guān)鍵詞:整定值吸收

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      摘 要:廣州地鐵四、五號線采用HXXS9型制動能耗裝置解決因列車制動而產(chǎn)生的多余能量,然而在非運營期間該裝置卻多次發(fā)生故障。該文通過分析設備的工作原理,以及引起故障的原因,將吸收條件進行了整定優(yōu)化,對確保地鐵穩(wěn)定運行,具有實際意義。

      關(guān)鍵詞:非運營 制動能耗 吸收 整定值

      中圖分類號:U270.35 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2017)03(b)-0020-02

      廣州地鐵四、五號線采用直線電機客運列車,牽引電能為DC 1 500 V供電系統(tǒng)。由于機車在減速制動時,將向直流電網(wǎng)回饋能量,引起電網(wǎng)瞬時電壓升高,給設備穩(wěn)定運行帶來了風險。為了保持網(wǎng)壓的穩(wěn)定,把制動的能量消耗掉或加以回收利用,常見的有電阻耗能、電容儲能以及逆變反饋等方式[1]。

      HXXS9型制動能耗裝置投用于廣州地鐵四、五號線,通過斬波器和吸收電阻配合,根據(jù)列車制動時直流網(wǎng)壓的變化狀態(tài)調(diào)節(jié)斬波器占空比,將接觸網(wǎng)電壓穩(wěn)定在一定范圍。多年以來,該裝置在非運營期間的運行中,由于DC 1 500 V電網(wǎng)電壓升高,導致驅(qū)動IGBT開通吸收,造成多次IGBT超溫或擊穿事件。該文介紹了裝置運行的原理,對非運營期間存在的問題,分析原因并提出了切實可行的解決方案。

      1 HXXS9型制動能耗裝置基本原理

      HXXS9型制動能耗裝置的工作原理如圖1所示[2]。

      當列車制動,若反饋至直流電網(wǎng)的電能不能被車載設備和處于同一供電分區(qū)的牽引列車吸收利用時,制動能耗裝置投入工作,吸收電阻回路導通,消耗掉多余的制動電能。

      系統(tǒng)檢測33 kV、1 500 V網(wǎng)壓、裝置電壓及電流的極性即可判斷是否開通吸收,其檢測電源系統(tǒng)的特性與電流極性如圖2所示[3]。

      系統(tǒng)對比直流電網(wǎng)電壓和其空載時的電壓,判斷有無客車處于制動狀態(tài)。當≥時,可能存在的情況為:停站、故障或列車制動,為躲避前兩種狀態(tài),判斷裝置吸收的啟動電壓為=+。然而網(wǎng)壓存在一定波動,實際啟動電壓設置為=U0++。

      2 HXXS9型制動能耗非運營期運行分析

      HXXS9型再生制動能量消耗裝置在投入廣州地鐵四、五號線運營以來,在非運營期間,由于AC 33 kV和DC 1 500 V網(wǎng)壓升高,曾發(fā)生多起因IGBT誤導通而引起的開關(guān)跳閘事件。

      故障案例:04∶51,楊箕制動能量消耗裝置IGBT1支路超溫導致直流開關(guān)跳閘。經(jīng)檢查,發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生時刻,制動能耗裝置處于持續(xù)吸收狀態(tài),造成IGBT1支路超溫。故障處理期間,變電人員對設備進行檢查,確認設備無異常。由于接觸網(wǎng)電壓偏高(約1 734 V),經(jīng)匯報電調(diào)后,通過調(diào)整裝置吸收條件后,電調(diào)組織設備送電成功。

      故障原因分析:制動能耗裝置與直流電網(wǎng)以及列車特性情況的關(guān)系未處于最優(yōu)化的狀態(tài)。非運營期間,實際無列車制動的情況下,由于吸收參數(shù)設置存在偏差,導致制動能耗裝置無法辨別交流電網(wǎng)是否屬于正常電壓波動,造成裝置誤投入吸收。

      3 吸收條件優(yōu)化整定

      通過優(yōu)化調(diào)整制動能耗裝置的吸收條件,使其滿足保護裝置的選擇性,靈敏性,快速性以及可靠性等要求。以廣州地鐵五號線為例,見表1。

      (1)33 kVAC整流電壓:該整定值設置依據(jù)應為額定電壓時整流器直流側(cè)空載電壓Ud,整定原則U0=Ud。直流側(cè)為兩臺整流機組并聯(lián)運行的情況下,24脈波整流的空載直流電壓:

      (1)

      根據(jù)上表與公式,將33 kV AC整流電壓定值調(diào)整為U0=1 664 V。

      (2)吸收電壓給定值:由于吸收啟動值,根據(jù)運行經(jīng)驗,正常工作電壓(33 kV)下,可忽略△U的影響,啟動值設置為1 710 V較為合理。結(jié)合第(1)點可得:吸收電壓給定值: V。

      (3)交流電壓變化限幅百分號:當≤33 kV時,系統(tǒng)執(zhí)行啟動值;當33 kV時,系統(tǒng)執(zhí)行啟動值。其中,是由整定值“交流電壓變化限幅百分號”來決定的,該參數(shù)主要防止能耗系統(tǒng)因電壓波動等原因造成的裝置空吸,所代表的意義是當33 kV側(cè)交流電壓升高一定值后,整流器直流側(cè)電壓相應升高的電壓值。由于①=U-U0;而制動能耗裝置系統(tǒng)軟件執(zhí)行的計算公式為,②=U0×交流電壓變化百分比×交流電壓變化限幅百分號;33 kV側(cè)交流電壓的變化和整流器直流側(cè)電壓的變化成線性關(guān)系,③(U-U0)/U0=交直流電壓變化百分比=交流電壓變化百分比;結(jié)合公式①、②、③,將交流電壓變化限幅百分號調(diào)整為100%。

      (4)過電壓:該保護功能主要用于防止不正常高壓對系統(tǒng)的傷害,按照躲過最大工作電壓原則整定。最大工作電壓=+正向最大電壓波動值,GB/T 12325—2008規(guī)定35 kV及以上電壓正、負絕對值之和不超過10%,取正向最大波動值為5%??紤]正向測量誤差,能耗裝置電壓傳感器等級為1.5級。設置過壓保護定值時,考慮一個系數(shù)Ki。因此整定計算公式為:

      Um=Ki(+正向測量誤差)=Ki×(能耗吸收基準值+正向最大電壓波動值+正向測量誤差)。其中Ki取1.02,因此,過電壓定值設置為1 860 V。

      (5)失壓延時:當制動能耗裝置檢測到直流電網(wǎng)電壓低于200 V時,將延時發(fā)出系統(tǒng)失壓報警并分開KM1,為防止檢測回路抖動引起KM1誤動作,根據(jù)離線測試數(shù)據(jù),設置失壓延時整定值為600(1.5 s)。

      (6)PWM脈寬:HXXS9型制動能耗裝置,單支路工作頻率150 Hz;采用間隙工作制,一、二、三、四支路逐次開通;相鄰支路開通間隙時間1.67 ms;占空比可調(diào)節(jié)范圍:5%≤α≤95%;當吸收占空比檢測超過95%時,IGBT截止,并根據(jù)電網(wǎng)電壓,自動判斷是否重新開通;為防止裝置開通時間短,造成第一支路長期處于工作狀態(tài),通過試驗測試數(shù)據(jù),設置最大PWM脈寬整定值為2 000(占空比61.57%),見表2。

      4 結(jié)語

      該文對HXXS9型制動能耗裝置的工作原理進行了介紹。同時分析了非運營期間,設備運行中存在的問題和解決方案,對提高供電質(zhì)量,保障地鐵設備及運營安全,具有實際意義。

      參考文獻

      [1] 葉蘭蘭.城市軌道交通再生制動能量回收系統(tǒng)研究[D]. 西南交通大學,2013.

      [2] 李玉萍.淺談地鐵施工中再生制動能量消耗裝置的作用[J].科技信息:科學教研,2007(16):130-131.

      [3] 肖瑩.淺析廣州地鐵車輛再生制動能量的處理方式[J].科技風,2011(19):27.

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