成都地铁10号线二期车辆牵引系统浅析

成都地铁10号线二期车辆牵引系统浅析

高鑫

成都地铁运营有限公司610000

摘要：文章介绍10号线二期车辆牵引系统的部分重要部件及逻辑，从运营使用及维保的角度阐述车辆设计的原理和功能，并对部分结构和控制逻辑提出建议，希望在车辆试验、空载期间重点关注，持续优化新车辆、新技术。

关键词：牵引系统；逆变器单元；过压吸收电阻；电制动力

1牵引系统概述

电气牵引系统采用集成式VVVF逆变器-异步牵引电动机构成的交流传动系统；采用IGBT功率元件，VVVF逆变器为翅片散热强迫风冷；采用高性能的交流传动直接转矩控制策略，具有反应迅速、可靠的空转/滑行保护并优先使用电制动。

列车牵引系统主电路采用两电平电压型直—交逆变电路。经受电弓受流输入的DC1500V由VVVF逆变器变换成频率、电压均可调的三相交流电，向异步牵引电动机供电。

2牵引系统重要部件及逻辑分析

2.1高压电器箱

DC1500V电源从受电弓进入高压电器箱，经三位置转换开关、高速断路器，送至牵引系统电路，经三位置转换开关、熔断器，送至辅助电源系统电路。三位置转换开关功能已经实现：

（1）当有一个三位置开关处于非运行位时，车辆不得升弓。

（2）三位置转换开关必须全部处于库用位，库用电源才能供电。

（3）只插一个库用电源插头，另单元库用电源不输出1500V高压。

（4）两个库用电源插头同时插上，两库用电源插头都不输出高压。

（5）能实现运行（受电弓）位、切除位、车间电源位的切换

2.2制动斩波单元

制动斩波单元由IGBT斩波模块及过压吸收电阻等组成。IGBT斩波模块与逆变模块集成在逆变器模块上。制动斩波单元能够抑制中间直流回路电压的瞬时波动以及过电压。牵引或制动工况时，通过触发导通斩波模块，能抑制因空转或其它原因等原因引起的瞬时过电压，再生制动时，能够吸收再生制动能量，确保再生制动的稳定进行。

每动车两个电阻单元OVR01、OVR02，安装于一个过压吸收电阻箱内，为自然冷却方式。过压吸收电阻接在牵引主电路上，当地铁车辆制动时，牵引逆变器再生制动，将电机产品能量反馈电网，在制动初期电网电压还没来得及吸收再生能量或其他原因导致中间电压瞬时抬高时，投入过压吸收电阻，待地面吸收电阻动作后，完全实施再生制动。

过压吸收装置采用开通时间占比保护过压吸收电阻，首先计算过压吸收电阻工作能力：每100s可以斩2s（根据等效功率计算得到）。DCU先累计冷却时间Ten，在过压吸收电阻工作时累计斩波开通时间（斩波时间）Tc；当Tc与Ten的比例超过2/100时认为过压吸收电阻超温，过压吸收电阻一旦超温需封锁斩波冷却至少98s（暂定）后才能再次投入工作，如图1所示。

图1过压吸收电阻负荷功率曲线

2.3逆变器单元

逆变器柜内装有2个IBBM系列IGBT变流器模块，每个模块驱动一个转向架上的两台电机，该模块集成了6个3300V/800A的IGBT元件和2个3300V/800A的斩波元件，作为三相逆变器的三相桥臂及过压斩波桥臂，并集成了热管散热器、温度传感器、低感母排、门控单元、门控电源、脉冲分配单元、支撑电容器等元器件，具有走行风冷、无吸收电路、结构紧凑、体积小特点。

逆变器主电路采用两点式电压型直－交逆变电路，当车辆处于牵引工况时，直流供电电压经过高速断路器等高压电器进入逆变器的充电接触器、短接接触器、电抗器，通过逆变器输出三相变频变压（VVVF）的交流电，为异步牵引电动机供电；当车辆处于再生制动工况时，逆变器将异步牵引电动机输出的三相交流电压整定成直流电压，反馈回电网，或由过压吸收电阻消耗掉尖峰电压。

VVVF选用的固定放电电阻值为2个50Ω电阻串联，过压吸收电阻阻值为3.5Ω，主电路支撑电容值为C=2×4.3mF。通过固定电阻放电，电容电压从DC1800V放电至DC50V的时间为271s。通过过压吸收电阻斩波放电，电容电压从DC1800V放电至DC50V的时间为0.07s。

3牵引系统重要逻辑分析

3.1牵引控制原则

列车牵引控制采用网络优先的控制方式，硬线控制作为备用。在列车控制网络正常时，牵引和制动的控制通过列车控制网络来实现；当列车控制网络故障时，采用备用模式，由继电器逻辑电路和列车硬线来实现列车的牵引和制动控制。

列车牵引、制动指令有两种传输方式：

（a）正常情况下由列车控制和诊断系统的模拟信号采集模块采集司控器角度传感器模拟信号指令通过MVB网络传给DCU和EBCU；

（b）备用模式下DCU和EBCU采集司控器输出的牵引、制动信号及备用编码级位信号进行牵引制动控制。

3.2电制动重新分配逻辑

TCMS采集级位信号，将级位信号、载荷信息发送给DCU，DCU根据本节动车载荷、本单元拖车载荷及制动级位计算并发挥电制动（计算时需考虑粘着系数），反馈“实际电制动力”至TCMS，TCMS转发实际电制动力至BCU，并补充不足的制动力。

当且仅当出现一节动车电制动不可用时，该节动车损失的电制动可优先由其他动车的电制动补充。考虑到该事件发生概率不高，采取如下简单的电制动重新分配方法：

当TCMS接收到有且仅有1个DCU的“电制动可用”无效时，TCMS向整列车所有DCU发送“电制动转移”标志位，当DCU接收到“电制动转移”标志位后，在不超过粘着系数的情况下，将制动力增大至原有最大的1.33倍（认为载荷平均分配，此处按3动3拖考虑，不超过AW3上限的单车103kN，不超过黏着系数），不足的制动力由BCU补充。

4结论

牵引系统对车辆运营有着至关重要的影响，对牵引系统关键设备及逻辑需要充分考虑，本文选择了牵引系统部件及控制逻辑原理，对10号线二期车辆的部分电气结构及功能进行阐述，同时对于过压吸收电阻设计和电制动力重新分配逻辑的实际运用效果需要在运营过程中重点关注，关注方向应为：

1、过压吸收电阻可吸收再生制动最大功率并持续2s，斩波开通时间较短，斩波累计时间较短，地面能馈装置异常时对列车制动影响较大，在运营时期需要重点关注过压吸收电阻与地面能馈装置使用情况，对发现的异常现象全面细致地分析和处理。

2、电制动重新分配逻辑可以提高车辆电制动利用率，确保损失1节车电制动力后，车辆制动能力充足，对标可靠，但使其余3节车牵引电制动功率增高，电机负荷增大，发热量增加，应进一步确认牵引设备散热能力是否满足运营需求。

作为车辆使用方，后续备件生产首鉴时应对实物外观设计合理性、型式试验报告内容重点关注，确保系统质量可靠，性能良好。希望文章中阐述的问题对其它线路车辆设计有所启发。

参考文献：

[1]成都地铁10号线二期工程地铁车辆电气牵引系统技术规格书.株洲中车时代电气股份有限公司.2017.

[2]成都地铁10号线二期工程地铁车辆过压吸收电阻技术规格书.株洲中车时代电气股份有限公司.2017.

[3]成都地铁10号线二期工程地铁车辆牵引逆变器技术规格书.株洲中车时代电气股份有限公司.2017.

[4]刘敏军、宋平岗、许期英.轨道交通车辆电力牵引控制系统.2014.清华大学出版社.