隐藏在中压逆变能馈系统中的环流

赵晨

（南京地铁建设有限责任公司，江苏 南京 210000）

近年来，随着科技的发展和社会的进步，人们对节能减排、绿色环保的意识逐渐增强。轨道交通作为城市运输行业的核心，其列车运行具有站间距短、运行速度高、启动制动频繁等特点，而电制动频繁投入不仅对于电能是一种浪费，而且带来了隧道温度升高等影响，近年来兴起的轨道交通再生能量回馈系统成功的改善了这一问题，逐渐在全国各地投入实际应用。目前，国内新建线路的能馈装置大部分以中压逆变能馈为主，其特点是容量较大，逆变至中压母线上的电能能被充分利用，但是，能馈系统作为地铁供电系统的新成员，需要充分考虑如何设置其定值才能与传统供电系统的配合。

1 背景特点

1.1 宁和城际的线路概况

宁河城际线路全长36.26km。其中地下线14.13km，高架线21.405km，地面线0.425km，敞开段0.3km。共设19座车站，其中地下站10 座，高架站8 座，地面站1 座。平均站间距2.0km。线路最大站间距9947m，全线设桥林车辆段一处，两座主分别位于南京南站和朱石路站附近，共享南京南站控制中心。

图1

宁和城际地铁于2017年底正式运营，其中在油坊桥站、桥林新城站、双垅站和刘村站分别配置了一套2.5MW 的地铁再生电能回馈设备。自投运以来，能馈设备运行稳定，单台设备日节电量达3000 度。

1.2 测试目的

为了进一步精确评估能馈设备的节能及稳压效果，本次测试结合能馈设备数据、车辆运行状态数据、车辆电压数据以及车载电阻数据，综合评估不同工况下能馈设备的节能及稳压效果，为后续地铁能馈系统的推广应用提供试验数据支撑。

2 测试方案

本次测试，油坊桥站、桥林新城站、双垅站和刘村站地铁能馈装置全部投入运行，启动电压门槛均为1720V，测试每个站能馈设备回馈电能和直流网压。为保证测试数据能被完整统计，在油坊桥站、桥林新城站、双垅站和刘村站分别增加一台工控机作为监控系统。将工控机与能馈控制装置联调，实现快速自动记录数据功能。为使地面能馈数据与车辆数据在时间上匹配，地铁能馈装置和车辆使用同一对时源。在通信机房的NTP 对时服务器和地铁能馈小室的启动柜之间增加了一根对时专用网线，使得地铁能馈以NTP 对时服务器为对时源。

3 测试数据分析

2019年2月21日，宁和线列车（列车编号4344、B 型车）在正线条件具备接车后，于00:15:46 从桥林基地下行转换轨出，由高家冲下行站运行到南京南站下行，然后折返，最后由南京南站上行站运行至高家冲上行站。全线采用ATO 模式正常速度驾驶（停站，不开门），列车状态为AW0。列车于02:27:43 到达高家冲上行站后返回桥林基地，试验结束。列车车载电阻启动电压1790V。

临站刹车试验：列车从高家冲站开往林山站，在林山站刹车，列车车载电阻启动，且桥林新城站地面能馈启动，地铁再生功率由接触网经桥林新城能馈装置返回至35kV母线，能馈数据和列车数据详见图2。

图2

从图2 中可以看到，从0:40:43 开始，桥林新城站的直流母线电压开始上升，在00:40:45时达到能馈设备启动门槛，能馈设备启动开始回馈功率，并控制直流母线电压为1695V附近。能馈设备回馈过程中，林山站列车电压仍然达到1790V，列车制动电阻启动，并且在列车制动结束后，能馈设备仍然处于工作状态。

本站刹车试验：列车从林山站开往桥林新城站，在桥林新城站刹车，列车的车载电阻未启动，桥林新城站的地面能馈启动，能馈数据和列车数据详见图3。

图3

列车从林山站开往桥林新城站，从图3 中可以看到，从00:43:22 开始，直流母线电压开始上升，在0:43:23时达到制动阈值，能馈设备启动开始回馈功率，并控制直流母线电压为1690V，随着回馈功率升高至满功率，直流母线电压稳定在1700V附近，车载电阻未启动。0:44:13列车制动结束后，能馈设备仍然处于工作状态。

4 停车后能馈继续工作原因分析

根据数据，列车在0:41:40时已制动结束，车速为0。但是此时，能馈设备仍然处于工作状态，工作直到列车重新启动牵引后闭锁，原因分析如下：能馈控制装置定值中能馈退出条件为回馈功率低于98kW。在列车车速为0 后，能馈设备回馈功率为120kW 左右，大于98kW，导致能馈设备不能退出。该功率为牵引整流器与地面能馈设备之间的环流。当列车从林山站牵引启动时，林山站直流电压降低，从而使得能馈功率下降，当低于98kW时，能馈装置闭锁。列车在0:42:09 开始牵引，能馈功率开始下降，在00:42:12时，环流功率低于98kW，能馈设备可靠闭锁。

当列车在林山站刹车，桥林新城站能馈启动后，由于启动电压门槛设置为1720V，桥林新城站的电压被能馈钳位于1695V附近；由于夜间容性无功造成的35kV交流网压偏高，导致了牵引整流器空载电压较高，达到1708V附近。当林山站刹车结束后，由于林山站电压为1708V，而桥林新城站电压为1695V，导致桥林新城站与林山站产生了13V的压差，形成了120kW 的功率，达不到能馈设备退出条件，从而导致系统产生环流。

同理，当列车在桥林新城站刹车时，在0:44:13时，列车制动结束，此时能馈设备仍然处于工作状态未闭锁，这是因为环流存在，环流功率始终大于能馈设备闭锁值。当列车从桥林新城站牵引启动时，环流功率降低，能馈设备闭锁。

5 结论与建议

现阶段，不少轨道交通线路的能馈系统设置以节能作为主要目的，全线部分站点设置能馈装置或在个别站点试挂能馈装置。当能馈装置一旦启动，该站点的网压会明显低于相邻站未设置能馈装置的站点，若能馈装置的启动阀值设置与接触网网压不匹配时，导致该站点与相邻车站的35kV母线与1500V母线通过整流机组和能馈装置形成环流，使得能馈装置表面上在“节电”，实际上不仅不能节约电能，反而带来了额外的损耗浪费。如在每个牵引变电所均设置能馈装置，由于相邻车站的能馈装置可以协同吸收刹车能量，各车站直流母线电压相近，不会带来环流。若条件不允许全线设置能馈装置，则建议在开通前根据网压情况合理设置能馈装置的启动定值，避免环流的产生。