- 頭條快速檢測動車組網壓中斷的方法，保障高鐵運行安全2021-05-22 作者：張鋼 郭嘗君 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語弓網離線導致的網壓中斷，會對動車組變流系統的長期安全可靠運行產生不利影響和潛在安全隱患。為此，北京交通大學電氣工程學院、北京市軌道交通電氣工程技術研究中心的研究人員張鋼、郭嘗君、郝峰杰、劉志剛，在2019年《電工技術學報》增刊2上撰文，提出網壓中斷快速檢測方法，為非理想受流條件下動車組牽引系統的安全可靠運行提供技術支撐。
牽引變流系統是動車組的核心部件之一，其性能決定著列車起動性能、制動性能、最高運行速度和可靠性等關鍵技術指標，一直是國內外研究的熱點。網側變流器作為牽引變流系統的前級，主要實現能量的雙向傳輸和維持中間直流電壓穩定的功能。
目前動車組網側變流器普遍采用單相脈沖寬度調制（Pulse Width Modulation, PWM）整流器（又稱四象限變流器）。與普通的單相PWM整流器相比，它除了設備容量較大、系統結構較復雜之外，一個顯著特點是采用接觸網供電。當列車高速運行時，受電弓會產生一個垂向加速度導致接觸網振動，造成弓網分離（弓網離線）。此外，當列車運行至分相絕緣器、電連接線夾或接觸線接頭夾等處時，由于弓網間接觸力突變，容易造成硬點沖擊，也可能導致弓網離線。
目前對弓網離線及相關影響的研究，主要集中在弓網電弧的特性及建模、弓網離線電弧放電、弓網離線過電壓以及弓網電弧的電磁干擾等方面。隨著我國高速鐵路建設和運營里程的增加，弓網離線發生的次數及導致事故的概率也會明顯增加。
近期我國完全自主研發的CJ5型動車組在呼和浩特—包頭線運行過程中多次遇到了因弓網離線引起的短時網壓中斷現象，并引起網側變流器過電流故障。由于列車運行過程中，網壓中斷后，變壓器二次電壓會被反射到一次側，使得一次電壓的幅值相對于中斷前不會發生明顯變化，從而給網壓中斷的快速檢測帶來極大困難，更無法采取及時有效的過電流抑制措施。因此，從牽引變流系統控制的角度，亟需研究弓網離線情況下短時網壓中斷的快速檢測方法，并提出過電流抑制措施。
為此，北京交通大學電氣工程學院、北京市軌道交通電氣工程技術研究中心的研究人員，基于既有的動車組牽引變流系統，介紹系統的構成及網側變流器電流控制方法，分析了網壓中斷對系統的不利影響，提出“基于有功電流判斷的檢測方法”和“基于鎖相環相角變化判斷的檢測方法”兩種網壓中斷快速檢測方法，這兩種方法都能在5ms內做出反應，并給出網壓恢復時電流沖擊抑制措施。
圖1 動車牽引變流系統結構
圖2 實驗平臺示意圖
圖3 實驗平臺
所提出的沖擊電流抑制措施通過封鎖PWM脈沖、防止電流環飽和，以及內部變量初始化，能夠有效控制網壓恢復時的沖擊電流。研究者搭建一個網壓中斷模擬實驗平臺，設計了一種網壓中斷模擬方案，驗證了所提出的網壓中斷快速檢測方法的可行性以及電流沖擊抑制措施的有效性。上述方法被成功地應用在我國完全自主研發的動車組牽引變流器上。
以上研究成果發表在2019年《電工技術學報》增刊2，論文標題為“動車組網壓中斷快速檢測及應對策略”，作者為張鋼、郭嘗君、郝峰杰、劉志剛。
