城市轨道交通车辆牵引系统高速断路器应用研究

功率电容 器、直 流 高 压 开 关、高 压 电 缆 等 器 件 组 成 。 ［３］
其组成器件价格 昂 贵，过 流 耐 受 电 流 小，过 流 耐 受 时 间
短等特点。当出现过流时应尽快切断故 障电 流，保 护其
主 要 部 件 ，并 隔 离 故 障 区 域 。
ＵＲ 系 列 直 流 高 速 断 路 器 是 机 械 式 单 相 快 速 断 路
城 市 轨 道 交 通 是 运 量 大、能 耗 低、污 染 少、快 捷 舒 适、安全的绿色环保运输体系 。 ［１］ 随 着 我 国 经 济 的 高 速 发展，为缓解城市交通拥挤状况、改善人 们 出行 条件、减 少空气污染、促进 城 市 可 持 续 发 展，国 内 部 分 大 中 城 市 相继提出建设轨道交通项目。城市轨道交通车辆是轨 道交通系统中的 核 心 装 备，其 牵 引 系 统 技 术 难 点 大、安 全可靠性要求高，为保证车辆出现过 流或短 路 等故 障时 不使故障蔓延至供电网络，牵引系统 保护器 件 的选 型应 与供电网一级保护器件相互匹配，从 而隔离 故 障车 辆并 保护车辆设备。主要对牵引系统中牵引变流器过流保 护装置———高速断 路 器 的 功 能、组 成、工 作 原 理 等 进 行 了阐述，通过１ｋｍ 平 直 道 启 动、运 行 至 停 车 仿 真，分 析 主回路电流、车辆速度、车辆牵引力变化 趋 势，从而确定 主回路电流范围。同时，建立牵引系 统等效 建 模分 析从 而确定了牵引系统特殊工况下的电流值，为 牵 引系 统参 数选型提供工程计算依据。 １ 牵 引 系 统 组 成
王 清 永１ ，李 玉 山２，姚 文 革２ ，齐 鹏 宇２ （１ 天津市地下铁道运营有限公司，天津 ３００２２２；
２ 北京纵横机电科技有限公司，北京 １０００９４）
摘 要 城市轨道交通车辆牵引系统作为复杂大系统，对安全性、可靠性及实时 性 要 求 高，其 主 回 路 保 护 器 件 选 择 应能保证系统安全、可靠且能有效保护主回路设备，因 此 保 护 器 件 工 程 计 算 应 考 虑 总 体 线 路 极 限 工 况。 为 得 到 各 工况下相对准确的主回路电流，对牵引系统主回路 进 行 了 简 化，并 建 立 了 近 似 等 效 模 型。 通 过 主 回 路 等 效 模 型 进 行计算得到主回路在弓网离线时的最 大 电 流，为 牵 引 系 统 设 计 及 主 回 路 保 护 器 件 高 速 断 路 器 选 择 提 供 了 理 论 依 据。ＭＡＴＬＡＢ 仿真及车辆上的测量验证了等效模型及计算的准确性。 关 键 词 轨 道 交 通 车 辆 ；等 效 模 型 ；高 速 断 路 器 中 图 分 类 号 ：Ｕ２３９．５ 文 献 标 志 码 ：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８－７８４２．２０１９．０４．２４
有关，其脱扣时间 与 故 障 电 流 上 升 率 曲 线 如 图 ２ 所 示。
ｄ犻 ｄ狋
＝２·１０６
（Ａ／ｓ）时
，其
分
断
时
间
Fra Baidu bibliotek
为２．８
ｍｓ左
右
；ｄｄ犻狋＝
８·１０５（Ａ／ｓ）时 为 ３．９ ｍｓ左 右 。
王 清 永 （１９８３— ）男 ，高 级 工 程 师 （修 回 日 期 ：２０１９－０４－１９）
第４期 城市轨道交通车辆牵引系统高速断路器应用研究 １０ ７
器，具有电磁吹弧和消弧、直接瞬时过流 脱扣、间接 快速
脱扣、脱扣值可调、电控分断、自然冷却 等特点。 当 下级
负载出现故障超 过 整 定 值 时 分 断，响 应 时 间 极 端，仅 为
几毫秒。以 ＵＲ１０系列产品为例，其电 控系统 脱扣 延迟
为
５～１０
ｍｓ，过
流
保
护
脱
扣
时
间
与
故
障
电
流
上
升
率
ｄ犻 ｄ狋
为保证车辆及电网运营安全，接 入直流 电 网的 设备
应具有过电压及过电流保护。过压保护通过避雷器与
受电弓或受流靴下级负载进行并联，当 出现严 重过 电压
时使负载旁 路 从 而 保 护 车 辆 设 备。 过 电 流 保 护 以 图 １
系统为例，主熔 断 器 Ｆ０ 作 为 车 辆 上 两 个 牵 引 逆 变 器 及 两个辅助逆变器负载的总过电流保护，其参数 应与 上级
图 １ 城 市 轨 道 交 通 车 辆 供 电 网 及 车 辆 系 统
图 ２ 高 速 断 路 器 故 障 分 断 时 间 曲 线
（２）高 速 断 路 器 组 成 如图１系统架构，高 速 断 路 器 ＱＦ２、ＱＦ３ 属 于 主 熔
断器 Ｆ０ 下级、牵引 变 流 器 前 级 保 护 器 件。 高 速 断 路 器 安 装 在 车 体 底 部 ，根 据 系 统 集 成 方 式 不 同 可 集 成 在 高 压 箱 、牵 引 逆 变 器 等 箱 体 内 。 高 速 断 路 器 组 成 主 要 包 括 绝 缘框架、主电路、灭弧 装 置、跳 闸 装 置、电 控 系 统 及 辅 助 开关单元等。
城市轨道交通车辆受电主要以接触轨或架空线两 种供电方式，电 压 制 式 以 ＤＣ７５０ Ｖ 及 ＤＣ１５００ Ｖ 为 主 。 ［２］ 以某地铁车 辆 线 路 牵 引 供 电 网 及 车 辆 供 电 系 统 组成为例，如图１所示。牵引变电站 将电网 电 压转 换为 １０ｋＶ 或３５ｋＶ 中压交流电，再降压后作为 整 流装置的 输入，整流装置输出 ＤＣ７５０Ｖ 或 ＤＣ１５００Ｖ 电压。直 流电压通过接触轨或架空线将能量传递 至 车辆，车辆通 过受流靴或受电弓从直流电网受电，并通过 轮 轨接 触方 式进行回流。
牵引变电站 主 断 路 器 ＱＦ０ 参 数 匹 配。 同 理，牵 引 变 流 器作为车辆核心部件，其过电流保护装 置也应 与上 级主
熔断器 Ｆ０ 参数进行匹配。 ２ 高 速 断 路 器 特 点 及 组 成
（１）高 速 断 路 器 特 点
牵引变流器主 要 由 线 路 电 抗 器、功 率 半 导 体 器 件、
第 ３９ 卷 第 ４ 期
铁道机车车辆
Ｖｏｌ．３９ Ｎｏ．４
２０１９年８月 ＲＡＩＬＷＡＹ ＬＯＣＯＭＯＴＩＶＥ ＆ ＣＡＲ Ａｕｇ． ２０１９
文章编号：１００８－７８４２ （２０１９）０４－０１０６－０５
城市轨道交通车辆牵引系统高速断路器应用研究