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快速检测动车组网压中断的方法，保障高铁运行安全


弓网离线导致的网压中断 ， 会对动车组变流系统的长期安全可靠运行产生不利影响和潜在安全隐患 。 为此 ， 北京交通大学电气工程学院、北京市轨道交通电气工程技术研究中心的研究人员张钢、郭尝君、郝峰杰、刘志刚 ， 在2019年《电工技术学报》增刊2上撰文 ， 提出网压中断快速检测方法 ， 为非理想受流条件下动车组牵引系统的安全可靠运行提供技术支撑 。
快速检测动车组网压中断的方法，保障高铁运行安全
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牵引变流系统是动车组的核心部件之一 ， 其性能决定着列车起动性能、制动性能、最高运行速度和可靠性等关键技术指标 ， 一直是国内外研究的热点 。 网侧变流器作为牵引变流系统的前级 ， 主要实现能量的双向传输和维持中间直流电压稳定的功能 。
目前动车组网侧变流器普遍采用单相脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation, PWM）整流器（又称四象限变流器） 。 与普通的单相PWM整流器相比 ， 它除了设备容量较大、系统结构较复杂之外 ， 一个显著特点是采用接触网供电 。 当列车高速运行时 ， 受电弓会产生一个垂向加速度导致接触网振动 ， 造成弓网分离（弓网离线） 。 此外 ， 当列车运行至分相绝缘器、电连接线夹或接触线接头夹等处时 ， 由于弓网间接触力突变 ， 容易造成硬点冲击 ， 也可能导致弓网离线 。
【快速检测动车组网压中断的方法，保障高铁运行安全】目前对弓网离线及相关影响的研究 ， 主要集中在弓网电弧的特性及建模、弓网离线电弧放电、弓网离线过电压以及弓网电弧的电磁干扰等方面 。 随着我国高速铁路建设和运营里程的增加 ， 弓网离线发生的次数及导致事故的概率也会明显增加 。
近期我国完全自主研发的CJ5型动车组在呼和浩特—包头线运行过程中多次遇到了因弓网离线引起的短时网压中断现象 ， 并引起网侧变流器过电流故障 。 由于列车运行过程中 ， 网压中断后 ， 变压器二次电压会被反射到一次侧 ， 使得一次电压的幅值相对于中断前不会发生明显变化 ， 从而给网压中断的快速检测带来极大困难 ， 更无法采取及时有效的过电流抑制措施 。 因此 ， 从牵引变流系统控制的角度 ， 亟需研究弓网离线情况下短时网压中断的快速检测方法 ， 并提出过电流抑制措施 。
为此 ， 北京交通大学电气工程学院、北京市轨道交通电气工程技术研究中心的研究人员 ， 基于既有的动车组牵引变流系统 ， 介绍系统的构成及网侧变流器电流控制方法 ， 分析了网压中断对系统的不利影响 ， 提出“基于有功电流判断的检测方法”和“基于锁相环相角变化判断的检测方法”两种网压中断快速检测方法 ， 这两种方法都能在5ms内做出反应 ， 并给出网压恢复时电流冲击抑制措施 。
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图1 动车牵引变流系统结构

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图2 实验平台示意图

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图3 实验平台
所提出的冲击电流抑制措施通过封锁PWM脉冲、防止电流环饱和 ， 以及内部变量初始化 ， 能够有效控制网压恢复时的冲击电流 。 研究者搭建一个网压中断模拟实验平台 ， 设计了一种网压中断模拟方案 ， 验证了所提出的网压中断快速检测方法的可行性以及电流冲击抑制措施的有效性 。 上述方法被成功地应用在我国完全自主研发的动车组牵引变流器上 。
以上研究成果发表在2019年《电工技术学报》增刊2 ， 论文标题为“动车组网压中断快速检测及应对策略” ， 作者为张钢、郭尝君、郝峰杰、刘志刚 。


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