（电机与电器专业论文）电气化铁道牵引网地面开关式自动过分相装置暂态过程分析.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 i 页 一一 a b s t r a c t t h ei n p h a s ea n do n ew a yf e e d i n gm o d eh a v eb e e na d o p t e df o r t h e o v e r h a n dc o n t a c tl i n es y s t e m ( o c s ) i no u rc o u n t r y , a n df o r t h ep u r p o s eo f b a l a n c i n gt h r e e p h a s el o a do fp o w e rs y s t e m ，e a c hp h a s eo fe l e c t r i c i t y i su s e di n f o t a t i o n , s op h a s e s e p a r a t i o nh a st ob e e ns e to nt h ec o m m o nb o u n d a r yo f d i f f e r e n t p h a s e s t h ed r i v e r sm u s td ot h ea c c u r a t eo p e r a t i o n st ot r i pl i n ec i r c u i t - b r e a k e ra n d r i s eo rl o w e r p a n t o g r a p h w h e ne l e c t r i cl o c o m o t i v e ( e l ) p a s s e s t h e p h a s e - s e p a r a t i o n s w i t ht h es p e e d o ft r a i nb e i n gi m p r o v e dm u c h ，t h i sm e t h o d o b v i o u s l vc a nn o tm e e tt h er e q u i r e m e n t so fh i g h - s p e e do p e r a t i o n s os e v e r a lo f a u t o m a t i cp a s s i n gp h a s e s e p a r a t i o nd e v i c e sa r ec o m ei n t ob e i n g t h eg r o u n d s w i t c ha u t o m a t i cp a s s i n gp h a s e s e p a r a t i o nd e v i c eh a sa d v a n t a g e si ns h o r t e n i n g o f ft i m e 、e f f e c t i n ge l ss p e e do fa l lt h o s ed e v i c e s b u tt h eo v e r v o l t a g e sa n df l o w f r e q u e n t l yh a p p e na tp h a s e - s e p a r a t i o n sa n dt r a n s f o r m e ro fe l w h e ne l p a s st h i s d e v i c e ，t h e yc a u s et h ep r o t e c t i o nd i s c h a r g eo ft h ee l 、i n d u c et r i p p i n go p e r a t i o no f t h es u b s t a t i o na n da s s i s t m o t o r s f l o w i ts e r i o u s l ya f f e c t st h ee l e c t r i cr a i l w a y s s a f eo p e r a t i o n st h e r ei sa nu r g e n tn e e df o rt r a n s i e n tp r o c e s sr e s e a r c hw h e n t h ee l p a s st h i sd e v i c e f i r s t l y , t h ep a p e rs t u d i e da n da n a l y z e dt h et r a n s i e n tp r o c e s sw h e n t h ee l p a s s 。p h a s e s e p a r a t i o n sb yu s i n g t h eg r o u n ds w i t c ha u t o m a t i cp a s s i n g p h a s e s e p a r a t i o nd e v i c ei nd e t a i l ，l a r g e l yi n c l u d i n gm e c h a n i s m o fb r i n g i n gf o r t h o v e r v o l t a g e s 、f l o wo ft r a n s f o r m e ra n da s s i s t 。m o t o r s s e c o n d l y , t h ep a p e r a l s o g i v e n t h er e l a t i o n s h i p b e t w e e n c l o s i n g p h a s e a n g l e 、r e s i d u a l v o l t a g ea n do v e r v o l t a g eb yu s i n gm a t h e m a t i c a l f o r m u l a t h ew a v e so f o v e r v o l t a g e a n df l o w w e r es i m u l a t e d b yu s i n g m a t l a b s i m u l i n kl a n g u a g ew h e nt h ee lp a s st h ep h a s e - s e p a r a t i o nd e v i c e w i t ht h eb r e a k e r ss w i t c h e d ，m e a n w h i l eas i m p l i f i e dm o d e lo fa u x i l i a r yc i r c u i to f t h ee lw a sc o m p l e t e d t h ew a v e so fr e s i d u a lv o l t a g ea n df l o w o fa u x i l i a r y w i n d i n gw e r ea l s os i m u l a t e d a l lo ft h er e s u l t sa n dw a v e sg i v e nw e r ea n a l y z e d l n d e t a i li nt h ep a p e r f i n a l l y , t h ep a p e rp r e s e n t sa n da n a l y z e so n - t h e - s p o ts u r v e y w a v e sa n d 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i i 页 d a t a ，t h e nd r a w st h ec o n c l u s i o no ft h et h e o r e t i c a la n a l y s i sa n dt h es i m u l a t i o ni s a c c u r a t ea n df e a s i b l e k e yw o rds ：e l e c t r i cl o c o m o t i v e ；a u t o m a t i cp a s s i n gp h a s e - s e p a r a t i o n ；t r a n s i e n t p r o c e s s ；o v e r - v o l t a g e ；s p l i t - p h a s em a c h i n e 西南交通大学曲南父通大罕 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许 论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段 保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密叼，使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名：滞五虱 日期：如$ ，6 r 7 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究 工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的 个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法 律结果由本人承担。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第一章绪论 1 1 电气化铁路牵引供电系统 电气化牵引供电系统由牵引变电所、牵引网、电力机车三部分组成【， 如图1 - 1 所示。 图1 - 1 电气化牵引供电系统示意图 我国电气化铁路采用工频单相交流制。电气化铁路供电的供电系统由分 布在铁路沿线的牵引变电所和沿铁路架设的牵引网组成。为了保证供电的可 靠性，由电力系统送到牵引变电所的高压输电线路均为双回路【引。牵引供电 系统具体组成部分如下： ( 1 ) 牵引变电所：将电力系统提供的1 1 0 k v 或2 2 0 k v 三相电源转换成 2 7 5 k v 的单相工频交流电，然后向沿铁路沿线架设的牵引网供电。包括：分 区亭、开闭所、a t 所等。 ( 2 ) 牵引网：牵引供电回路由牵引变电所、馈电线、接触网、电力机车、 钢轨与大地、回流线组成。其中馈电线、接触网、钢轨与大地、回流线统称 为牵引网。 1 2 电分相 电气化铁道牵引供电接触网是一种特殊的单相供电网，为使电力系统三 相负荷尽可能平衡，接触网一般采用分段换相供电。为防止相问短路，各相 间用空气或者绝缘物隔开，这就称为电分相【8 j 。 实现电分相，当前采用两种办法，其一是利用锚段关节进行电分相( 锚段 关节式电分相) ，另一种是利用专门的电分相装置进行电分相( 器件式电分 相) i3 1 ，下面分别进行介绍。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 1 2 1 器件式电分相 器件式电分相由专门的接触网分相绝缘器进行电分相的。接触网分相绝 缘器由特殊材料制成，用于接触网需要分相供电的电分段处，避免在接触网 上发生相间短路，同时承受一定的机械负荷。这是一种接触网上常用的电分 相装置。常规的电分相绝缘器分相装置如图1 2 所示 、 图1 - 2 分相绝缘器安装结构图 图1 2 所示为一由三段绝缘器组成分相装置，每段绝缘器长1 8 米。在 端部两绝缘器之间为中性段无电区，电力机车在通过无电区时应断电惰行通 过，在两端由接触网不同相供电，所以中性段长度应能保证机车通过时不会 造成相问短路，以电力机车升起双弓时不短接不同相接触线为限。分相绝缘 器的设置应注意避开线路的大坡道，以利于电力机车惰行，同时还要考虑信 号显示调车作业，供电线径路以及维修管理方面等条件。在我国2 0 世纪8 0 - 9 0 年代的电气化工程改造中普遍采用了这种绝缘材料制作的器件式电分相 【钔，这类电分相结构简单，在速度不太高( 1 4 0 k m h 以下) 的情况下能基本 满足弓网关系要求，大大减少了施工和维修难度，这种电分相的缺点是：一、 不适合大坡道线路，二、不能满足高速机车行驶，三、使得接触网有硬点， 容易损毁机车受电弓。 1 2 2 锚段关节式电分相 为了消除接触网上的硬点，改善弓网关系，提高机车运行速度，接触网 电分相由器件式改造成绝缘锚段关节式。绝缘锚段关节式电分相在我国最早 应用于广深高速铁路，打破了我国3 0 多年采用的传统式3 组绝缘器件构成的 电分相模式，在铁路电气化发展史上具有重要的意义，其技术已日趋成熟。 我国电气化铁道接触网通常采用的锚段关节式电分相有七跨式、八跨式和九 跨式3 种。其中，七跨锚段关节式电分相用于广深线八跨锚段关节式电分相 索 网 力 触 厅f 啄 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 用于京广线的衡广段九跨锚段关节式电分相用于京广线的武衡段和哈大线 1 5 】。七跨锚段关节式电分相中性无电区由原来的3 0 m 延长至3 个跨距( 1 3 5 , - - , 1 5 0 m ) ，从弓网关系分析，绝缘锚段关节式电分相可以满足时速2 0 0 k m 以上 接触网系统的要求。典型的七跨锚段关节式电分相结构图如下： 一 l 1 一 g 1g 2 l 2 士七一 r + 一o r f l i ：亡 陌i- r - i 干 _7千o t竿f q t ( ( )() ( )( )( )( ) ，5 ： )( ) jl ， iiri ilii 下行上行 图1 - 3 七跨绝缘锚段关节式电分相结构 从图中可以看出，七跨锚段关节中加入一个七跨长的中性嵌入线简称为 中性线，中性线保证在中间5 个跨距内是绝缘的，该中性线从左侧的转1 柱 处变为工作支，到右侧转4 柱处开始抬升，变为非工作支，有三个跨距长度 处于工作状态，可保证约有1 0 0 m - - - 1 5 0 m 长度的中性区。 为了保证电力机车正常通过绝缘锚段关节式电分相绝缘器，原则上要求 单台受电弓升弓运行，确需多台受电弓同时升弓时，对受电弓间距离d 作如 下限制：ds l 。或d2 l 1 。以保证受电弓通过中性段时不会短接分相绝缘器， 造成相间短路1 。 1 3 传统过分相技术存在的问题和自动过分相技术 按照牵引供电网和电力机车运行要求，在电力机车通过电分相时，必须 断电运行，即在过电分相前将电力机车主电路与牵引供电网断开，机车依靠 惯性惰行通过电分相，之后再将电力机车主电路接入牵引供电网。传统的电 力机车过分相技术是车上手动切换，即为了避免拖带电弧损坏供电设备，电 力机车通过分相区时，司机必须按照线路上设置的断合标志进行操作。接近 分相区时，先将机车操纵手柄回零，也称降流过程，再断开主断路器，通过 分相区后，再以相反的顺序操作。这样受电弓是在无电流情况下进出分相区 的，从而保证了受电弓和接触网的寿命。电气化铁路每2 0 k m - - - 3 0 k m 就设置 一处电分相，每个分相区段长度在8 0 m - - 4 0 0 m 之间，随着列车运行速度的 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 提高，过电分相变得越来越频繁。若列车运行速度按照1 6 0 k m h 计算，每9 1 0 分钟就要过一处电分相，这种手动操作通过分相区的方法就存在以下问 题：一方面影响了行车速度，另一方面不仅耗费司机精力，增加劳动强度， 而且过多地分散了司机行车的注意力，行车安全完全依赖于机车司机的注意 力和技术水平，没有技术设备保障，对行车安全极为不利，稍有疏忽操作不 当或了望不及就会拉电弧烧损分相绝缘器甚至造成断线，直接危及设备及行 车安全。对高坡重载区段，手动过分相会引起列车大幅降速，延长咽喉区段 的运行时间，降低线路运营能力。因此，传统的手动切换方式己无法适应我 国电气化铁路的发展，尤其无法满足高速电气化铁路的需要，所以发展自动 过分相技术势在必行。目前国内在少部分地区使用自动过电分相，自动过电 分相方式有柱上式自动切换、车载断电自动切换和地面开关式自动切换 【7 】【8 1 【9 l 。 1 3 1 地面开关自动切换方案 这种方案以日本为代表，解决了新干线上自动过分相的难题，其工作原 理见图1 4 。 k 1 k 2 a 相 j y lj y 2 b 枉 音 c g c gc gc g 图1 4 地面开关切换自动过分相方案示意图 在接触网分相处嵌入一个中性段，其两端分别由绝缘器j y l 、j y 2 实现 接触网绝缘，两台真空开关1 q f ( k 1 ) 、2 q f ( k 2 ) 分别跨接在j y l 、j y 2 上，在 线路边设置4 台机车位置传感器c g l c g 4 。无车通过时，两台真空负荷开 关均断开，中性段无电。当机车从a 相驶来达到c g l 处时，真空负荷开关 k 1 闭合，中性段接触网由a 相供电。待机车进入中性段到c g 3 处时，k 1 分断，k 2 随即迅速闭合，完成中性段的换向过程。由于此时中性段己由b 相供电，机车可以在不用任何附加操纵、负荷基本不变的条件下通过相分段。 待机车驶离c g 4 处后，k 2 分断、装置恢复到没有列车状态。反向来车时， 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 由控制系统自动识别，控制两台真空负荷开关以相反顺序轮流闭合，采用这 种方法过分相，断电时间约为0 1 5 s 。这种方案的特点如下： ( 1 ) 优点：接触网无供电死区，无须司机操作，机车上主断路器无须动 作，自动换相时接触网中性段瞬间断电时间很短，且此时间与行车速度无关， 可适用于0 k m h 3 5 0 k m h 速度范围，对行车中可能出现的限速、一度停车 等情况均能正常工作。 ( 2 ) 缺点：一、真空负荷开关带负荷分断，因而必须考虑在线备份及检 修备份；二、中性段的长度难于确定。对于只有1 个受电弓的列车或是双机 重联、两台机车紧靠的列车，中性段的长度可以按双机长度来确定。对于双 机重联，机车分布在首尾的列车或是多弓动力分散型列车，中性段要按整个 列车长度来考虑；三、过分相区后合闸时的电流冲击比较大，如果机车上不 采取措施限制合闸冲击电流，有可能造成电机环火，同时列车冲动也使乘客 难于忍受；四、投资巨大，要建分区所，需要有一批管理和操作维护人员， 而且后续的管理维护费用相对也较大。 1 3 2 柱上开关自动切换方案 这种方案以瑞士a f 公司为代表，它的工作原理图如下： a 相 a 辛中二二中事 b 桂 bcd ef g h l ( ) ( ) 图1 - 5 柱上开关自动切换方案示意图 k 1 、k 2 两组真空断路器在j 下常状态下均处于分断位置。当电力机车运 行至p b 之间时，k 1 组开关装置线圈有电流通过，磁铁吸合，真空断路器在 l m s 时间内闭合使c d 段有电。当电力机车运行至p d 之间时，k 1 组开关的 线圈中无电流通过，磁铁释放，1 5 m s 时间内k 1 组真空断路器断开，使d e 一卜g 为无电区，机车惰行。当电力机车运行至g h 之间时，k 2 组开关装置线圈有 电流通过，同理k 2 组真空断路器闭合：当机车驶离i 点后，k 2 组开关线圈失 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 电使k 2 组丌关断开，但此时该开关不起分断电流作用。这样k 1 、k 2 两组 开关回到初始状态。这种方案的特点是： ( 1 ) 优点：比第1 种方案来得简单，无须设立分区所，相应投资要少些， 供电死区( d - e f g 或p d e f ) 比现有的分相区来得短，无需司机操作，机 车上的主断路器不需分断。 ( 2 ) 缺点：一、真空断路器带负荷分断，需要经常维护，由于是柱式安 装，难于实现备份；二、该方案运行的可靠性与机车通过分相区时的速度有 关，即通过速度必须在一定范围内；三、过分相后机车电流有很大的冲击， 造成机车主断路器跳闸，如果机车上未采取措施，势必造成机车冲动，使乘 客感到不舒适；四、试验中发现在靠近分相两端产生了一些明显的电弧。这 主要是机车进入分相区c 段时，由于真空断路器线圈的接入，引起加到机车 上的网压突降，产生了电弧，这是本方案不可克服的弊病；五、分相区中接 触网分段比较多，接触网结构复杂；六、当机车向一个方向行驶时，k 1 、k 2 两组开关中只有一组开关动作是必要的，另一组开关动作是多余的；七、难 于适应多弓运行的列车，一列车过分相会造成真空断路器多次动作，且与受 电弓的位置有关；八、存在着一定长度的供电死区，断电时间比较长，且与 速度有关。 1 3 3 车上自动控制断电方案 这种方案的工作原理图如下： i 迎一l 江i 皿i 出i g 1 列车前进方向 g 3 即厂 2 吾时，p ，、p ：为两个不相等的负实根，此时有： “。；卫鳖+ 卫鳖p 蹦 ( 2 2 0 ) p 2 。p lp l 。p 2 显然这是一个非周期性衰减的分量。 ( 2 ) 当口= 即厂= 2 吾时，p 。= p ：= 一万r ，可解得如下表达式： u 。= 似+ 4 f ) e “ 从而得出： 4 a i 。- 2 口u “c o 。 ( 2 2 1 ) 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 u ，= c 0 + a u 。o t ) e 一越( 2 2 2 ) 对于表达式2 2 2 ，这也是一个非振荡的衰减的分量。且这是振荡与非振 荡过程的临界情况。 c 3 ，当口 l u s l ；就会产生过电流，当矾和研在2 q f 合闸时相位角相反， 则l u i 达到最大，此时辅助绕组的过电流也达到最大，另外由于电机群中某 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 4 页 些电机的剩余电压较大，另一些电机剩余电压较小，因为其中有些电机作为 发电机运行而送出功率，相应地，这些电机的转子电流将迅速衰减，剩余电 压和重合闸时的冲击电流均较单机运行时小；另一些电机则仍作为电动机运 行而吸收功率，相应地，其转子电流衰减地较慢，剩余电压较其单机运行时 为大，并在合闸时将受到更大的过电流冲击。这样就会引起辅助电机系统过 流保护动作，主断路器跳闸。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 5 页 第三章自动过分相暂态过程数值计算和仿真分析 3 1 相关参数计算 ( 1 ) 关节式电分相结构中性线对地电容： 在计算导线对地电容时，假设大地为零电位，则导线与地电压和导线表 面电荷之间的关系如下： u ；士l i l 丝；q 1 8 1 0 。l l l 丝缈)(3-1) 2 j f e oo 因c 。旦，因此关节式电分相结构中性线与地之间的电容可以按照下式进行 计掣2 8 1 ： e 2 忑夏1 石f ，优) ( 3 - 2 ) ，叼 式中h 为中性线到地面的距离，取接触网的平均高度，埘为中性线和承 力索的等值半径。 乞可以按照分裂导线等值半径的方法进行计算： 乞= x r d ( 3 3 ) 式中，为接触线的半径，d 为承力索和接触线的平均中心距离。 。 因为单链型悬挂承力索与接触线并不平行，所以两者的平均中心距离d 在实际的计算中，假定承力索在跨距内成抛物线形分布已足够准确，计算表 明，成抛物线分布的承力索各点与连接两悬挂点的水平直线的距离平均值等 于其驰度的2 3 3 0 1 ，因此接触线与承力索的平均中心距离为： ， d = g 一三丘 ( 3 - 4 ) j 式中g 为悬挂接触的高度，表示承力索的驰度。 悬挂网高度g 为1 3 0 0 m m ，为6 0 0 m m ，接触网与地面平均高度h 为6 m 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 6 页 将数据代入式3 4 、式 3 _ 3 可得： d 1 3 0 0 一6 0 0 x2 。9 0 0 肌所 3 ，一1 0x9 0 0a i r9 4 8 7 ( r a m ) 、， 将上面所得参数代入式3 2 ，得： e 0 1 1 5 x 1 0 。( f 肌) 取中性线长度为3 5 0 m ，可得： c 一0 4 0 2 x 1 0 。8 ( f ) ( 2 ) 关节式电分相结构中性线电感： 接触网与关节式电分相结构主要参数如下： 接触网与中性线平均距离：d t 5 0 0 r a m 复线接触网之间距离：d 2 4 0 0 0 m m 中性线电抗可按下式进行计算： k o 5 培华+ 半- 0 1 8 ( f 2 o n ) 则有： l ，；0 1 8x 0 3 5 ；1 9 8 1 0 一( ) 一一一l ij j ， ( 3 ) 关节式电分相结构中性线f g n ： 中性线电阻率p = 0 1 7 9 ( f 2 加) ，长度z 为3 5 0 m ，于是： r 一px f ；0 1 7 9 x0 3 5 = 0 , 0 6 3 ( f f 2 ) ( 4 ) 接触网等值电感： 为简便计，取牵引变电所到关节式电分相结构处接触网长度为2 5 k m ， 复线接触网之间距离为4 0 0 0 m m 。 接触网电抗可按下式计算： 西南交通大学硕士研究生学位论文 第2 7 页 d0 0 1 5 7 x ，一0 1 4 4 5 l g + 一0 2 4 3 ( q k m ) ，2 得出： l ，0 2 4 3 2 5 ，0 0 1 9 3 5 ( h ) r = ( 5 ) 接触网等值电阻： 取接触网电阻率为p 一0 1 7 9 ( t 2 砌) ，接触网长度为2 5 k m ，有： r x 一0 1 7 9 x2 5 4 4 7 5 ( t 2 ) ( 6 ) 牵引变压器参数 三相牵引变压器主要技术参数如下： 额定容量：2 0 0 0 0 k v a 额定电压：1 1 0 2 7 5 k v 额定电流：1 0 5 4 2 0 a 空载电流：2 0 空载损耗：2 8 6 k w 短路电压：1 0 5 短路损耗：1 3 2 0 k w 则计算出变压器的等值电抗为： 牵引主变的电阻为： 小舞；等等乩2 4 吲q ， 尺。变压器高低压绕组的总电阻( q ) 变压器的短路损耗( k w ) s 。变压器的额定容量( m v a ) u 变压器的额定电压( 尼y ) 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 8 页 x ，一盏急- 等以9 7 c q ， 于是有牵引主变的电感为： 。一嘉s 罴= 0 0 1 2 6 4h l 0 0 1 2 6 4 ( h 5 0 ，。一ls ) 。 幼厂劢 ( 7 ) 机车主变参数计算 机车主变主要技术参数如下： 额定容量：6 7 0 0 k v a 额定电压： 高压绕组：2 5 0 0 0 v 辅助绕组：3 9 7 2 1 8 v 额定电流： 高压绕组：2 6 5 a 辅助绕组：8 0 5 2 0 a 空载电流：0 7 空载损耗：5 4 0 0 w 阻抗电压：高压辅助绕组：4 6 吃。盟鲁o ) ( 3 - 5 ) ”1 0 0 吒 1 x m 。( q ) ( 3 - 6 ) = 嚣导( q ) = 而1 0 0 等= 1 3 3 2 6 2 ( q ) 3 2 真空开关合闸时中性段过压计算 在第二章已经给出了机车在自动过分相时真空开关2 0 f 合闸瞬间的中 性段电压表达式，现在就电源电压在不同相位角及不同的中性段残压的情况 下合闸时中性段电压的变化和幅值情况进行计算分析。根据 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 9 页 z 一厄i 万一a r c t a n 丝l r 云、q = 拄cy a n 竺a 、 4 y q 2 、式2 3 3 及本章前面所计算的结果可得： t o , 一8 8 1 8 1 ，q - 8 8 1 8 1 ，a 一7 4 8 3 ，) ，一8 9 9 5 ，z 一7 9 2 2 0 6 ，驴一- 8 9 9 9 ，x 。- 7 9 2 2 1 7 。确 定中性段残压幅值，改变电源电压的合闸相位角，求取其最大过电压值。如 下： 令中性段残压值为l o k v ，改变合闸相电源电压相位角，使其相位角从 o o - 3 5 0 。变化，求取不同合闸相电源电压相位角时的最大过电压值，得到如 下数据( 中性段残压值为l o k v ) 。 表3 1 残压幅值为l o k v 时合闸相电源电压相位角在0 。 一3 5 0 0 之间变化时过电压值 夕( o ) o1 02 03 04 05 06 07 08 0 v s ( k v ) 4 4 7 63 9 4 34 1 0 14 4 4 7 4 6 8 25 1 8 4 5 6 3 8 5 9 1 7 5 9 9 4 户( o ) 9 01 0 01 1 01 2 0 1 3 01 4 0 1 5 0 1 6 01 7 0 弧( b ) 5 8 6 55 5 3 55 1 9 15 1 0 34 8 4 44 4 2 34 2 6 44 0 4 23 9 0 2 p ( o ) 1 8 01 9 02 0 02 1 02 2 02 3 02 4 02 5 02 6 0 v s ( k v ) 4 3 4 44 9 2 85 4 1 95 7 6 56 0 4 76 6 9 47 1 6 87 4 4 97 5 2 4 户( o ) 2 7 02 8 02 9 03 0 03 1 03 2 03 3 03 4 03 5 0 弧( b ) 7 3 9 67 0 6 56 5 4 46 1 3 05 8 7 15 8 3 25 5 5 95 3 3 64 9 7 2 从表中不难看出，当合闸相位角在2 7 0 。附近时，过电压达到最大值，这 是因为此时合闸相电源电压达到负的最大值，中性段残压与其压差正好达到 最大值。合闸相位角在1 0 。附近时，过电压最小。利用m a t l a b 工具拟合出 最大过电压值与合闸相位角的关系如图3 1 ： 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 0 页 图3 - 1 中性段过电压幅值与合闸相电源电压相位角的关系( 1 0 k v ) 改变中性段残压值，令其为2 0 k v ，计算合闸过电压如表3 - 2 ( 性段残压 值为2 0 k v ) 。 表3 - 2 残压幅值为2 0 k v 时合闸相电源电压相位角在0 3 5 0 。之间变化时过电压值 f l ( o ) o1 02 03 04 05 06 07 08 0 u s ( k v ) 5 1 2 34 5 1 1 4 1 9 5 3 8 8 84 0 o o4 5 0 24 8 7 25 1 5 25 2 2 8 3 ( 0 ) 9 01 0 01 1 01 2 01 3 01 4 01 5 01 6 01 7 0 珧( 如) 5 1 o o4 7 6 94 6 7 84 5 9 04 3 3 13 9 8 93 9 1 74 2 0 24 3 9 3 夕( o ) 1 8 01 9 02 0 02 l o2 2 02 3 02 4 02 5 02 6 0 矾( 如) 4 9 6 65 5 0 76 0 7 86 4 2 46 8 0 57 4 5 97 9 3 48 2 1 38 2 9 6 3 ( 0 ) 2 7 02 8 02 9 03 0 03 1 03 2 03 3 03 4 03 5 0 弧( 加) 8 1 6 17 8 3 17 3 0 96 6 4 36 3 8 46 2 7 96 2 0 6 5 9 8 4 5 6 1 9 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 1 页 图3 - 2 中性段过电压幅值和合闸相电源电压合闸相位角的关系( 2 0 k v ) 对比两表可得出，中性段合闸过电压与合闸瞬间待合相电源电压的相位 角及合闸瞬间中性段残压幅值有关，待合闸相电源电压相位角在2 7 0 0 附近时 过电压最严重，合闸瞬间中性段残压值越大合闸过电压也越严重。 3 3 机车自动过分相时的m a t l a b 仿真 由于电力机车和牵引供电网络组成了一个十分复杂的系统，在这种情况 下如果采用数学手段进行分析是比较困难的。而在实验室通过实验手段取得 理想的结果也会因为种种条件的限制而难以实现，因此采用计算机仿真分析 就显得很必要。美国m a t hw o r k s 公司于1 9 9 2 年推出动态系统通用仿真软件 s i m u l i n k ，是应用于m a t l a b 下建立系统框图和仿真的环境牙0 用该软件中 的电力系统工具箱( p o w e rs y s t e mb l o c k s e t 简称p s b ，于1 9 9 8 年推出) 可对电 力机车主电路进行精