城市轨道交通牵引供电整流机组的技术探讨

城市轨道交通牵引电源整流器的技术探讨赵俊明铁路第三勘察设计院集团有限公司辽宁省大连市摘要：本文分析了城市轨道交通牵引供电整流器的技术方面，并提出了一些有望更好地促进城市轨道交通顺利进行的方法。关键词：城市轨道交通；牵引供电系统变电站引言随着我国城市建设的发展，城市轨道交通建设也在蓬勃进行。城市轨道交通电源通常来自城市电网，对于电力系统，城市轨道交通电源系统是重要的电力负荷。城市轨道交通牵引供电系统由牵引变电所和牵引网络两部分组成，牵引网络由电车(或接触轨道)和回流网组成。电力从牵引变电所通过供电电线、电车、电力列车上的导轨、回流线流向牵引变电所。一、城市轨道交通线列车运行图为了研究不同城市轨道交通线运行规律对城市轨道交通供配电系统谐波流量的影响，必须结合列车运行图进行分析。图1a)中提出的城市轨道交通1号线的运行及代数结合城市轨道交通列车运行图编制规则，简化了该城市轨道交通1号线的运行图，如图1b所示。该城市轨道交通1号线列车运行图没有考虑相同方向的列车运行速度、区间两端列车到达或通过运行方式相同的理想条件下的客流、线土木结构、费用、效率等因素。图1城市轨道交通1号线列车运行和运行图各牵引变电所主要假定为本站和左右相邻两站的列车供电，选择一定的间隔，统计一个主变电站管辖的各牵引变电所所负担的列车数，计算各牵引变电所所用负荷的大小，最后根据牵引变电所谐波电流的模拟结果或现有谐波电流发生数据库，确认各牵引变电所在相应运行中发生谐波电流的情况。在此基础上结合供配电系统线路参数，模拟城市轨道交通供配电系统谐波潮流，实现城市轨道交通供电系统谐波预评价。二、直流牵引供电系统保护仿真软件要求铁路运输用直流牵引供电系统的主要特点如下：一条运行线路上分布着多个牵引变电所，牵引变电所的整流器将交流电流整流后提供给直流牵引网，为列车供电。直流牵引网络包括直流总线、馈线、回流线、电车、导轨和架空地线，运行中的列车通过风机提供电力，然后流向轨道回流。为了方便故障的切除，电车线被分割。各僵局网络由双方的牵引厕所共同供电。保护装置安装在工作站内的供应设备开关上，当某一段短路时，两侧的供应设备开关会跳跃以消除故障。电动车是系统唯一的负载，由于列车运行停止和位置变动等，负载电流的波动范围很大。典型的双向电源直流牵引系统如图1所示。图1双向电源直流牵引系统示意图电源系统保护模拟软件需要以下功能：(1)图形界面：这些功能包括：如果需要自定义数据，软件提供输入接口的功能。提供图形建模区域和铁路运输实际设备相应的元素工具箱；用户可以触发短路电流计算功能，保护设定值验证功能，提供了软件功能触发按钮。可以输出软件的结果，用户可以在每个交换机上查询短路电流和保护值确认列表。(2)短路电流计算功能。由于系统负载波动大，光靠稳态短路电流计算无法区分正常负载波动和小短路电流，因此软件必须同时采用稳态短路计算模型和瞬态短路计算模型，分析短路后馈线开关中的瞬态电流波形，以区分故障和负载波动。(3)保护设置值验证功能。如果满足选择性、敏感度和速度三个基本要求，则在验证过程中，软件必须能够验证单个保护(另一个保护锁)和保护之间的操作，并且：如果区域内发生故障，两端的馈线开关必须能够快速跳跃。馈线开关不能跳出区域外的故障。列车启动和停止电流的波动不能导致保护误动。制定验证程序时要遵循这三个原则。三、脉冲整流器结构和整流原理牵引变电所的主要功能是通过牵引变压器低压交流输入电压，然后通过整流器将交流变成直流电源移动列车使用。主要设备是整流器。整流装置由牵引变压器和整流器组成。图1显示了北京地铁牵引供电系统的示意图。牵引变压器采用双轴双绕组双分裂变压器。每个变压器结构如下：双绕组双分裂变压器由一个核心、两个独立的高压网络侧绕组和两个独立的低压阀侧绕组组成。高压2网络侧绕组用树脂浇注。图1北京地铁牵引供电系统原理图图224脉冲牵引整流电路图外部并行。高压网侧绕组由延边三角形连接主绕组和相移绕组组成。低压二组阀侧绕组位于同一核心柱上，头部和尾部分别连接y连接和d连接，分为两个分支。这样，阀侧绕组分成两个分支，放置在同芯柱上的轴向双分裂变压器在阀侧平行运行两个分支，为负载供电的同时，提供一个三相桥式整流器3。也就是说，整流器主要由两个轴双分裂牵引变压器1T、2T和四个无线电整流桥B1 B4组成。两个牵引变压器的网络侧绕组沿各边三角形接线向7.5相位角转变，阀侧绕组采用d，y连接方式，两个变压器的阀侧绕组的深圳压力相位互差15，分别在全波整流后在直流侧并行工作，形成24脉波的整流变电站系统4。图2显示了24脉冲牵引整流结构图。四、短路电流计算在直流牵引供电系统的接触网短路仿真过程中，软件同时使用了稳态短路计算模型和在故障发生后每个馈线开关上获得稳态电流值的瞬态短路计算模型。后者可以在短路发生后，在每个馈线开关上引起电流的变化。稳态短路计算模型。直流牵引电源由整流器和牵引网组成，牵引网络的各种电气元件(如导轨、直流馈线等)在稳态仿真中使用阻抗参数等效，关键在于确定整流器的电压和电流特性的方法。文献6从经典的6脉冲整流器3线模型中导出了12脉冲整流器的5线模型，目前上海、南京等大部分城市地铁常用的等效24脉冲整流器平行运行2个12脉冲整流器，在此条件下也适用5线模型。该软件使用这些5行外部特性模型，每个行段使用对应于一个工作空间的主流24脉冲整流器。计算开始时，假定所有单元在第一部分工作，如果一个单元的输出负载不在该部分内，则进行调整。调整过程如图3所示。实际上，在某一段短路的情况下，只需要对短路点两侧的两个工作站(共四个工作站)调整单元工作段，其他整流器距离很远，提供的短路电流很小，可以忽略。因此，即使线路复杂，软件也可以有更快的运行速度。计算结束后，稳态短路电流计算的结果存储在数据库中。瞬态短路计算模型。瞬态电流计算包括更复杂的因素。另一方面，随着负载电流的变化，整流器的工作区间会发生变化，等效内部电阻也会发生变化。另一方面，段落位置不同会改变外部等效阻抗。瞬态短路电流很难使用模型准确计算。计算电车短路瞬态电流的研究一般分为近端短路和远程短路。分析了整流桥臂的传导情况，最后得到了出口短路的瞬态电流公式。适配器内部电阻可以忽略，一旦确定了短路位置和短路类型，外部电路的阻抗也不管皮肤效应如何确定，因此在理想条件下，短路电流上升为简单的指数曲线，提供了电车远程短路计算模型。在实际条件下，必须存在“两个阻抗水平相当，不能相互忽视”的情况，因此，单靠两种模型不能准确地获得接触网任意位置上短路的瞬态电流波形。对这种情况，本研究进行了深入的研究，得到了一种折中的模式。这个模型的核心思想是加权两个经典模型的计算结果，然后将其加到最终计算结果、权重系数和段落位置。在公式中，由外部阻抗实现的电阻值和电抗值具有一定的函数关系，在出口处近距短路模型越占优势，在出口处远距短路模型越占优势。仿真结果表明，在短路后的几周内，该模型的计算值是正确的，可以满足后续验证要求。结束语本研究介绍了铁路运输用直流牵引供电系统继电保护仿真验证软件的功能要求和实现方法，并以实例提出了实际应用效果。软件使用结果表明，开发模拟软件考虑所有可能发生的情况，验证保护值，指导工作人员调整设置值，以帮助城市轨道交通安全高效地运行。参考文献：1傅明，王辰。地铁牵引整流技术概述J。上海电气技术，