【正文】 ..........18 目錄 3 本章小結(jié) .............................................................................................18 第 4 章 直流短路故障仿真模型 ......................................................................19 12 脈波牽引整流供電電路仿真模型 ...............................................19 12脈波整流電路仿真 模型 .......................................................19 6脈波整流電路空載分析 ........................................................19 12脈波整流電路空載分析 .......................................................20 24 脈波牽引整流供電電路仿 真模型 ...............................................22 24脈波整流電路仿真模型 .......................................................22 24脈波整流電路空載分析 .......................................................23 12/24 脈波整流供電電 路帶負載仿真比較 ........................................24 24 脈波牽引供電整流電路短路故障仿真 .........................................26 不同點短路故障仿真 ...............................................................27 多座變電 站影響的短路故障仿真模型 .....................................29 直流側(cè)參數(shù)對短路電流的影響 .........................................................32 短路故障沖擊電流仿真 ....................................................................34 機車啟動仿真 ...................................................................................36 機車啟動電路模型 ...................................................................36 機車啟動仿真模型 ...................................................................36 本章小結(jié) ...........................................................................................38 第 5 章 直流牽引供電系統(tǒng)保護 ....................................................................39 地鐵牽引供電系統(tǒng)保護概述 .............................................................39 大電流脫扣保護 ................................................................................39 目錄 4 大電流脫扣保護原理 .................................................................39 大電流脫扣保護整定原則 .........................................................40 di/dt+△ I 保護 ...................................................................................40 di/dt+△ I保護原理 ...................................................................40 di/dt+△ I保護的整定計算 ........................................................42 . 其他保護介紹 ....................................................................................43 低電壓保護 ................................................................................43 定時限過流保護。 .....................................................................43 直流雙邊聯(lián)跳保護。 .................................................................43 熱力過負荷保護 ........................................................................43 接地保護 ....................................................................................44 各保護的配合使用 ............................................................................44 本章小結(jié) .............................................................................................45 結(jié)論與展望 ......................................................................................................46 謝辭 .................................................................................................................48 參考文獻 ........................................................................................................... 2 附錄 A .............................................................................................................. 3 華東交通大學畢業(yè)設計 1 第 1 章 緒 論 課題研究的背景及意義 隨著社會的發(fā)展，人口大量的涌入城市，導致我國的各大城市普遍存在著交通堵塞、交通秩序混亂、城市用地緊張、環(huán)境污染嚴重等問題，這時地鐵、輕軌等方式成為解決大中城市交 通擁擠問題的最佳選擇，由于城市軌道交通具有運載能力大、噪音廢氣污染小、運行快速準時、占用土地少等特點，使之對于緩解城市交通擁擠、改善城市大氣環(huán)境以及推動城市經(jīng)濟和社會發(fā)展具有十分重要的意義。當今是否擁有地鐵、地鐵 線路總里程的長短都已經(jīng)成為一個重要的參照物，來衡量一個城市的經(jīng)濟實力、一個國家的綜合國力以及當?shù)厝嗣袢罕姷纳钏劫|(zhì)量。因而大力發(fā)展地鐵等城市軌道交通己成為各國大城市的共識。由此可見，中國的軌道交通建設具有宏大的發(fā)展前景，廣闊的市場價值，該行業(yè)的發(fā)展壯大，將推動軌道交通的各種配套技術(shù)尤其是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的跟蹤發(fā)展，進而形成城市軌道交通行業(yè)的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)體系。 城市軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)是城市軌道交通的重要組成部分，其可靠、安全供電是城市軌道交通系統(tǒng)正常運行的保證。為保證地鐵系統(tǒng)安全性及可靠性，地鐵供 電系統(tǒng)設備都己實現(xiàn)自動化和智能化，系統(tǒng)保護、監(jiān)控、控制和自動化裝置已由單獨的元件發(fā)展成為綜合自動化系統(tǒng)。目前地鐵一般運用大電 流脫扣保護、電流變化率及電流增量保護、過電流保護、欠電壓保護、熱力過負荷保護、雙邊聯(lián)跳保護等等。上述各種保護的實現(xiàn)都必須先經(jīng)過整定計算來進行參數(shù)設置，而整定計算是建立在直流系統(tǒng)短路計算的基礎上，所以對直流供電系統(tǒng)進行計算分析具有重大意義。直流牽引供電系統(tǒng)的特殊性增加了故障計算與分析的復雜性，傳統(tǒng)的供電計算方法，每次計算僅僅涉及兩個變電所，認為正常雙邊供電時，列車僅從相鄰的左右兩個牽引變 電所取流。而實際上城市軌道交通列車在短路故障時由連成一體的所有牽引變電所供給短路電流。因此要精確計算短路電流。首先需要建立精確的直流牽引供電系統(tǒng)模型，模型計算的結(jié)果將影響保護裝置的選擇性、速動性、靈敏性、可靠性。所以建模計算分析對地鐵安全、可靠的運行有著重大的意義。本文建立了考慮 4 座變電所影響的雙邊供電短路故障模型，并通過實例分析計算得出短路故障時的電流大小，為保護裝置的設定提供理論依據(jù)，使得保護裝置的動作值更加合理。最后把電路建模計算結(jié)果與仿真結(jié)果相互效驗，確保模型的正確性與可行性。文章最后對現(xiàn)在地鐵使用 的保護原理和相互配合方式進行了闡述。 隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，用計算機實時模擬城市軌道牽引列車的運行情況和電氣參數(shù)的動態(tài)過程，對供電系統(tǒng)工程進行輔助設計，多方案比選、運營維護中的故障分析等，提高了設計效率、節(jié)省工程投資、減少運營成本，這無疑是供電系統(tǒng)的一種高效的模擬工具和手段，是供電系統(tǒng)理論和實踐相結(jié)合的發(fā)展方向。本文通過對 6 脈波組、 12 脈波組、24 脈波組整流電路的仿真比 較， 24 脈波整流電路呈現(xiàn)出更好的抑制諧波的性能。接著本文建立采用 24 脈波整流電路牽引供電的雙邊供電模型，希望通過仿真得出不同短路 故障點時的暫態(tài)電流波形特征，直流側(cè)電阻和電感變化對短路電流的影響，機車啟動電流曲線。為地鐵牽引供電設計、裝置選擇、運營維護、保護裝置整定提供數(shù)據(jù)參考。 課題研究現(xiàn)狀 國外城市軌道交通由于發(fā)展的歷程比較長，直流側(cè)短路故障的研究相對來說比較成陸學文：直流牽引供電系統(tǒng)計算仿真 2 熟。國內(nèi)在直流供電系統(tǒng)方面的理論研究步伐也在逐漸加快。 諧波問題是當下城市軌道交通的一大難題之一，城市軌道交通的供電系統(tǒng)波形畸變主要源于車 輛供電的整流、逆變裝置，其次是直流電源的成套裝置及其他電子裝置 [3]。為了提高直流供電的電能質(zhì)量，降低直流電源的脈動量，通常采取 多脈波整流方法，早期采用六脈波、十二脈波整流，到現(xiàn)在趨向于二十四脈波整流。亦有學者對 48 脈波整流電路進行了分析 [18]。然而二十四脈波整流電路的功率因素已經(jīng)達到 左右，也就是 說基本達到飽和，再提高整流脈波數(shù)對提高功率因素已經(jīng)沒有多大的效果。但是在實際應用中功率因數(shù)與理論計算還有相當大的差距，這是我們應該努力的方向 [15]。 由于城市軌道交通供電的復雜性，使供電故障電流計算也是成為一大難題，由于鐵軌很容易受到集膚效應的影響，在故障暫態(tài)過程中阻抗是隨頻率改變的。要準確計算直流牽引供電系統(tǒng)直流側(cè)故障電流， 必須考慮軌道參數(shù)的暫態(tài)變化。然而軌道是不規(guī)則體，要直接精確計算軌道的暫態(tài)阻抗非常的復雜。有很多文章對此進行了研究，如文獻 [12]提出通過求解電流密度擴散偏微分方程，得到實心圓柱體阻抗表達式，并將其等效成一個無限 RL并聯(lián)網(wǎng)絡文獻 [13]]利用等周長原則，詳細推導出圓柱形導體模型暫態(tài)內(nèi)阻抗的解析表達式。文獻 [14]采用了將牽引網(wǎng)軌道等效為等周長的圓柱體的方法，得出了軌道暫態(tài)電阻及電感。文獻 [6]]提出 6 脈波整流，直流側(cè)遠端短路時故障電流的計算方法，將交流側(cè)及整流機組等效成直流電壓源和電阻電感串聯(lián)。在考慮雜散電流 收集網(wǎng)在內(nèi)的多導體供電系統(tǒng)模型，利用多折線法精確計算不同點處短路故障穩(wěn)態(tài)短路電流。文獻 [7]采用基于張量分析的時變拓撲法實現(xiàn)直流牽引系統(tǒng)交直流變換過程的建模與數(shù)字仿真計算，詳細地分析了直流牽引系統(tǒng)交直流變換基本構(gòu)成單元三相橋式 6 脈波整流和并聯(lián) 12 脈波橋式整流的運行工況，以及非理想狀態(tài)下各參數(shù)對整流外特性的影響。文獻 [9]采用 Matlab/Simulink 軟件對直流供電網(wǎng)系統(tǒng)進行建模與仿真計算，詳細地分析了 24 脈波整流裝置的運行工況以及理想狀態(tài)下的整流特性，系統(tǒng)地研究了直流供電網(wǎng)短路故障暫穩(wěn)態(tài)過程。文獻 [5]討論了 12 脈波整流電路的外特性曲線，明確了在