【正文】 e article simulation parameters DCside shortcircuit current. Finally, this paper bined with the actual operation subway, the subway lootive using straightline traction motor start the fault reclesing transient current to simulation analysis, bined with given current trip protection and di/dt+△ I protect the two majorprotection setting principles for the current trip protection and di /dt + △ I protection parameters be setting calculation, with the use and protection were analyzed. Keywords: DC traction power supply system。 DC protection。 .................................................................43 熱力過負(fù)荷保護(hù) ........................................................................43 接地保護(hù) ....................................................................................44 各保護(hù)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(xiàn) ........................................................................................................... 2 附錄 A .............................................................................................................. 3 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)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(dǎo)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(yán)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(zhǔn)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(jì)和社會發(fā)展具有十分重要的意義。 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。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(fù)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(rèn)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。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。 隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，用計算機(jī)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(jìn)行輔助設(shè)計，多方案比選、運營維護(hù)中的故障分析等，提高了設(shè)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。 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(xué)文：直流牽引供電系統(tǒng)計算仿真 2 熟。亦有學(xué)者對 48 脈波整流電路進(jìn)行了分析 [18]。要準(zhǔn)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。文獻(xiàn) [6]]提出 6 脈波整流，直流側(cè)遠(yuǎn)端短路時故障電流的計算方法，將交流側(cè)及整流機(jī)組等效成直流電壓源和電阻電感串聯(lián)。文獻(xiàn) [5]討論了 12 脈波整流電路的外特性曲線，明確了在穩(wěn)態(tài)運行中其戴維南等值電路的計算方法，進(jìn)而簡要討論了等效 24 脈波整流電路的處理方法，最后給出了一個 12 脈波整流機(jī)組的計算實例。 本文主要研究內(nèi)容 本文針對城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)的組成及特點，結(jié)合實際分析了城市軌道交通直流側(cè)短路故障的模型以 及直流保護(hù)問題。 第三章，地鐵直流牽引網(wǎng)的短路參數(shù)計算。 第四章，直流短路故障仿真。 第五章，地鐵牽引供電保護(hù)?；谝陨显颍澜绺鲊鞘熊壍澜煌ǖ墓╇婋妷憾荚?550 一 1500V 之間，但其檔級很多，這是由各種不同交通形式，不同發(fā)展歷史時期造成的。 地鐵牽引供電系統(tǒng)的外部電源為城市電網(wǎng)。 Y H3 5 K V 電 源 進(jìn) 線 1 3 5 K V 電 源 進(jìn) 線 2整 流 變 壓 器 機(jī) 組 1 整 流 變 壓 器 機(jī) 組 21 5 0 0 V+_上 行 下 行走 行 軌機(jī) 車D LGG 1G 2 圖 21 城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)圖 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 5 牽引變電所 世界各大城市的城市軌道交通早期建設(shè)的地鐵線路運用的牽引變電所普遍采用了 6 脈波整流電路或 12 脈波整流電路。 6 脈波整流電路 原理如圖 221 所示，變壓器原邊接三相交流電，副邊與整流橋相連，三相交流電壓各相差 0120 。其電路原理圖如圖223。 D1 和 D2 為兩臺十二相整流器。的整流變電系統(tǒng)。由于電力系統(tǒng)中某些設(shè)備和負(fù)荷的非線性，即所加的電壓與產(chǎn)生的電流不成線性關(guān)系而造成波形畸變。當(dāng)然，非正弦電 壓施加在線性電路上，電流也是非正弦。實際上，由于各種非理想因素的存在， 12 脈波整流也將產(chǎn) 生 7 次諧波。 牽引網(wǎng) 牽引網(wǎng)由接觸網(wǎng)、鋼軌回路、饋電線和回流線等組成，它是軌道交通供電系統(tǒng)中向電動列車供電的直接環(huán)節(jié)。在凈空受限的線路和電壓等級較低時多采用接觸軌式接觸網(wǎng)。牽引變電所的數(shù)量與直流牽引電壓等級、牽引網(wǎng)最大電壓損失允許值等多個因素有關(guān)。根據(jù)文獻(xiàn) [1]其波動范圍應(yīng)滿足表 1 中的規(guī)定。若在中央斷開處設(shè)置開關(guān)設(shè)備時，可將兩供電分區(qū)連通，此處稱為分區(qū)亭。它一方面確保向地鐵機(jī)車提供安全可靠的供電，減少甚至消除不必要的停電時間，從而提高經(jīng)濟(jì)效益 。隨著電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，微處理器的應(yīng)用實現(xiàn)了電流上升率和電流增量保護(hù)，極大地提高了直流牽引供電系統(tǒng)保護(hù)裝置的可靠性和準(zhǔn)確率。其次介紹了牽引網(wǎng)的組成、布 局、壓損以及供電方式等，最后對直流供電系統(tǒng)的保護(hù)做了闡述。機(jī)車運行時如果兩者接觸不良，就要造成過熱或產(chǎn)生電弧，使接觸導(dǎo)線受損傷。 金屬性短路故障是指與鋼軌間發(fā)生金屬接觸，或由于整體絕緣支座 (用于接觸軌與大地的絕緣，支座底部設(shè)置了接地扁銅，與整個供電系統(tǒng)地網(wǎng)相連接 )被擊穿后發(fā)生的接觸軌與接地扁銅直接短路。但隨著運行時間的推移，絕緣支座發(fā)生絕緣老化或支撐件上出現(xiàn)污穢物，產(chǎn)生的泄漏電流通過絕緣支座流向接地扁銅然后經(jīng)變電所地網(wǎng)流回變電所負(fù)極，這種由絕緣泄漏引起的短路故障也為非金屬性短路故障的一種。理想電壓源由交流電源空載電壓、系統(tǒng)阻抗、和整流機(jī)組的有關(guān)參數(shù)和運行狀態(tài)等因素所決定。由以上參數(shù)可計算得到理想空載直流電壓，穿越阻抗、半穿越阻抗、系統(tǒng)阻抗、換相電抗、禍合系數(shù)等參數(shù)如下 : 空載電壓： VUU do 1 6 4 93 9 2 ?? 。 換相電抗： ??? bnc XXX ? 。 。 。一般來說，鐵磁材料的磁導(dǎo)率隨著電流增大而增大，并呈現(xiàn)出非線性變化特征，而且磁導(dǎo)率隨著電流的增大會出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，到達(dá)飽和狀態(tài)后，磁導(dǎo)率波動較小。 短路電流計算 地鐵牽引供電系統(tǒng)直流短路計算，是工 程中一項不可或缺的內(nèi)容，它是牽引變電所設(shè)備選型、繼電保護(hù)整定以及與電動車輛保護(hù)協(xié)調(diào)配合的重要依據(jù)。 ○ 1 不考慮對側(cè)接觸網(wǎng)的影響，建立如下 336 電路模型。 等效電路圖見圖 339，網(wǎng)路變換后見圖 340； 陸學(xué)文：直流牽引供電系統(tǒng)計算仿真 16 R 2+Uρ 2U+ρ 1R 6R 8R 431 2R 7+Uρ 3R 3U+ρ 44I 3I K 3I K 1R 1R 5 R 9I K 2 I 4I ρ 2I ρ 1I K ∑ 圖 339 考慮相鄰牽引變電所等效電路圖 r 2+Uρ 2U+ρ 1R 6R 8R 431 2R 7+Uρ 3U+ρ 44I 3I 1r 1R 5 R 9I 2 I 4I ρ 2I ρ 1I K ∑r 3 圖 340 考慮相鄰牽引變電所網(wǎng)絡(luò)變換電路圖 按圖 10 網(wǎng)孔 4 列回路方程 回路 1 ： UIrIRI ??? 1332111 ? (23) 回路 2 ： UIrIRI ??? 2431222 ? (24) 回路 3 ： 011333 ?? ?IRI (25) 回路 4 ： 022444 ?? ?IRI (26) 由式 2 2 2 26 得 4422322333213113321111)(RrRrRrRRRUI?????????? 。 21 IIIk ?? . 式中： 431111 RrrR ???? ? ； 532222 RrrR ???? ? ； 716233 RR ???? ??。 （ 3） .短路實例計算 采用 1500V 正常雙邊供電方式，考慮相鄰兩側(cè)牽引變電所的影響見圖 339。變電所 1 提供的短路電流1dI = 31 II? =。在直流牽引系統(tǒng)中，發(fā)生近端短路故障時產(chǎn)生很大的暫態(tài)沖擊電流，暫態(tài)過程受交直流系統(tǒng)參數(shù)及整流器換閥過程影響很大，必選考慮詳細(xì)的交直流計算模型，隨著故障距離的增大暫態(tài)沖擊現(xiàn)象逐漸消失，故障電流的暫態(tài)過程出現(xiàn)類似于指數(shù)曲線變化過程，遠(yuǎn)端短路故障時暫態(tài)過 程受軌道電氣參數(shù)變化的影響，必須考慮牽引網(wǎng)軌道暫態(tài)電氣參數(shù)的暫態(tài)變化。然后本文對各種供電方式下的穩(wěn)態(tài)短路電流進(jìn)行了建模分析，并給出了計算公式和實例計算。(2)忽略整流機(jī)組換向電阻，其換向電抗三相平衡 。 12 脈波 牽引整流供電電路仿真模型 12 脈波整流電路仿真模型 根據(jù)上述 12 脈波整流電路原理，在 Matlab/Simulink 環(huán)境下建立 12 脈波整流電路真模型，如圖 4 一 11 所示。 圖 4 一 11 等效 12 脈波供電整流電路仿真模型 模型參數(shù)設(shè)置如下： 一次側(cè)電源的短路容量為 100MVA，初相角為 0,頻率 50HZ； 變壓器采用軸向雙分裂式三繞組整流變壓器，額定容量 3450kVA，一次側(cè)額定電壓 35kV，二次側(cè)額定電壓 1180V/1180V； 三相二級管整流橋參數(shù)設(shè)置 :使用默認(rèn)值 。 圖 4— 12 6 脈波整流空載輸入電流及其頻譜圖 圖 4— 13 6 脈波空載輸出電壓及其頻譜圖 分析從 Powergui模塊中采集到的輸入電流、輸出電壓波形與諧波含量，如圖上圖所示。輸出的電壓波形脈動也很小，一個正弦周期之內(nèi)有 6 個脈動。輸出的電壓波形脈動較小，一個正弦周期之內(nèi)有 12 個脈動。兩臺十二脈波整流變壓器一次側(cè)并聯(lián)在同一電網(wǎng)中，二次側(cè)線電壓相同，相位相差 15“，分別連接兩組三相全波橋式整流電路，其兩組低壓繞組相位相差 300 。 三相整流變壓器參數(shù)設(shè)置 :兩臺三相整流變壓器均采用三繞組三相變壓器