【正文】 兩臺(tái)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 。輸出的電壓波形脈動(dòng)也很小，一個(gè)正弦周期之內(nèi)有 6 個(gè)脈動(dòng)。 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(jí)管整流橋參數(shù)設(shè)置 :使用默認(rèn)值 。(2)忽略整流機(jī)組換向電阻，其換向電抗三相平衡 。在直流牽引系統(tǒng)中，發(fā)生近端短路故障時(shí)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(jì)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(shí)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。 （ 3） .短路實(shí)例計(jì)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。 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(jì)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?????????? 。 短路電流計(jì)算 地鐵牽引供電系統(tǒng)直流短路計(jì)算，是工 程中一項(xiàng)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(dòng)車輛保護(hù)協(xié)調(diào)配合的重要依據(jù)。 。 換相電抗： ??? bnc XXX ? 。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(yùn)行狀態(tài)等因素所決定。 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(gè)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。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(duì)直流供電系統(tǒng)的保護(hù)做了闡述。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(shí)間，從而提高經(jīng)濟(jì)效益 。根據(jù)文獻(xiàn) [1]其波動(dòng)范圍應(yīng)滿足表 1 中的規(guī)定。在凈空受限的線路和電壓等級(jí)較低時(shí)多采用接觸軌式接觸網(wǎng)。實(shí)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。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。 D1 和 D2 為兩臺(tái)十二相整流器。 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 。 地鐵牽引供電系統(tǒng)的外部電源為城市電網(wǎng)。 第五章，地鐵牽引供電保護(hù)。 第三章，地鐵直流牽引網(wǎng)的短路參數(shù)計(jì)算。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(yùn)行中其戴維南等值電路的計(jì)算方法，進(jìn)而簡(jiǎn)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(gè) 12 脈波整流機(jī)組的計(jì)算實(shí)例。要準(zhǔn)確計(jì)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。 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(duì)來說比較成陸學(xué)文：直流牽引供電系統(tǒng)計(jì)算仿真 2 熟。所以建模計(jì)算分析對(duì)地鐵安全、可靠的運(yùn)行有著重大的意義。 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(yùn)行的保證。 DC protection。參數(shù)計(jì)算、建模等的精確程度，都會(huì)對(duì)仿真得出的短路電流的上升率和幅值產(chǎn)生很大的影響。直流牽引供電系統(tǒng)是城市軌道交通的重要組成部分，供電的安全與可靠是城市軌道交通系統(tǒng)正常運(yùn)行的保證。在所建立模型的基礎(chǔ)上，對(duì)采用DC1500V 接觸線供電的地鐵線路進(jìn)行了不同點(diǎn)發(fā)生短路故障的仿真與分析。 subway。當(dāng)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(gè)重要的參照物，來衡量一個(gè)城市的經(jīng)濟(jì)實(shí)力、一個(gè)國家的綜合國力以及當(dāng)?shù)厝嗣袢罕姷纳钏劫|(zhì)量。而實(shí)際上城市軌道交通列車在短路故障時(shí)由連成一體的所有牽引變電所供給短路電流。本文通過對(duì) 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。然而二十四脈波整流電路的功率因素已經(jīng)達(dá)到 左右，也就是 說基本達(dá)到飽和，再提高整流脈波數(shù)對(duì)提高功率因素已經(jīng)沒有多大的效果。在考慮雜散電流 收集網(wǎng)在內(nèi)的多導(dǎo)體供電系統(tǒng)模型，利用多折線法精確計(jì)算不同點(diǎn)處短路故障穩(wěn)態(tài)短路電流。論文的主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面： 第一章，介紹了直流牽引供電系統(tǒng)的研究背景及直流短路故障的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，并描述了直流短路故障分析和直流保護(hù)的意義，最后介紹了本文主要研究的內(nèi)容。通過對(duì) 12/24 脈波整流機(jī)組建模，仿真得出了 6/12/24 脈華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 波整流機(jī)組空載、負(fù)載電壓電流波形，并對(duì)其進(jìn)行諧波含量分析?，F(xiàn)在國際電工委員會(huì)擬定的電壓標(biāo)準(zhǔn)為 :600V、 750V 和 1500V 三種。近年來在城市軌道交通線路的建設(shè)中以及對(duì)原有牽引整流所的改造中，越來越多地采用將兩個(gè) 12 脈波整流器并聯(lián)運(yùn)行以等效為一個(gè) 24 脈波整流器的整流電路。 陸學(xué)文：直流牽引供電系統(tǒng)計(jì)算仿真 6 D, 11y + 高 壓 閥 dU 側(cè) _ Y, 0ny 圖 223 12 脈波整流原理圖 圖中的兩臺(tái)變壓器在工程上已廣泛采用帶雙低壓輸出的軸向分裂四線圈整流變壓器，即一臺(tái)雙輸出變壓器作兩臺(tái)變壓器用，從而減少工程的占用地面積和費(fèi)用。值得注意的是，由于變壓器采用了軸向雙分裂式結(jié)構(gòu)，閥側(cè)繞組間具有較大的短路阻抗（ 分裂阻抗），因此一般都不設(shè)橋間平衡電抗器 [9]。這種非正弦的參數(shù)、牽引整流機(jī)組的整流相數(shù)、接線方式的不同，波形畸變程度也不同。接觸網(wǎng)分為 架空式接觸網(wǎng)和接觸軌式接觸網(wǎng)。牽引網(wǎng)最大電壓損失允許值一般發(fā)生在雙邊供電分區(qū)中部或單邊供電分 區(qū)末端，該值應(yīng)能保證列車的正常啟動(dòng)。將分區(qū)亭的斷陸學(xué)文：直流牽引供電系統(tǒng)計(jì)算仿真 8 路器閉合，則相鄰牽引變電所間的兩個(gè)接觸網(wǎng)供電分區(qū)均可同時(shí)從兩個(gè)變電所獲得電流，則稱為雙邊供電。目前最先進(jìn)的保護(hù)方法是，采用基于可編程控制器 的數(shù)字式保護(hù)裝置取代傳統(tǒng)的繼電器保護(hù)裝置，大大提高了可靠性、保護(hù)性能以及直流牽引供電的自動(dòng)化程度。另外由于受電弓對(duì)接觸導(dǎo)線有迅速移動(dòng)的向上壓力，使接觸導(dǎo)線經(jīng)常處于振動(dòng)狀態(tài)，因此引起機(jī)械方面故障的幾率增大。 在接觸軌供電系統(tǒng)中，電弧短路故障也是可能發(fā)生的一種非金屬性短路故障。 (若采用 6 脈波機(jī)組則： VUU do 1 5 9 2 ?? ；若采用 24 脈波機(jī)組：VUU d o 1 6 6 ?? ) 交流側(cè)短路阻抗： ?? SUZn 22 ?； 穿越電阻： 0 3 29 *100 22 ??nKk SUUX ? 。 導(dǎo) 。直流牽引網(wǎng)短路電流上升速率很大，在極短的時(shí)間內(nèi)就上升到數(shù)千安培，使得材料特性 迅速趨于飽和狀態(tài)，所以磁飽和現(xiàn)象對(duì)軌道暫態(tài)電氣參數(shù)變化不起主導(dǎo)作用。 +Uρ 1I kU+R 1R 421R 3ρ 2R 2I 2I 1 圖 336 雙邊供電等效電路圖 按圖 336 網(wǎng)孔 2 列回路方程： 回路 1： I1 R11=U （ 13） 回路 2： I2 R22 =U （ 14） 111 RUI ? （ 15） 222 RUI ? （ 16） 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 21 IIIK ?? （ 17） ○ 2 考慮對(duì)側(cè)接觸網(wǎng)的影響，等效電 路圖如圖 337，圖 338 為等效變換后所得。 498244 ?? ???? RRR . ? — Y 變換：321311 RRR RRr ??? 。變電所 2 提供的短路電流 422 IIId ?? =。最后對(duì)暫態(tài)短路電流進(jìn)行了闡述。三相電壓源通過三相三繞組△ /Y 一△變壓器，可得到幅值相等、相角相差 030 線電壓，副邊輸出到兩并列連接整流器。圖中上坐標(biāo)系所示的部分為電流（電壓）的波形，橫軸表示時(shí)間 (s)，縱軸為電流 /A(電壓大/V)。電流總諧波含量 (THD)約為 %，占 6 脈波諧波含量的 75%左右；輸出電壓總諧波含量 (THD)約為 %，占 6 脈波諧波含量的 25%左右，其輸出波形中諧波的次數(shù)基本上以 12k? 1(k=l， 2， 3，? )次為主。 三相移相變壓器參數(shù)設(shè)置 :兩臺(tái)三相移相變壓器的次級(jí)繞組分別采用 De1ta(Dll)、 Delta(Dl)接線方式，同時(shí)將移相角度設(shè)置成 + 與一 。 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 圖 414 12 脈波整流空載輸入電流及其頻譜圖 圖 415 12 脈波空載輸出電壓及其頻譜圖 陸學(xué)文：直流牽引供電系統(tǒng)計(jì)算仿真 22 從圖中可以看出各次諧波的含量都較低， 1 13 次諧波含量較大。 6 脈波整流電路空載分析 圖 4 一 11 的 12 脈波整流電路仿真模型中單個(gè)整流二極管輸出為 6 脈波，通過仿真得陸學(xué)文：直流牽引供電系統(tǒng)計(jì)算仿真 20 到如下圖 4— 12 和圖 4— 13 所示的空載輸入電流和輸出電壓的頻譜分析圖。(5)整流機(jī)組運(yùn)行在正常模式下。計(jì)算鐵軌的暫態(tài)內(nèi)阻抗時(shí)，主要考慮集膚效應(yīng)的影響，對(duì)于具有不規(guī)則橫截面的鐵軌，考慮集膚效應(yīng)計(jì)算它的阻抗是很困難的，常用的做法是采用等效圓柱形導(dǎo)線模型發(fā)進(jìn)行分析。 431111 RrrR ???? ? =+++=? ； 532222 RrrR ???? ? =+++=? ； 716233 RRR ???? ?? =+++=? ； 498244 ?? ???? RRR =+++=? ； 根據(jù)以上數(shù)據(jù)和推算公式計(jì)算得到 I1 =39700A 陸學(xué)文：直流牽引供電系統(tǒng)計(jì)算仿真 18 2I = 3I = 4I =467A kI =I1 + 2I = 所以變電所 3 提供的短路電流 3dI = 3I =。 44224 RII ?? 。 R 5 上R 2+Uρ 2I kU+ρ 1R 5 下R 1 下R 43 12R 6+Uρ 3R 3 上R 3 下 圖 334 三座牽引變電所單邊供電 圖 334 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)變換后得圖 335： R 2+Uρ 2I k ∑U+ρ 1R 5R 1R 43 12R 6+Uρ 3R 3I 3 I 2 I 1I ρ 2 I ρ 1 圖 335