【正文】 的阻抗是不斷導(dǎo)致電阻比穩(wěn)態(tài)值大，電感比穩(wěn)態(tài)值小。 321322 RRR RRr ??? 。 +Uρ 1I k ∑U+R 1R 4R 3ρ 2R 2I K 2I K 1R 5I ρ 1 I ρ 2 圖 337 雙邊供電等效電路圖 +Uρ 1I kU+r 1R 4ρ 2r 2R 5I 1 I 2r 312 圖 338 雙邊供電網(wǎng)絡(luò)變換圖 按圖 338 網(wǎng)孔 2 列回路方程 回路 1 UrIRI ?? 32111 (18) 回路 2 UrIRI ?? 31222 (19) 解得： 33222311111rRrrRR UI???? (20) 33221112 rR rRII ??? (21) 21 IIIk ?? (22) 式中 11R —— 回路 1 自阻， 431111 RrrR ???? ? （ ? ） 。對于該類問題的計算分析有多種方法，由于計算不是本文重點，本文不作推算。 。 半穿越電阻： *100 22 ??nbb SUUX ? 。電弧短路是指帶電體對導(dǎo)體放電產(chǎn)生的短路，如接觸軌對地放電。這些損傷及故障都可能導(dǎo)致牽引網(wǎng)短路，所以牽引網(wǎng)發(fā)生故障的可能性很高。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，未來的趨勢是向計算機化、網(wǎng)絡(luò)化、保護、控制、測量、數(shù)據(jù)通信一體化及人工智能化發(fā)展 [19] 目前地鐵一般運用主保護為大電流脫扣保護、電流變化率及電流增量保護，后備保護有過電流保護、欠電壓保護、熱 力過負(fù)荷保護、 雙邊聯(lián)跳保護等。接觸軌系統(tǒng)是牽引供電系統(tǒng)的重要組成部分。牽引網(wǎng)電壓損失包括牽引網(wǎng)平均電壓損失、最大電壓損失。我國在地鐵軌道系統(tǒng)中，架空式和接觸軌式均有采用。整流機組產(chǎn)生的諧波次數(shù)與整流機組輸出脈波數(shù)有關(guān)，理想情況下，反映到整流機組高壓側(cè)產(chǎn)生的諧波電流次數(shù)為 (nk 士 l)的整數(shù)倍，式中 n 為整流機組脈波數(shù)， k 為正整數(shù)，整流機組脈波數(shù)越高，整流越平穩(wěn)，產(chǎn)生低次諧波越少。 24 脈波整流電路輸出電壓脈動 24 次，含24n? 1 次諧波，空載輸出電壓幅值為： UUdo ? 。 12 脈波整流電路輸出電壓波形每個周期波動 12 次，輸出電壓空載幅值為： UUdo ? ， 波形中主要包含 12n? 1 次諧波。因為 24 脈波牽引整流系統(tǒng)相比 12 脈波牽引整流系統(tǒng)具有更強的削弱網(wǎng)側(cè)諧波電流的功能，因此可以減小諧波含量、降低軌道交通對公用電網(wǎng)的不良影響，同時在電壓調(diào)節(jié)控制上 有更強的靈活性并且可以減少直流側(cè)電壓的波動，所以 24 脈波牽引整流系統(tǒng)將成為我國城市軌道交通中電網(wǎng)建設(shè)的主流。我國國標(biāo)規(guī)定為 750V 和 1500V。文中建立 24 脈波整流機組牽引供電的雙邊供電模型，并在此基礎(chǔ)上仿真了不同短路點發(fā)生短路故障時 的電流變化和變電所供流情況；為更精確的掌握短路電流情況，本章建立了多座變電站影響時接觸線對鋼軌、接觸線對扁銅短路以及直流側(cè)電阻與電感變化對短路故障電流影響的仿真模型。 第二章，介紹了地鐵牽引供電的整體結(jié)構(gòu)，對牽引所中的整流機組原理及發(fā)展概括做了分析介紹，分析了整流機組產(chǎn)生諧波原因及其對網(wǎng)側(cè)的影響。文獻(xiàn) [7]采用基于張量分析的時變拓?fù)浞▽崿F(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(xì)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。但是在實際應(yīng)用中功率因數(shù)與理論計算還有相當(dāng)大的差距，這是我們應(yīng)該努力的方向 [15]。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。因此要精確計算短路電流。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。 24 Pulsereetifier。由于當(dāng)線路發(fā)生短路故障時不是一座變電所供給短電流，而是由全線相連的變 電所供給短路電流。摘要 1 直流牽引供電系統(tǒng)仿真計算 摘要 在城市軌道交通蓬勃發(fā)展的今天，人們對城市軌道交通的安全與穩(wěn)定提出了更高的要求。為更精確反應(yīng)短路電流狀況，本文建立了考慮四座變電所供電的雙邊供電模型，并對不同點短路故障進(jìn)行仿真分析，得出了近端短路與遠(yuǎn)端短路時的短路電流變化規(guī)律。 Shortcircuit fault simulation。由此可見，中國的軌道交通建設(shè)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(jìn)而形成城市軌道交通行業(yè)的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)體系。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。為地鐵牽引供電設(shè)計、裝置選擇、運營維護、保護裝置整定提供數(shù)據(jù)參考。 由于城市軌道交通供電的復(fù)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(yīng)的影響，在故障暫態(tài)過程中阻抗是隨頻率改變的。文獻(xiàn) [9]采用 Matlab/Simulink 軟件對直流供電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行建模與仿真計算，詳細(xì)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。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)的保護做了闡述。最后建立了短路故障沖擊電流仿真和機車啟動仿真模型，在此模型基礎(chǔ)上仿真了機車近端啟動、中端啟動各變電所供流情況。目前我國許多城市都在考慮建造快速軌道交通，選擇 750V 或 1500V供電電壓是一個重大問題，它涉及到供電系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)、供電質(zhì)量、運輸?shù)目土髅芏取⒐╇娋嚯x和車輛選型等，必須根據(jù)各城市的具體條件和要求，綜合論證決定。本文將著重討論 24 脈波整流系統(tǒng)的仿真模型。 24 脈波整流電路 T1 1D U1 1dU 高 壓 網(wǎng) T2 2D 側(cè) U2 2dU 圖 226 24 脈波整流電 路原理圖 24 脈波整流電路原理見圖 226，圖中 T1,T2 為兩臺十二脈波軸向雙分裂式整流變壓器，且 T1 和 T2 低壓輸出電壓相差 015 相位角。 直流牽引供電系統(tǒng)諧波分析 在理想的電 力系統(tǒng)中，電流和電壓都是純粹的正弦波。 6 脈波整流只產(chǎn)生 7 次以上諧波， 12 脈波整流只產(chǎn)生 11 2 25 次以上諧波， 24 脈波整流只產(chǎn)生 2 2 4 49 次以上諧波。一般，牽引網(wǎng)電壓等級較高時，為了安全和保證一定的絕緣距離，宜采用架空式接觸網(wǎng)。其中，牽引網(wǎng)最大電壓損失值是影響牽引變電所數(shù)量的關(guān)鍵因素，平均電壓損失值對牽引網(wǎng)能耗影響較大。 變電所 變電所 分區(qū)亭 圖 2— 31 接觸軌供電原理圖 直流供電保護系統(tǒng) 地鐵直流供電保護系統(tǒng)對確保地鐵交通安全可靠運行具有舉足輕重的作用。 本章小結(jié) 本章介紹了地鐵牽引供電的整體結(jié)構(gòu)，首先對牽引所中的整流機組原理及發(fā)展概括做了分析介紹，并對整流機組產(chǎn)生的諧波做了分析。根據(jù)直流短路方式的不同分為金屬性短路和非金屬性短路 [11]。 參數(shù)計算 在進(jìn)行直流牽引供電系統(tǒng)的仿真時，牽引變電所一般按戴維南或諾頓等效電路建模，在戴維南等效電路中，牽引變電所用等效內(nèi)電阻 Req 與理想電壓源 VS 相串聯(lián)來表示（見圖）。 分裂電抗： 020 )(*4 ??? kbf XXX ? 。 由于在直流牽引系統(tǒng)中牽引網(wǎng)電壓等級低、距離短并且走行回流軌對地采用絕緣安裝方式，一般為簡單計算采用串聯(lián)電阻和電感的 牽引網(wǎng)電路模型，忽略對地電容和電導(dǎo)的影響，對于軌道電氣參數(shù)的計算從以下三個方面進(jìn)行分析 :1. 軌道的電阻 。短路暫態(tài)阻抗的計算方法主要有： (1)采用數(shù)值計算的方法，如有限差分法和有限元方法，參見文獻(xiàn) [7]； (2)將不規(guī)則橫截面導(dǎo)體等效為柱狀均勻長直導(dǎo)體的方法 [7]； (3)基于導(dǎo)體細(xì)分的方法，該方法的基本思路就是將整個導(dǎo)體細(xì)分為若干子部分，分析細(xì)分導(dǎo)體間的電磁關(guān)系，建立電感、電阻計算矩陣 [6]。 R22—— 回路 2 自阻； R22 = 4321 RR ??? ?? （ ? ）； ○ 3 考慮相鄰兩側(cè)牽引變電所影響 —— 正常雙邊供電。 321213 RRR RRr ??? . 本文計算短路電路時直接用 21 IIIk ?? ，會比采用變換前電路計算所得電流稍大。隨著時間的推移導(dǎo)體有效集膚深度逐漸變大，電阻逐漸減小而電感逐漸增大 [11]。仿真時為簡化模型我們做如下假設(shè) [20]:(l)交流側(cè)三相電壓平衡，忽略交流側(cè)諧波電壓畸變對整流機組運行模式的影響 。圖中 ini1 測量輸入電壓， i outv outv2 分別測出整流輸出電流、負(fù)載端電壓、整流器輸出電壓。從圖中可以看出各次諧波的含量都比較低， 7 次諧波含量較大。十二脈波整流變壓器的電源側(cè)繞組采用延邊三角形接線，使每個牽引變電所內(nèi)并聯(lián)運行的兩臺十二脈波整流變壓器的原邊繞組分別移相 + 和一 。圖中 ini ini2 測出電源 A、 B 的輸入電流； scope2 從上到下一次顯示模型整流后的輸出電流、負(fù)載端電壓、模型輸出電壓。電流總諧波含量 (THD)約為 %，輸出電壓總諧波含量 (THD)約為 %輸出波形中諧波的次數(shù)基本上以 6k? 1(k=l， 2， 3，? )次為主。 RLC 為負(fù)載參數(shù) 。(3)橋 橋 2 兩臺變壓器間無禍合連接 。 本章小結(jié) 本章首先分析計算了牽引所中變壓器的參數(shù)和對牽引網(wǎng)的阻抗計算方法進(jìn)行了分析。供電距離均為 3km，在距離 1 變電所 ，其中走行軌電阻 :? /km，接觸軌電阻：? /km，牽引變電所內(nèi)阻： ? =? （雙機組并聯(lián)）進(jìn)行短路電流 kI 和個變電所供出電流的計算。 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 17 4422322332131112RrRRrRII ??????? 。下面采用電路圖法對地鐵單邊供電和雙邊供電兩種供電方式進(jìn)行分析，當(dāng)牽引網(wǎng)為雙邊供電時，某一點短路全線的牽引變電所都向短路點供電 [2]。 。 耦合系數(shù)： ?? ???bbkXXs XXXsK ?； 由耦合系數(shù)就可以計算出整流機組的 工作區(qū)間，求得各種運行狀態(tài)下的理想等效電源和等效電阻。通過計算分析出整流電路的外特性，然后再分析運行狀態(tài)來計算出短路阻抗。例 如對供電系統(tǒng)進(jìn)行停電檢修作亞時，維修人員恰巧將金屬工具放置在接觸軌與鋼軌之間而忘記取走，送電時將發(fā)生接觸軌對鋼軌的直接短路故障。 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 9 第 3 章 直流短路計算 直流短路介紹 通過對城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)短路過程分析計算，正確選擇和校驗電器設(shè)備，完善直流供電系統(tǒng)保護裝置的設(shè)置和整定值計算的原則方法，為供電設(shè)計和運營維護提供理論依據(jù)，提高系統(tǒng)運行可靠性。另一方面在直流牽引供電系統(tǒng)發(fā)生故障的情況下，有選擇性地迅速切除故障，以保證機車、設(shè)備和乘客的人身安全，同時還要避免機車正常運行時一些電氣參數(shù)的變化引起保護裝置誤跳閘 [2]。 表 1 系統(tǒng)電壓波動范圍 系統(tǒng)標(biāo)稱電壓（ V) 系統(tǒng)最低電壓（ V) 系統(tǒng)最高電壓（ V) 750 500 900 1500 1000 1800 牽引變電所向接觸軌供電有兩種大的分類 :單邊供電和雙邊供電，如圖 2— 31 所示。 牽引變電所是沿鐵路線布置的，每一個牽引變電所有一定的供電范圍。 24 脈整流電路的引入對網(wǎng)側(cè)諧波影響的因數(shù)主要包含兩點：首先是網(wǎng)側(cè)繞組移向角 ?誤差，其次是整流機組兩臺變壓器的的負(fù)荷不平衡。當(dāng)電力系統(tǒng)向非線性設(shè)備及負(fù)荷供電時，這些設(shè)備或負(fù)荷在傳遞、變換、吸收系統(tǒng)發(fā)電機的基波能量的同華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 7 時，又把部分基波能量轉(zhuǎn)換為諧波能量，向系統(tǒng)倒送大量的高次諧波，使電力系統(tǒng)的正弦波形畸變，電能質(zhì)量降低。 T1 和 D1 單獨工作時，輸出 12 脈波的直流電源； T2 和 D2