【正文】 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 。圖中 ini ini2 測(cè)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。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(gè)牽引變電所內(nèi)并聯(lián)運(yùn)行的兩臺(tái)十二脈波整流變壓器的原邊繞組分別移相 + 和一 。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。 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。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。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。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)。 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(guò)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。 RLC 為負(fù)載參數(shù) 。圖中 ini1 測(cè)量輸入電壓， i outv outv2 分別測(cè)出整流輸出電流、負(fù)載端電壓、整流器輸出電壓。三相電壓源通過(guò)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。(5)整流機(jī)組運(yùn)行在正常模式下。(3)橋 橋 2 兩臺(tái)變壓器間無(wú)禍合連接 。仿真時(shí)為簡(jiǎn)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(duì)整流機(jī)組運(yùn)行模式的影響 。最后對(duì)暫態(tài)短路電流進(jìn)行了闡述。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。 本章小結(jié) 本章首先分析計(jì)算了牽引所中變壓器的參數(shù)和對(duì)牽引網(wǎng)的阻抗計(jì)算方法進(jìn)行了分析。隨著時(shí)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]。變電所 2 提供的短路電流 422 IIId ?? =。 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 =。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(jī)組并聯(lián)）進(jìn)行短路電流 kI 和個(gè)變電所供出電流的計(jì)算。 321213 RRR RRr ??? . 本文計(jì)算短路電路時(shí)直接用 21 IIIk ?? ，會(huì)比采用變換前電路計(jì)算所得電流稍大。 498244 ?? ???? RRR . ? — Y 變換：321311 RRR RRr ??? 。 44224 RII ?? 。 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 4422322332131112RrRRrRII ??????? 。 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。 +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。 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 網(wǎng)絡(luò)變換電路圖 按圖 335 網(wǎng)孔 3 列 回路方程 I1 R11 ? I2 ? 1 =U (6) I2 R22 ? I1 ? 1 ? I3 ? 2 =0 (7) I3 R33 ? I2 ? 2 =0 (8) 解 8 式得 : 332222211 11RRRUI????? (9) 陸學(xué)文：直流牽引供電系統(tǒng)計(jì)算仿真 14 33222212 1RRII ???? (10) 33223 RII ?? (11) 由電路圖和上面式子可得出短路電流 ： Ik =I1 (12) 式中 U—— 牽引變電所母線電壓（Ｖ） 1? 、 2? 、 3? —— 牽引變電所內(nèi)阻（ ? ） R11= 211 RR ??? ； R22 = 4321 RR ??? ?? ； 653233 RRR ???? ?? 1R —— 接觸網(wǎng)電阻（ ? ）； 3R 、 R5 —— 接觸網(wǎng)電阻（上下行并聯(lián)） （ ? ） ； 2R 、 4R 、 6R —— 走行軌電阻（上 下行并聯(lián)） （ ? ） ； （ 2） 牽引網(wǎng)雙邊供電短路計(jì)算 1) 兩座牽引變電所正常雙邊供電。下面采用電路圖法對(duì)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(shí)，某一點(diǎn)短路全線的牽引變電所都向短路點(diǎn)供電 [2]。短路暫態(tài)阻抗的計(jì)算方法主要有： (1)采用數(shù)值計(jì)算的方法，如有限差分法和有限元方法，參見(jiàn)文獻(xiàn) [7]； (2)將不規(guī)則橫截面導(dǎo)體等效為柱狀均勻長(zhǎng)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(gè)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(jì)算矩陣 [6]。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。當(dāng)突然發(fā)生短路故障時(shí)，暫態(tài)初始時(shí)刻導(dǎo)體中電流傳播會(huì)產(chǎn)生集膚效應(yīng)，導(dǎo)體有效膚 深小，故使得暫態(tài)初始時(shí)刻電阻大、內(nèi)電感小，體現(xiàn)出故障初始時(shí)刻時(shí)間常數(shù)較小，但隨著時(shí)間的推移導(dǎo)體有效膚深逐漸變大，電阻逐漸減小而內(nèi)電感逐漸增大，時(shí)間常數(shù)也逐漸增大，集膚效應(yīng)對(duì)軌道電氣參數(shù)的暫態(tài)變化起主導(dǎo)作用，但是導(dǎo)體的集膚效應(yīng)阻抗同時(shí)又受到磁導(dǎo)率產(chǎn)的影響，而鐵磁材料的磁導(dǎo)率又與電流大小密切相關(guān)。 。 由于在直流牽引系統(tǒng)中牽引網(wǎng)電壓等級(jí)低、距離短并且走行回流軌對(duì)地采用絕緣安裝方式，一般為簡(jiǎn)單計(jì)算采用串聯(lián)電阻和電感的 牽引網(wǎng)電路模型，忽略對(duì)地電容和電導(dǎo)的影響，對(duì)于軌道電氣參數(shù)的計(jì)算從以下三個(gè)方面進(jìn)行分析 :1. 軌道的電阻 。 導(dǎo) 。 在輸電系統(tǒng)中線路的計(jì)算模型一般以四個(gè)參數(shù)描述 [7]: 。 耦合系數(shù)： ?? ???bbkXXs XXXsK ?； 由耦合系數(shù)就可以計(jì)算出整流機(jī)組的 工作區(qū)間，求得各種運(yùn)行狀態(tài)下的理想等效電源和等效電阻。 分裂電抗： 020 )(*4 ??? kbf XXX ? 。 (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 ? 。 陸學(xué)文：直流牽引供電系統(tǒng)計(jì)算仿真 10 Req+VsVdReqVsVd 圖 31 牽引變電所等效模型 1. 實(shí)例計(jì)算 ：設(shè) 系統(tǒng)一次側(cè)短路容量 100MVA，某軸向雙分裂式 12 脈波整流機(jī)組，額定容量 3450kVA，網(wǎng)側(cè)額定電壓 33kV，閥側(cè)額定電壓 1180kV，分裂變壓器穿越阻抗百分比 :8%，半穿越阻抗百分比 %。通過(guò)計(jì)算分析出整流電路的外特性，然后再分析運(yùn)行狀態(tài)來(lái)計(jì)算出短路阻抗。 參數(shù)計(jì)算 在進(jìn)行直流牽引供電系統(tǒng)的仿真時(shí)，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(lái)表示（見(jiàn)圖）。 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。另外，供電系統(tǒng)運(yùn)行初期，接觸軌由整體絕緣支座固定在道床上，與接地扁銅之間絕緣良好。例 如對(duì)供電系統(tǒng)進(jìn)行停電檢修作亞時(shí)，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(shí)將發(fā)生接觸軌對(duì)鋼軌的直接短路故障。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]。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。因此我們所說(shuō)的地鐵供電系統(tǒng)發(fā)生故障主要是軌道短路故障，隨著機(jī)車位置的移動(dòng)，受電弓與接觸導(dǎo)線一直處于滑動(dòng)接觸狀態(tài)，長(zhǎng)時(shí)間處于高 速摩擦、振動(dòng)等惡劣工作環(huán)境中。 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 第 3 章 直流短路計(jì)算 直流短路介紹 通過(guò)對(duì)城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)短路過(guò)程分析計(jì)算，正確選擇和校驗(yàn)電器設(shè)備，完善直流供電系統(tǒng)保護(hù)裝置的設(shè)置和整定值計(jì)算的原則方法，為供電設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)維護(hù)提供理論依據(jù)，提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。 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(duì)牽引所中的整流機(jī)組原理及發(fā)展概括做了分析介紹，并對(duì)整流機(jī)組產(chǎn)生的諧波做了分析。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。這類保護(hù)裝置中使用了大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、重合閘繼電器等元器件，由于使用的元器件數(shù)量和品種很多，使得系統(tǒng)接線復(fù)雜，潛在故障點(diǎn)多，降低了整個(gè)系統(tǒng)的安全可靠性。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(jī)車、設(shè)備和乘客的人身安全，同時(shí)還要避免機(jī)車正常運(yùn)行時(shí)一些電氣參數(shù)的變化引起保護(hù)裝置誤跳閘 [2]。 變電所 變電所