【正文】 分區(qū)亭 圖 2— 31 接觸軌供電原理圖 直流供電保護(hù)系統(tǒng) 地鐵直流供電保護(hù)系統(tǒng)對(duì)確保地鐵交通安全可靠運(yùn)行具有舉足輕重的作用。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。每一供電分區(qū)的接觸網(wǎng)只從一端的牽引變電所獲得電流，稱為單邊供電。 表 1 系統(tǒng)電壓波動(dòng)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。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(duì)牽引網(wǎng)能耗影響較大。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)。供電距離過短，又使變電所的數(shù)目過多而不經(jīng)濟(jì)。 牽引變電所是沿鐵路線布置的，每一個(gè)牽引變電所有一定的供電范圍。一般，牽引網(wǎng)電壓等級(jí)較高時(shí)，為了安全和保證一定的絕緣距離，宜采用架空式接觸網(wǎng)。接觸網(wǎng)分為 架空式接觸網(wǎng)和接觸軌式接觸網(wǎng)。由此引起的誤差就會(huì)導(dǎo)致負(fù)荷的不平衡，從而引入諧波分量。 24 脈整流電路的引入對(duì)網(wǎng)側(cè)諧波影響的因數(shù)主要包含兩點(diǎn)：首先是網(wǎng)側(cè)繞組移向角 ?誤差，其次是整流機(jī)組兩臺(tái)變壓器的的負(fù)荷不平衡。 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。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。其中采用的牽引整流機(jī)組，屬于非線性受電設(shè)備，電壓畸變的程度取決于整流裝置容量和電網(wǎng)容量的相對(duì)比值及供電系統(tǒng)對(duì)諧波頻率的阻抗。當(dāng)電力系統(tǒng)向非線性設(shè)備及負(fù)荷供電時(shí)，這些設(shè)備或負(fù)荷在傳遞、變換、吸收系統(tǒng)發(fā)電機(jī)的基波能量的同華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 時(shí)，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。 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。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]。 當(dāng)一臺(tái)變壓器需要檢修時(shí)可以由另一臺(tái)單獨(dú)工作輸出 12 脈波直流電流。 T1 和 D1 單獨(dú)工作時(shí)，輸出 12 脈波的直流電源； T2 和 D2 單獨(dú)工作時(shí)，也輸出 12 脈波的直流電源。 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(tái)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。 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。選擇兩組三相變壓器和整流器系統(tǒng)，使兩組變壓 器二次電壓之間相位相差 030 ，其直流電壓脈沖分量的相位角也相差 030 ，將兩組橋式整流器輸出并聯(lián)運(yùn)行，即可實(shí)現(xiàn)將三相交流電源整流輸出 12 脈波直流的目的。 6 脈波整流電路輸出電壓波形每個(gè)周期波動(dòng) 6 次見圖 222，輸出電壓空載幅值為： UUdo ? ， 波形中主要包含 6n? 1 次諧波。本文將著重討論 24 脈波整流系統(tǒng)的仿真模型。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。牽引供電系統(tǒng)的主要組成部分有牽引變電所和牽引網(wǎng) [4]。城市電網(wǎng) 110kV 的高壓電源 (或 10kV 的中壓電源 )經(jīng)過主變電所 (或電源開閉所 )后，將 10kV(或 35kV、 20kV)的中壓電源送給牽引供電系統(tǒng)。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(gè)重大問題，它涉及到供電系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、供電質(zhì)量、運(yùn)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。現(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。另外由于城市內(nèi)的軌道交通，供電線路都處在城市建筑群之間，供電電壓不宜太高，以確保安全。本文闡述了地鐵保護(hù)發(fā)展和現(xiàn)狀，對(duì)現(xiàn)在地鐵常用幾種保護(hù)原理作了分析，介紹了幾種保護(hù)的整定值計(jì)算方法，最后對(duì)地鐵保護(hù)的互相配合使用作了分析。最后建立了短路故障沖擊電流仿真和機(jī)車啟動(dòng)仿真模型，在此模型基礎(chǔ)上仿真了機(jī)車近端啟動(dòng)、中端啟動(dòng)各變電所供流情況。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。最后對(duì)考慮相鄰變電站影響的正常雙邊供電進(jìn)行了舉例計(jì)算。這是變電所設(shè)備選擇、保護(hù)設(shè)計(jì)和運(yùn)行分析的重要依據(jù)。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。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。目前，地鐵供電保護(hù)設(shè)備基本上都是引進(jìn)國外技術(shù)，還需要需要自主研發(fā)，如直流開關(guān)柜內(nèi)的直流快速斷路器、微機(jī)保護(hù)監(jiān)控單元等 [4]。 直流保護(hù)是確保地鐵安全、可靠運(yùn)行的保障。文獻(xiàn) [9]采用 Matlab/Simulink 軟件對(duì)直流供電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行建模與仿真計(jì)算，詳細(xì)地分析了 24 脈波整流裝置的運(yùn)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。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。文獻(xiàn) [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。然而軌道是不規(guī)則體，要直接精確計(jì)算軌道的暫態(tài)阻抗非常的復(fù)雜。 由于城市軌道交通供電的復(fù)雜性，使供電故障電流計(jì)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。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。為了提高直流供電的電能質(zhì)量，降低直流電源的脈動(dòng)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。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。為地鐵牽引供電設(shè)計(jì)、裝置選擇、運(yùn)營維護(hù)、保護(hù)裝置整定提供數(shù)據(jù)參考。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。文章最后對(duì)現(xiàn)在地鐵使用 的保護(hù)原理和相互配合方式進(jìn)行了闡述。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(shí)例分析計(jì)算得出短路故障時(shí)的電流大小，為保護(hù)裝置的設(shè)定提供理論依據(jù)，使得保護(hù)裝置的動(dòng)作值更加合理。首先需要建立精確的直流牽引供電系統(tǒng)模型，模型計(jì)算的結(jié)果將影響保護(hù)裝置的選擇性、速動(dòng)性、靈敏性、可靠性。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。上述各種保護(hù)的實(shí)現(xiàn)都必須先經(jīng)過整定計(jì)算來進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，而整定計(jì)算是建立在直流系統(tǒng)短路計(jì)算的基礎(chǔ)上，所以對(duì)直流供電系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算分析具有重大意義。為保證地鐵系統(tǒng)安全性及可靠性，地鐵供 電系統(tǒng)設(shè)備都己實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化，系統(tǒng)保護(hù)、監(jiān)控、控制和自動(dòng)化裝置已由單獨(dú)的元件發(fā)展成為綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。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(jià)值，該行業(yè)的發(fā)展壯大，將推動(dòng)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。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。 .....................................................................43 直流雙邊聯(lián)跳保護(hù)。 Current rising rate protection。 Shortcircuit fault simulation。 subway。 關(guān)鍵詞：直流供電系統(tǒng)；地鐵； 24 脈波整流；短路故障仿真；直流保護(hù)；電流上升率；電流增量 Abstract 2 DC traction power supply system simulation Abstract In the development of urban rail transit to flourish today, a higher demand for security and stability of the urban rail DC traction power supply system is an important part of the urban rail transport, the safety and reliability of supply to the normal operation of the guarantee of urban rail transit and Calculation of Short— circuit fault for urban rail transit was used to improve the ability of safe peration of traction power supply system and was the basis for protection and control technology. First,In this paper, traction substations, Traction Network, DC protection system, the three most position and structure was analyzed。為更好的掌握短路電流的變化狀況，文章仿真了直流側(cè)參數(shù)對(duì)短路電流的影響，為直流保護(hù)整定值的調(diào)整提供理論依據(jù)。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(duì)不同點(diǎn)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(shí)的短路電流變化規(guī)律。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。 其次，本文對(duì)不同短路故障作了仿真分析。城市軌道交通短路故障的分析計(jì)算與仿真是提高牽引供電系統(tǒng)安全運(yùn)行能力及相關(guān)保護(hù)與控制技術(shù)的基礎(chǔ)。摘要 1 直流牽引供電系統(tǒng)仿真計(jì)算 摘要 在城市軌道交通蓬勃發(fā)展的今天，人們對(duì)城市軌道交通的安全與穩(wěn)定提出了更高的要求。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。 首先，本文對(duì)牽引變電所、牽引網(wǎng)、直流保護(hù)系統(tǒng)這三大部分的組成與結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析；根據(jù)城市軌道交通的特點(diǎn)對(duì)牽引變壓器和牽引網(wǎng)的參數(shù)進(jìn)行了分析計(jì)算，并建立了單邊供電和雙邊供電方式下的等效電路模型，給出了不同供 電方式下的穩(wěn)態(tài)電流計(jì)算公式和計(jì)算實(shí)例。本文利用 Matlab/Simulink 工具對(duì)當(dāng)前城市軌道交通直流供電系統(tǒng)廣泛采用的 12 脈波、 24 脈波直流供電系統(tǒng)進(jìn)行建模與仿真，通過仿真分析比較了 12/24 脈整流機(jī)組在空載、負(fù)載時(shí)候的諧波含量， 24 脈波整流機(jī)組比 12脈波整流機(jī)組呈現(xiàn)出更好抑制 1 13 次諧波的性能。由于當(dāng)線路發(fā)生短路故障時(shí)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。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。 最后文章結(jié)合地鐵的實(shí)際運(yùn)行情況，對(duì)采用直線牽引電機(jī)的地鐵機(jī)車啟動(dòng)的暫態(tài)電流和電機(jī)沖擊電流加以仿真分析，結(jié)合給出的大電流脫扣保護(hù)與 di/dt+△ I 保護(hù)這兩種主 保護(hù)的整定原則，對(duì)大電流脫扣保護(hù)