【正文】 用默認值。，數(shù)值算法采用ode23tb(siff/TR一BDF2）。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。下坐標(biāo)系所示部分為電流（電壓）的諧波總含量與各次諧波的含量，橫坐標(biāo)軸表示的是波形諧波的次數(shù)，縱坐標(biāo)軸則表示的是各次諧波與輸出的基波分量之間比值的百分數(shù)。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。 12脈波整流電路空載分析根據(jù)圖4一11的仿真模型我們得到12脈波整流空載輸入電流及其頻譜分析見圖414，空載輸出電壓見圖415。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。 24脈波牽引整流供電電路仿真模型 24脈波整流電路仿真模型等效二十四脈波牽引整流變壓器是由兩臺十二脈波整流變壓器并聯(lián)組成。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30。圖4一21 等效24脈波供電整流電路仿真模型模型圖4一21 參數(shù)設(shè)置如下：三相對稱交流電壓源(A、B、C)其幅值為16KV、頻率50HZ、相位分別為、。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，一次側(cè)繞組采用Y形接線方式，二次側(cè)繞組分別采用Y形和Delta(D1)形接線方式。三相二級管整流橋參數(shù)設(shè)置:使用默認值。數(shù)值算法采用ode23tb(siff/TR一BDF2）。圖422 24脈波整流空載輸入電流及其頻譜分析圖圖423 24脈波整流空載輸出電壓及其頻譜分析圖 從圖中可以看出各次諧波的含量都比較低，225次諧波含量較大。電流總諧波含量 (THD)%，其值為12脈波整流電路的33%左右；輸出電壓總諧波含量 (THD)%，為12脈波整流電路的25%左右，其輸出波形中諧波的次數(shù)基本上以24k1(k=l，2，3，…)次為主。 12/24脈波整流供電電路帶負載仿真比較本節(jié)采用單邊牽引供電方式建模，仿真模型的建立見本章第一節(jié)和第二節(jié)。（1） 12脈波牽引整流供電帶2負載仿真波形圖圖431 12脈波牽引整流供電模型帶負載輸入電流頻譜分析圖圖432 12脈波牽引整流供電模型帶負載輸出電壓頻譜分析圖 從圖中可以看出12脈波整流電路網(wǎng)側(cè)輸入電流的113次諧波含量相對較高，電流總諧波含量 (THD)%；輸出的電壓波形脈動很小，11次諧波含量較高，一個正弦周期之內(nèi)有12個脈動。 （2） 24脈波牽引整流供電仿真波形圖圖433 24脈波牽引整流供電模型帶負載輸入電流頻譜分析圖圖434 24脈波牽引整流供電模型帶負載輸出電壓頻譜分析圖從圖中可以看出各次諧波的含量都比較低，輸入電流的225次諧波含量相對較高，總諧波含量 (THD)%，其值為12脈波整流電路的33%左右；輸出的電壓波形脈動很小，一個正弦周期之內(nèi)有24個脈動，%，為12脈整流電路諧波總含量的40%左右。通過以上數(shù)據(jù)我可知，24脈波整流電路很好的抑制了113次諧波。24脈波整流電路比12脈波整流電路更好的抑制了諧波的產(chǎn)生。再由第三章雙邊供電原理構(gòu)建了圖441所示的短路故障仿真模型。其中R1和L1是接觸線的電阻和電感，R2和L2是道軌的電阻和電感，Rf為附加電阻。電流表i3的數(shù)值即為短路電流的數(shù)值，電流表i2和i4的數(shù)值為A、B牽引變電所提供的短路電流值，最后將兩個短路電流的波形集中到Scope5中顯示出來。其中參數(shù)選取如下：軌道外電感：，軌道電阻：，軌道內(nèi)電感：。附加電阻Rf=。短路點距離A牽引變電所越遠，A變電所提供的短路電流數(shù)值越小，短路點越遠離A牽引變電所，這種減小的幅度越不明顯；2. 短路點F越靠近牽引變電站，電流的沖擊過程越明顯，在A變電所出口其提供的短路電流沖擊值最大，短路點與A牽引變電所的距離大到一定數(shù)值的時候，A變電所提供的短路電流的沖擊過程逐漸消失，電流呈一個逐漸上升的過程，最后到一個具體穩(wěn)定數(shù)值，并且短路點與變電所A的距離越遠，其短路電流的上升過程越平緩；3. 總的短路電流的穩(wěn)態(tài)值先減小后增大，當(dāng)短路點在兩個牽引變電所距離中點的時候數(shù)值最??； 4. 由于A、B兩牽引變電所對稱，短路點距離A牽引變電所1km時，A變電所提供的短路電流波形跟短路點距離A牽引變電所2km時B變電所提供的短路電流波形是一致的，、B兩牽引變電所提供的短路電流波形重合。為了能精確的反應(yīng)短路電流的情況，下面建立了考慮 4座變電站影響的短路故障仿真模型見圖447。R1i和L1i為接觸線的電阻與電感，R2i和L2i為鋼軌的內(nèi)電阻與內(nèi)電感，R3i和L3i為接地扁銅電阻與電感（，），LLL3為鋼軌外電感（）。發(fā)生非金屬性短路。圖447 接觸線對扁銅短路模型圖 ，短路波形如下圖圖448:圖448 短路發(fā)生在3號變電站中間位置處，短路波形如下圖圖449：圖449 3號變電站中間位置處短路波形圖 (2) 接觸線對鋼軌短路 短路故障模型見圖450，圖中iiii5分別測取subsystem、subsystemsubsystemsubsystem3供給的短路電流，i3處測取短路總電流，最后把這幾個電流都集中到scope6中顯示出來。 在牽引變電所出口側(cè)無論是接觸線對鋼軌還是接觸線對接地扁銅短路，該牽引變電所提供的短路電流瞬間(10ms左右)就增加到25kA以上，可見發(fā)生金屬性短路故障時，短路電流上升得非常快，對系統(tǒng)危害十分巨大。短路點的短路電流呈上升趨勢，必須在盡量短的時間內(nèi)起動保護裝置，保障系統(tǒng)的安全運行。 直流側(cè)參數(shù)對短路電流的影響直流側(cè)電阻R和電感L是隨短路故障距離改變而改變的。仿真同樣使用matlab/simulink建模，仿真模型如圖453所示，Lx為軌道回路外電感模塊，R1為接觸軌電阻電感模塊，R2為走行軌電阻電感模塊。圖453 直流側(cè)參數(shù)對短路電流的影響模型圖（1）直流側(cè)電阻R=25m，、：圖454 閥側(cè)電感變化影響圖（2） 直流側(cè)電阻L=0mH，電阻R分別為1m、25m、：圖455 閥側(cè)電阻變化影響圖由上圖454 和圖455我們可以看出： 1. 直流側(cè)電感影響短路電流峰值和故障初始電流上升率，隨著直流側(cè)電感的增大，短路故障電流峰值 受到抑制，故障初始電流上升率降低，直流側(cè)電感的變化不影響短路電流穩(wěn)態(tài)值。故障初始電流上升率不受影響。Breaker模塊初始狀態(tài)為斷開，在0，02S時閉合。圖461 短路故障后重合閘模型圖 (1) 模型參數(shù)設(shè)置如下電源、整理機組、接觸線、。脈沖發(fā)生器幅值設(shè)置為1，周期百分比為30%，延時為0S；斷路器設(shè)置初始狀態(tài)為斷開。圖461 輸入電流波形圖圖462 流經(jīng)機車電流波形圖 ~。但是閥側(cè)產(chǎn)生了非常大的沖擊電流。雙邊供電時是由多個變電所供給機車電流，因此發(fā)生類似的重合閘時會產(chǎn)生更大的沖擊電流，對我們的保護系統(tǒng)造成嚴重的損害。 機車啟動仿真在機車的起動、正常運行、制動及過三軌斷口等幾個工況中，機車在起動過程中以及經(jīng)過三軌斷口時，會產(chǎn)生比較大的沖擊電流，可能會和牽引供電系統(tǒng)末端短路電流相似，導(dǎo)致保護裝置的誤動作，因此本文分別對這兩種工況加以仿真分析。 機車啟動電路模型 (1) 電路模型 本文把機車等效為電阻與電感負載建立機車啟動電路模型如圖471所示。 Rx一線路電阻。 機車啟動仿真模型一. 機車啟動仿真模型 機車啟動仿真模型見下圖472，模型中Rc與Lc分別為機車折算的輸出電阻與電感，這里就不一一介紹。圖472 機車啟動仿真模型 由于本文的重點是仿真，所以不計算與介紹機車的參數(shù)，本文采用文獻[11]中計算所得的機車折算輸出電阻值和機車折算輸出電感值進行建模仿真，文獻中考慮機車上有兩臺直線電機同時并聯(lián)起動計算得到Rc=，Lc=。圖473 機車啟動電流波形圖 從上圖看出，幾乎都由離得最近的2號變電所供給，但是由于直線電機的阻抗值較大，因此即使在某變電所近端起動，起動電流仍然呈近似指數(shù)分布，但不具有沖擊特性。比較2號變電所近端啟動電流和距2號變電所遠端短路電流，可以對保護作進一步調(diào)整。24脈波很好的抑制了12脈波中大量含有的113次諧波，%，完全滿足文獻[1]的要求 。另外多變電站供電仿真得到的短路電流要高于兩座變電站供電的短路電流，但是他們都存在一下共性： （1）.短路發(fā)生在近變電所端口時，短路電流成指數(shù)規(guī)律上升，有較大的沖擊性； （2）.當(dāng)短路點在線路中心時，距離相等的變電所供給的電流一樣大，電流上升趨于平緩； （3）.短路點與牽引變電所的距離大到一定數(shù)值的時候，變電所提供的短路電流的沖擊過程逐漸消失，電流呈一個逐漸上升的過程，最后到一個具體穩(wěn)定數(shù)值，并且短路點與變電所的距離越遠，其短路電流的上升過程越平緩； （4）. 總的短路電流的穩(wěn)態(tài)值先減小后增大，當(dāng)短路點在兩個牽引變電所距離中點的時候數(shù)值最小。之后仿真了發(fā)生短路故障后斷路器重合閘過程，發(fā)現(xiàn)重合閘時產(chǎn)生較大的沖擊電流，對線路、機車的保護裝置產(chǎn)生嚴重的威脅。最后本章對機車的啟動做了建模仿真，可以看出機車啟動時電流在短時間內(nèi)上升到一個較大的值，但小于線路遠端短路電流值，另外重仿真圖中看出啟動電流基本都由離得最近的變電所供給，起動電流仍然呈近似指數(shù)分布，但不具有沖擊特性。他能否安全、穩(wěn)定、可靠的運行，不但直接關(guān)系到城市軌道交通的用電，而且還涉及到電力系統(tǒng)能否正常的運行。城市軌道交通一般保護配置如下[15]：（1）35KV環(huán)網(wǎng)電聯(lián)設(shè)置光纜縱聯(lián)差動保護、過電流保護、零序電流保護；35KV母聯(lián)開關(guān)設(shè)過電流保護、零序電流保護。（3）牽引變壓器設(shè)電流速斷保護、過電流保護、零序電流保護、溫度保護、過負荷保護。（5）動力變壓器設(shè)置電流數(shù)段保護、過電流保護、過負荷保護、溫度保護。熱過負荷保護。 下面我們針對地鐵直流牽引供電系統(tǒng)的保護原理與各種保護的配合使用進行分析。為此，必須在牽引變電所的開關(guān)柜內(nèi)安裝直流供電保護裝置，一方面在正常運行狀態(tài)下滿足機車運行的要求，另一方面在直流牽引供電系統(tǒng)發(fā)生故障的情況下，選擇性地迅速切除故障，對確保地鐵系統(tǒng)的安全可靠運行起著至關(guān)重要的作用。由于供電臂在不同地點短路時，牽引饋線上的短路電流幅值和變化率不盡相同，所以要進行多種保護的配合使用，保證接觸網(wǎng)在近端、中端、遠端發(fā)生故障時保護裝置都能及時做出反應(yīng)，同時又要避開列車啟動時啟動電流和列車過接觸網(wǎng)分段時的沖擊電流的影響，使保護系統(tǒng)滿足可靠性、選擇性、靈敏性、速動性的要求。鑒于di/dt+△I保護是未來地鐵保護發(fā)展的趨勢，本章將作重點介紹。如發(fā)生三軌對鋼軌近端直接短路等故障情況，所產(chǎn)生的大的短路電流將對供電系統(tǒng)造成巨大損壞，必須在短路電流達到峰值前切除，保護地鐵設(shè)備的安全。 I 跳閘點 0 51 大電流保護原理圖 t 大電流脫扣保護整定原則 大電流脫扣保護通常按直流饋線峰值電流I過設(shè)定，動作電流整定值: I=KI 其中K一可靠系數(shù)，立即跳閘，其固有動作時間僅有2~4ms。 di/dt+△I保護 di/dt+△I保護原理 di/dt和ΔI保護是根據(jù)故障電流和正常工作電流在上升率這一特征上的不同來實現(xiàn)保護功能的。在啟動后，兩種保護進入各自的延時階段，互不影響，哪個保護先達到動作條件就由它來動作。例如機車正常起動時的起動電流上升率di/dt通常也較大，而遠端短路電流上升率di/dt較小，有可能低于起動電流上升率di/dt，使di/dt保護誤動作，通過設(shè)置延時跳閘的延時時間，可以把短路電流和機車起動電流、負載小電流區(qū)分開來。 圖52表示了一個電流波形在兩種保護整定值下的動作情況。下圖中，a點電流上升率高于di/dt保護整定值時保護啟動。 圖52 di/dt+△I保護原理圖 ΔI電流增量保護在di/dt保護啟動的同時ΔI保護也啟動進入保護延時階段，從ΔI保護啟動的時刻開始繼電器以啟動時刻的電流作為基準(zhǔn)點計算相對電流增量。在計算電流增量的過程中允許電流上升率在相對較短的時間內(nèi)回落到di/dt保護整定值之下。 圖53是ΔI保護針對幾種典型電流的動作情況： 1. 電流A：保護未動作，電流增量雖然超過ΔI整定值，但延時時間不足。 3. 電流C：保護動作，電流增量超過ΔI整定值，延時時間滿足。 4. 電流D：保護未動作，在電流上升的過程中，電流上升率回落到di/dt整定值以下，且超過di/dt返回延時值，因此保護返回。圖53 ΔI保護幾種典型電流的動作分析圖 為了避免保護越區(qū)跳閘，di/dt和ΔI保護必須具有方向性。由于微機型保護繼電器的普及，新一代的繼電器對于正向及反向電流可以有不同的整定值。這樣對于系統(tǒng)可靠性又有了一定的提高。 △I:應(yīng)躲開機車起動時的最大沖擊電流；電流增量返回值△I:應(yīng)大于線路末端短路電流在T時刻達到的電流增量值。（2） di/dt+△I保護的動作值計算 電流上升率啟動值E、電流上升率返回值F以及保護延時時間T的計算如下： E=K