直流牵引供电系统的建模以及参数分析.pdf

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1、北京石油化工学院学报第19卷第1期Vo1．19NO．1JournalofBeijingInstituteof2011年3月Mar．2O11Petro—chemicalTechnology直流牵引供电系统的建模以及参数分析张勋李夏青(1．北京化工大学信息科学与技术学院，北京100029；2．北京石油化工学院信息工程学院，北京102617)摘要建立正确的短路模型并对其进行数学描述是研究地铁直流牵引供电系统保护的基础。在分析地铁运行期间牵引供电系统短路电流的衰减振荡波形时发现了电流上升率+电流增量保护(地铁直流

2、牵引供电系统主保护)短路模型的缺陷。结合二阶系统时域分析，建立了地铁短路系统的二阶模型，并对模型进行了数学分析。仿真结果证明该模型对地铁直流牵引供电系统电流上升率+电流增量保护误动作的排除及其相关问题的研究具有十分重要的意义。关键词牵引供电系统；短路电流；二阶系统中图法分类号TM77随着我国城市化进程的加速，城市交通日间的相互配合关系，以保证在直流系统发生短趋紧张。而地铁因其快速、节能以及节省土地路故障时能可靠地切除故障。等特点在城市交通体系中所处的地位日益显(2)直流保护系统应保证在列车正常运行著。由于

3、地铁系统采用的是直流供电，所以直时不会误跳闸而影响列车运行。流牵引供电系统的保护对保证地铁牵引变电所(3)直流保护系统应充分考虑某些特殊的安全可靠地向列车供电起着极其重要的作用。故障。笔者针对大多数城市轨道交通网中普遍采用的故实际运营中一般使用的配置方案如图1主保护即di／dt—AI保护的不足，并结合二阶所示。系统时域分析相关知识对地铁馈线故障中出现的衰减振荡的短路波形进行了建模分析。1地铁牵引供电系统直流馈线保护1．1保护原理目前地铁牵引供电系统直流馈线主流保护基本有以下几种u]：大电流脱扣保护、di／

4、dt一△j图l保护配置逻辑框图保护(电流上升率电流增量保护)、定时限过流保护、双边连跳保护、低电压保护、接触网热力过1．2电流上升率一电流增量保护负荷保护和框架泄漏保护。很多文献在相关方电流上升率一电流增量保护(di／dt—AI面都进行过介绍，笔者在此不一一赘述。为了满保护)作为城市轨道交通网中普遍采用的主保足地铁直流馈线保护的快速性、可靠性、选择性护，是建立在“一阶RL电路”模型的基础上获和灵敏性的要求，各保护之间要能合理地配合，得的，即列车瞬时起动电流和故障电流都可近直流保护系统应考虑下面几个主要因素

5、：似表示为指数函数：(1)直流保护系统应充分考虑各种保护之i—I(1一P)(1)其中为电流最终的稳态值，r为时间常数。收稿日期：201010一l1从式(1)中可以得出以下结论l2]：6北京石油化工学院学报2010年第19卷(1)地铁牵引负荷电流的大小及其变化速京地铁某线路采集到的地铁短路故障信号。率都随时间而变化。图3中的点数比较少，原因是信号的采样(2)机车和牵引网位置等不同时，负荷电流率不高，但是仍能清晰的看出电流的走势和图幅值以及最大变化速率也各相同。2中的完全不同，图3中显示的是个比较明显di／d

6、t—AI保护主要根据故障电流和正常的一阶短路故障，在达到短路稳定值前一直处工作电流的电流变化率不同来实现保护动作。于指数上升阶段，这和图2中电流的衰减振荡di／dt保护与△J保护配合使用，既能切除短路大为不同。电流较大的近端短路电流，也能切除短路电流较小的远端短路电流。其保护特性分为瞬时跳闸和延时跳闸两部分。当故障出现在中近端时，如果△J较大，触发瞬时跳闸动作，而当故障出现在中远端时，则会触发延时跳闸动作。总的来说，di／dt一△保护能有效地识别以及切除大部分故障，但也有其足的地方【。]：(1)当直流馈线

7、距离长、车辆密度大时，有pl盆基《可能出现最大负荷电流大于或等于末端短路图3北京地铁某线故障信号2一电流。㈣o㈣咖(2)一般短路电流变化率大于负荷电流变2二阶系统时域分析化率(包括起动电流)，但远端故障电流变化率凡是以如下微分方程描述的系统称之为二和列车起动时最大电流变化率相接近。当直流阶系统[

8、：馈线很长时，还有可能出现末端短路故障变化率小于负荷电流变化率的情况。—曼+十2‘__+十：f‘。t⋯t)一叫：()(3)一般末端故障电流瞬时跳跃量大于机(2)车起动瞬时跳跃量，当线路长时，也口『能相反。其中r(

9、t)为输入信号，f(f)为其响应。(4)由于di／dt—AI保护是建立在“一阶通过拉氏变换，总能得到它的传递函数RL电路”模型的基础获得的，有可能在对衰减振荡的短路故障电流波形的}只别上产生误动)===一(3)或拒动的现象。其中C()，R()分别为在拉氏变换下的输入、图2为环形铁道试验线进行试验期问捕捉响应，称为阻尼比(相对阻尼系数)，为无阻到的12个故障录波中的1个。尼自振角频率(固有频率)，它们是二阶系统的特征参数。对于式