寧和城際大勝關(guān)大橋感應(yīng)電壓吸收仿真分析

1、    寧和城際大勝關(guān)大橋感應(yīng)電壓吸收仿真分析    余南摘 要 寧和城際軌道交通一期工程大勝關(guān)橋段與高速鐵路共橋，高鐵交流對地鐵直流1500v系統(tǒng)產(chǎn)生電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)，因此在大勝關(guān)段相關(guān)牽引變電所直流母線設(shè)置感應(yīng)電壓吸收裝置，實現(xiàn)對來自高鐵的感應(yīng)電壓進行吸收，確保地鐵線路正常運行。將可能的接觸網(wǎng)和鋼軌之間的最大感應(yīng)電勢濾除，范圍限制到標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)?！娟P(guān)鍵詞】感應(yīng)電壓 仿真 lc吸收 設(shè)計1 設(shè)計依據(jù)和仿真模型建立通過對寧和城際大勝關(guān)大橋接觸網(wǎng)以及電源等裝置進行分析，采用saber仿真軟件搭建的系統(tǒng)仿真電路圖如圖1所示。2 lc吸收方案的仿真如果選用lc吸

2、收方案，則僅在有機車時可進行投入?？赏ㄟ^檢測牽引線電流獲取是否有機車的信息。在有機車情況下，當(dāng)線路出現(xiàn)感應(yīng)電壓時，lc吸收裝置經(jīng)過一個工頻周期的檢測時間后投入，lc吸收裝置僅在一側(cè)投入，無同步投入問題。在單邊供電時，lc吸收裝置在線路末端投入。若單純采用lc吸收方案，則lc諧振的暫態(tài)過程時間較長，可能無法滿足在100ms的短路時間內(nèi)完成感應(yīng)電壓吸收。所以考慮在lc電路中預(yù)留設(shè)計串聯(lián)電阻r1，并給電容c預(yù)充電。一方面，r1阻值越大，lc諧振的暫態(tài)過程越短，感應(yīng)電壓吸收的響應(yīng)速度越快；另一方面，r1阻值越大，吸收裝置的阻抗越大，感應(yīng)電壓的吸收效果變差。所以，r1的選取因綜合考慮。另外，可考慮在裝置

3、內(nèi)添加放電電阻或預(yù)充電電阻r2，作為電容c的放電電阻和預(yù)充電電阻?？蛇x取串聯(lián)電阻r1=0.5，放電電阻r2=50。吸收裝置原理電路如圖2所示。感應(yīng)電壓吸收裝置的運行方式為：r2在電容c兩端電壓低于1000v時作預(yù)充電電阻使用，開關(guān)s2閉合、開關(guān)s1斷開、開關(guān)s3斷開，讓直流母線對電容c預(yù)充電，當(dāng)電容c兩端電壓接近直流母線電壓時，開關(guān)s1-s3均斷開。當(dāng)檢測到感應(yīng)電壓（國鐵線路發(fā)生短路）并且有機車的情況下，開關(guān)s1閉合、開關(guān)s2斷開、開關(guān)s3斷開，進行感應(yīng)電壓吸收。在對感應(yīng)電壓吸收裝置進行檢修時，開關(guān)s1-s2均斷開、開關(guān)s3閉合，對電容c進行放電。假設(shè)在對電容c預(yù)充電時間內(nèi)檢測到感應(yīng)電壓（國鐵

4、線路發(fā)生短路），則預(yù)充電立即結(jié)束，進行感應(yīng)電壓吸收。該時間段內(nèi)感應(yīng)電壓吸收裝置不起作用，對系統(tǒng)無影響。以下進行l(wèi)c吸收方案的運行仿真。電容c預(yù)充電至1500v。仿真波形中在2.5s處感應(yīng)電壓產(chǎn)生，lc吸收裝置在2.52s投入。在2.6s處感應(yīng)電壓消失，lc吸收裝置在2.62s處切除。單邊供電以左側(cè)供電右側(cè)投入為例，機車位置均位于從左側(cè)駛?cè)?。r1=0.5。仿真波形如圖3所示。通過仿真波形的對比可得如下結(jié)論：當(dāng)高鐵線路發(fā)生短路時，（1）在牽引電源單邊供電，且線路上有地鐵車輛通過時，采用lc吸收裝置后，線路末端和機車端的感應(yīng)電壓經(jīng)過1個工頻周期的檢測和響應(yīng)時間后開始吸收，電壓峰值吸收至1700v以內(nèi)

5、，3個工頻周期后吸收至1600v。（2）流過lc吸收裝置的電流不超過150a，電容c兩端的電壓不超過3000v。3 仿真總結(jié)根據(jù)上述仿真數(shù)據(jù)可得以下總結(jié)：（1）在無吸收裝置情況下，當(dāng)高鐵交流牽引網(wǎng)發(fā)生短路故障時，地鐵的直流母線上存在感應(yīng)電壓問題，牽引電源處的最高感應(yīng)電壓為125v，機車處的最高感應(yīng)電壓為100v，線路末端的最高感應(yīng)電壓為250v。最大直流母線電壓抬升為350v（雙邊供電而地鐵線路無車輛駛過）（2）采用lc吸收方案在接觸網(wǎng)線路有機車情況下對單邊供電和雙邊供電都有較好的吸收效果，且投退邏輯簡單，考慮到吸收的響應(yīng)速度預(yù)留電容預(yù)充電開關(guān)，吸收裝置是否投入對短路電流上升斜率無影響，但在地鐵無機車負(fù)載時投入lc由于供電電源的單向性可能導(dǎo)致接觸網(wǎng)線路諧振能量無回路釋放，一段時間內(nèi)保持較高水平，可能會導(dǎo)致線路設(shè)備過電壓，該結(jié)論需通過實測數(shù)據(jù)進行驗證。4 結(jié)束語根據(jù)以上分析結(jié)論，目前仿真也只提供一種理論依據(jù)，其結(jié)論受制于各種因素如元件模型、線路模型、電路結(jié)構(gòu)等影響，也不能保證建模的完全正確性，所以其仿真結(jié)果需進一步通過實際測試進行驗證。參考文獻1中鐵電化院01大勝關(guān)大橋高鐵對軌道交通直流系統(tǒng)電磁感應(yīng)影響研究中期報告.ppt.2中鐵電化院大勝關(guān)大橋高鐵對軌道交通直流系統(tǒng)電磁感應(yīng)影響研究中期報告20131017.doc.3中鐵電化院大勝關(guān)橋綜合接地系統(tǒng)圖-3（終稿）.d