直流系統(tǒng)短路計(jì)算

1、直流系統(tǒng)短路計(jì)算 1 計(jì)算意義為使直流牽引供電系統(tǒng)在城市軌道交通中更有效的發(fā)揮作用，必須保證繼電保護(hù)的可靠性、選擇性、靈敏性和速動性。而直流系統(tǒng)短路計(jì)算正是城市軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)設(shè)備選型及繼電保護(hù)整定所必須具備的基礎(chǔ)條件。只有在直流系統(tǒng)短路計(jì)算之后，才能夠進(jìn)行直流系統(tǒng)設(shè)備選型與繼電保護(hù)整定。 2 計(jì)算內(nèi)容直流系統(tǒng)短路計(jì)算一般需要計(jì)算以下內(nèi)容：(1) 正常情況下雙邊供電時(shí)，各供電區(qū)間任一點(diǎn)的直流短路電流。(2) 任一中間牽引變電所解列時(shí)，由相鄰牽引變電所構(gòu)成大雙邊供電時(shí)的區(qū)間任一點(diǎn)的直流短路電流。(3) 端頭牽引變電所解列時(shí)，由次端頭牽引變電所單邊供電的區(qū)間任一點(diǎn)的直流短路電流。 3 計(jì)算

2、方法直流牽引供電系統(tǒng)短路計(jì)算有兩種方法：電路圖法和示波圖法，由于示波圖法是建立在工程實(shí)踐基礎(chǔ)之上，通過對現(xiàn)場短路試驗(yàn)所拍攝的示波圖進(jìn)行數(shù)理分析，而計(jì)算出相關(guān)參數(shù)，因此本文僅應(yīng)用電路圖法進(jìn)行直流系統(tǒng)短路計(jì)算。(1) 電路圖法這一方法是針對城市軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)電源多、供電回路多、供電方式多、回路參數(shù)多的特點(diǎn)，按照實(shí)際供電網(wǎng)絡(luò)畫出等效電路圖、進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)變換，在供電網(wǎng)絡(luò)中只包括電阻。再將網(wǎng)絡(luò)變換后的電路圖利用基本定律歐姆定律、基爾霍夫定律進(jìn)行計(jì)算。該方法只能計(jì)算穩(wěn)態(tài)短路電流，而不能計(jì)算供電回路的時(shí)間常數(shù)和短路電流上升率di/dt,這是該計(jì)算方法的不足。 用電路圖法進(jìn)行直流短路計(jì)算需要以下兩個(gè)假設(shè)

3、條件：a 牽引供電網(wǎng)絡(luò)中，電源電壓相同。b 牽引變電所為電源電壓，其內(nèi)阻因不同的短路點(diǎn)而改變，不認(rèn)為是一個(gè)固定值。 用電路圖法進(jìn)行直流短路計(jì)算需要輸入以下三個(gè)條件：a 牽引變電所直流母線電壓（V）；b 牽引變電所內(nèi)阻（）；c 牽引網(wǎng)電阻（）。(2) 牽引變電所內(nèi)阻牽引變電所內(nèi)阻包括以下四個(gè)部分設(shè)備的阻抗：交流中壓電纜、牽引變壓器、整流器、直流電纜。下面介紹從北京地鐵現(xiàn)場短路試驗(yàn)中心總結(jié)出來的，便于工程應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)公式（1-1），其計(jì)算結(jié)果包括了中壓電纜和直流電纜。經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式如下：（ 1-1）式中直流側(cè)額定電壓（kV）；牽引變壓器短路電壓百分值；變壓器容量（MV·A）；牽引整流機(jī)組臺數(shù)

4、；內(nèi)阻系數(shù)，根據(jù)短路點(diǎn)距離牽引變電所的不同距離，可取不同值。 4 計(jì)算過程分析各種供電方式下直流短路電流計(jì)算公式推導(dǎo)如下：(1) 一座牽引變電所單邊供電（不考慮相鄰牽引變電所的影響） 等效電路圖，如圖 1-8所示。圖 1-8 一座牽引變電所單邊供電直流短路等效示意圖 短路電流：（ 1-2）式中牽引變電所母線電壓（V）；牽引變電所內(nèi)阻（）； 接觸網(wǎng)電阻（）；走行軌電阻（上下行并聯(lián)）（）。(2) 一座牽引變電所單邊供電（考慮相鄰一座牽引變電所的影響） 等效電路圖，如圖 1-9所示。圖 1-9 一座牽引變電所單邊供電直流短路等效示意圖（考慮一座相鄰牽引變電所的影響） 網(wǎng)孔電流。根據(jù)KVL定律，對以上

5、電路圖可列方程：網(wǎng)孔1：網(wǎng)孔2：對以上方程求解得：（ 1-3）（ 1-4） 總短路電流：（ 1-5） 各變電所短路電流：（ 1-6）（ 1-7）式中牽引變電所母線電壓（V）；、牽引變電所內(nèi)阻（）；接觸網(wǎng)電阻（）；、走行軌電阻（上下行并聯(lián)）（）；接觸網(wǎng)電阻（上下行并聯(lián)）（）；回路1自阻，（）；回路2自阻，（）。(3) 兩座牽引變電所雙邊供電（不考慮對側(cè)接觸網(wǎng)的影響，不考慮相鄰牽引變電所的影響） 等效電路圖，如圖 1-10所示。圖 1-10 兩座牽引變電所雙邊供電直流短路等效示意圖（不考慮對側(cè)接觸網(wǎng)及相鄰牽引變電所影響） 網(wǎng)孔電流。根據(jù)KVL定律，對以上電路圖可列方程：網(wǎng)孔1：網(wǎng)孔2：對以上方程求

6、解得：（ 1-8）（ 1-9） 總短路電流：（ 1-10）式中牽引變電所母線電壓（V）；、牽引變電所內(nèi)阻（）；、接觸網(wǎng)電阻（）；、走行軌電阻（上下行并聯(lián)）（）；回路1自阻，（）；回路2自阻，（）。(4) 兩座牽引變電所雙邊供電（考慮對側(cè)接觸網(wǎng)的影響，不考慮相鄰牽引變電所的影響） 等效電路圖，如圖 1-11所示。圖 1-11 兩座牽引變電所雙邊供電直流短路等效示意圖（考慮對側(cè)接觸網(wǎng)的影響，不考慮相鄰牽引變電所的影響） 網(wǎng)孔電流。根據(jù)KVL定律，對以上電路圖可列方程：網(wǎng)孔1：網(wǎng)孔2：對以上方程可求得：（ 1-11）（ 1-12） 饋線短路電流。星三角變換電路圖，如圖 1-12所示。圖 1-12 星

7、三角變換電路圖圖中：（ 1-13）（ 1-14）（ 1-15）饋線短路電流如下：（ 1-16）（ 1-17）（ 1-18） 總短路電流：（ 1-19） 各變電所短路電流：（ 1-20）（ 1-21）式中牽引變電所母線電壓（V）；、牽引變電所內(nèi)阻（）；、接觸網(wǎng)電阻（）；、走行軌電阻（上下行并聯(lián)）（）；回路1自阻，（）；回路2自阻，（）。(5) 兩座牽引變電所雙邊供電（考慮對側(cè)接觸網(wǎng)和相鄰牽引變電所的影響） 等效電路圖，如圖 1-13所示。 網(wǎng)孔電流。根據(jù)KVL定律，對以上電路圖可列方程：網(wǎng)孔1：網(wǎng)孔2：網(wǎng)孔3：網(wǎng)孔4：對以上方程求解得：（ 1-22）（ 1-23）(a) 短路等效示意圖(b) 星三角變換后等效示意圖圖 1-13 兩座牽引變電所雙邊供電點(diǎn)直流短路等效示意圖（ 1-24）（ 1-25） 根據(jù)星三角變換，可得各饋線短路電流：（ 1-26）（ 1-27）（ 1-28） 總短路電流：（ 1-29）