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(duì)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(xiàn)設(shè)置感應(yīng)電壓吸收裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)來(lái)自高鐵的感應(yīng)電壓進(jìn)行吸收，確保地鐵線(xiàn)路正常運(yùn)行。將可能的接觸網(wǎng)和鋼軌之間的最大感應(yīng)電勢(shì)濾除，范圍限制到標(biāo)準(zhǔn)以?xún)?nèi)?！娟P(guān)鍵詞】感應(yīng)電壓 仿真 lc吸收 設(shè)計(jì)1 設(shè)計(jì)依據(jù)和仿真模型建立通過(guò)對(duì)寧和城際大勝關(guān)大橋接觸網(wǎng)以及電源等裝置進(jìn)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(jī)車(chē)時(shí)可進(jìn)行投入。可通過(guò)檢測(cè)牽引線(xiàn)電流獲取是否有機(jī)車(chē)的信息。在有機(jī)車(chē)情況下，當(dāng)線(xiàn)路出現(xiàn)感應(yīng)電壓時(shí)，lc吸收裝置經(jīng)過(guò)一個(gè)工頻周期的檢測(cè)時(shí)間后投入，lc吸收裝置僅在一側(cè)投入，無(wú)同步投入問(wèn)題。在單邊供電時(shí)，lc吸收裝置在線(xiàn)路末端投入。若單純采用lc吸收方案，則lc諧振的暫態(tài)過(guò)程時(shí)間較長(zhǎng)，可能無(wú)法滿(mǎn)足在100ms的短路時(shí)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(jì)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(guò)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。可選取串聯(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(yùn)行方式為：r2在電容c兩端電壓低于1000v時(shí)作預(yù)充電電阻使用，開(kāi)關(guān)s2閉合、開(kāi)關(guān)s1斷開(kāi)、開(kāi)關(guān)s3斷開(kāi)，讓直流母線(xiàn)對(duì)電容c預(yù)充電，當(dāng)電容c兩端電壓接近直流母線(xiàn)電壓時(shí)，開(kāi)關(guān)s1-s3均斷開(kāi)。當(dāng)檢測(cè)到感應(yīng)電壓（國(guó)鐵線(xiàn)路發(fā)生短路）并且有機(jī)車(chē)的情況下，開(kāi)關(guān)s1閉合、開(kāi)關(guān)s2斷開(kāi)、開(kāi)關(guān)s3斷開(kāi)，進(jìn)行感應(yīng)電壓吸收。在對(duì)感應(yīng)電壓吸收裝置進(jìn)行檢修時(shí)，開(kāi)關(guān)s1-s2均斷開(kāi)、開(kāi)關(guān)s3閉合，對(duì)電容c進(jìn)行放電。假設(shè)在對(duì)電容c預(yù)充電時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到感應(yīng)電壓（國(guó)鐵

4、線(xiàn)路發(fā)生短路），則預(yù)充電立即結(jié)束，進(jìn)行感應(yīng)電壓吸收。該時(shí)間段內(nèi)感應(yīng)電壓吸收裝置不起作用，對(duì)系統(tǒng)無(wú)影響。以下進(jìn)行l(wèi)c吸收方案的運(yùn)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(jī)車(chē)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(guò)仿真波形的對(duì)比可得如下結(jié)論：當(dāng)高鐵線(xiàn)路發(fā)生短路時(shí)，（1）在牽引電源單邊供電，且線(xiàn)路上有地鐵車(chē)輛通過(guò)時(shí)，采用lc吸收裝置后，線(xiàn)路末端和機(jī)車(chē)端的感應(yīng)電壓經(jīng)過(guò)1個(gè)工頻周期的檢測(cè)和響應(yīng)時(shí)間后開(kāi)始吸收，電壓峰值吸收至1700v以?xún)?nèi)

5、，3個(gè)工頻周期后吸收至1600v。（2）流過(guò)lc吸收裝置的電流不超過(guò)150a，電容c兩端的電壓不超過(guò)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(wú)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(shí)，地鐵的直流母線(xiàn)上存在感應(yīng)電壓?jiǎn)栴}，牽引電源處的最高感應(yīng)電壓為125v，機(jī)車(chē)處的最高感應(yīng)電壓為100v，線(xiàn)路末端的最高感應(yīng)電壓為250v。最大直流母線(xiàn)電壓抬升為350v（雙邊供電而地鐵線(xiàn)路無(wú)車(chē)輛駛過(guò)）（2）采用lc吸收方案在接觸網(wǎng)線(xiàn)路有機(jī)車(chē)情況下對(duì)單邊供電和雙邊供電都有較好的吸收效果，且投退邏輯簡(jiǎn)單，考慮到吸收的響應(yīng)速度預(yù)留電容預(yù)充電開(kāi)關(guān)，吸收裝置是否投入對(duì)短路電流上升斜率無(wú)影響，但在地鐵無(wú)機(jī)車(chē)負(fù)載時(shí)投入lc由于供電電源的單向性可能導(dǎo)致接觸網(wǎng)線(xiàn)路諧振能量無(wú)回路釋放，一段時(shí)間內(nèi)保持較高水平，可能會(huì)導(dǎo)致線(xiàn)路設(shè)備過(guò)電壓，該結(jié)論需通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。4 結(jié)束語(yǔ)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(xiàn)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(jìn)一步通過(guò)實(shí)際測(cè)試進(jìn)行驗(yàn)證。參考文獻(xiàn)1中鐵電化院01大勝關(guān)大橋高鐵對(duì)軌道交通直流系統(tǒng)電磁感應(yīng)影響研究中期報(bào)告.ppt.2中鐵電化院大勝關(guān)大橋高鐵對(duì)軌道交通直流系統(tǒng)電磁感應(yīng)影響研究中期報(bào)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