电气化铁路不断电过分相电磁暂态研究

发布时间：2020-10-31 17:45

　　 我国电气化铁路采用交流单相工频换相供电方式,为避免相间短路,线路上每隔一段距离都设置一个电气隔离装置,即电分相。目前,常见的自动过分相方式均存在一定的过电压、铁磁谐振和励磁涌流的暂态问题,危害电气化铁路的安全运行。此外,自动过分相的断电时间长会导致列车速度明显降落,影响运输效率,因此亟需研究一种安全、可靠且断电时间较短的自动过分相技术。首先,梳理了自动过分相的常见方案及其技术特点,从技术发展的角度确定重点研究两种改进的自动过分相方案:采用电子开关代替真空断路器的地面开关过分相方案和基于两电平变流器的柔性过分相方案。这两种方案都具有断电时间短、能有效地抑制暂态过电压等优点,且随着电力电子技术的快速发展,此类方案也具有更广阔的应用前景。然后,分析了牵引供电系统的拓扑结构和过分相方式,总结了已投入运行的三种自动过分相方式和正在研究阶段的各新型过分相方式的技术特点。深入调研了在过分相过程中常见的暂态问题,结合实测数据分析了过电压现象的发生概率和危害程度,并从理论角度对过分相的电磁暂态过程进行了解析与研究。最后,基于Matlab/Simulink仿真平台搭建了列车过分相的仿真模型,并通过计算选取了牵引供电系统和列车主电路模型的参数。针对电子开关过分相方案,提出了用一组反并联IGBT代替真空断路器的地面开关过分相方式,通过对比仿真与实测数据验证了所建模型的准确性。计算了该方案的最小断电时间并给出了在该时间下的仿真结果,分析了开关合闸角度与过电压水平之间的关系。针对暂态过电压现象,提出了并联阻容保护装置的抑制措施,并仿真验证了其在不同合闸角度与不同运行工况下的有效性。针对柔性过分相方案,选取了两电平变流器作为柔性装置的主电路结构,搭建了该方案下仿真模型并给出了变流器的控制策略。研究表明,电子开关过分相方案能够削弱操作过电压问题,且能够缩短列车的断电时间。并联阻容保护装置的抑制方案能够有效抑制不同合闸角度与不同运行工况下的暂态过电压。柔性过分相方案能够良好的实现列车不断电过分相过程,且在此过程中几乎没有暂态现象出现。
【学位单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U223;TM46
【部分图文】：

（或２ｘ２７．５ｋＶ）的单相交流制式。牵引变电所中的牵引变压器将电力系统供出的??２２０ｋＶ?（或ｌｌＯｋＶ）的三相电经三相－两相变化后，降压为２７．５ｋＶ送至牵引网，分??别为牵引供电系统中的上下行动车组供电。牵引供电系统结构示意图如图２－１所??ＴＪｎ?〇??｜ａ?｜ａ????｜ｂ?一?｜ｂ??ｃ?［ｃ??牵引变压器?牵引变压器??电Ｊｔ相????????列车???ｃ）?ｃ?ｙ????图２－１牵引供电方式??Ｆｉｇ．２－１?Ｔｒａｃｔｉｏｎ?ｐｏｗｅｒ?ｓｕｐｐｌｙ??由于我国电力系统采用的是三相供电方式，而牵引系统采用的单相供电方式。??按照电力系统管理要求，我国电气化铁路一般采用单边供电模式，即每两个牵引变??电所之间的供电臂上只能从一端牵引变电所获得电能。因而相邻的两个供电臂在??电气上独立运行。单边供电模式在接触网发生故障时只需切断故障线路，停电范围??较小，且保护装置简单。??５??

同的供电臂上搭载的负荷和容量也不相同，该现象反映到电网中将产生较为严重??的负序问题。为减小单相牵引负荷对三相电力系统不平衡的影响，我国电气化铁路??一般实行相序轮换供电，即相邻的两供电臂上实行Ａ、Ｂ相轮流供电，如图２－２所??不。??变ｇ所１＿?变￥所２＿?变￥所３＿??供电分区?ＭＳ???—Ｈ?Ｔ－Ｌ－?ＩＩ?—Ｈ?Ｈ－?ＩＩ?Ｈ－???接触网?Ａ?Ｂ?Ｂ?ｃ＼?Ｃ?Ａ??回流线?＇分相区??钢轨???图２－２电分相??Ｆｉｇ．２－２?Ｐｈａｓｅ?ｉｎｓｕｌａｔｏｒ??由于相邻供电臂上所搭载的电压相位不同，因此需要在接触网中设置电分相??（或称中性段）。电分相是电气化铁路中的无电区间，其本身不接受牵引变压器的??直接供电。电分相将不同供电臂进行电气隔离，每两端临近的供电臂之间均由电分??相隔开。??我国电气化铁道上通常每隔２０？２５ｋｍ就设置一个电分相，一般设置在牵引变??电所出口及供电臂末端。当供电线路较长时，线路末端的接触网电压则会降低，在??两条供电臂交汇处设置电分相能够使接触网最低电压满足列车的工作要求。当牵??引供电系统中的接触线发生故障时，电分相的存在可以缩小事故影响范围；当变电??所发生故障时，相邻变电所可以进行越区供电。??电分相由接触网部分、车载装置、地面信号装置等组成。在列车运行的上下行??方向设立“禁止双弓”、“断”和“合”的标识牌

件、三组分段绝缘元件和四组分段绝缘元件几种。分相绝缘区的长度一般不小于??３０ｍ。器件式电分相安装于供电分段处末端，列车在通过器件式电分相时必须断开??主断路器。常见的三件组式电分相的结构如图２－３所示。??绝缘子串??Ｉ?Ｉ?Ｉ???ｗｕ＞—?—ｗｐｃ＞￣￣??＾０?１?［－承力索??．４?；?｜?｜?卜??????－７??｜——接触线??＼?９３３０??分相绝缘器件??１８８６０??（单位：ｍｍ）??图２－３三件组式电分相绝缘器??Ｆｉｇ．２－３?Ｐｈａｓｅ?ｉｎｓｕｌａｔｏｒ?ｏｆ?ｔｈｒｅｅ－ｐｉｅｃｅ?ｔｙｐｅ??由于绝缘器件较重，列车通过时需承受一定的机械应力，且受电弓与绝缘器件??经常发生碰撞，容易引起弓网等设备的磨损，故器件式电分相只适合在低速线路接??触网运行，己经难以适应我国高速动车组列车的运行。??２．２．２锚段关节式电分相??带中性段的绝缘锚段关节式电分相是在两或三个锚段间嵌入一个无电的、短??距离的锚段，称为中性段。中性段为受电弓提供运行的轨道，使得列车能够在电分??相处完成换相过程。锚段关节式电分相能够良好的消除器件式电分相造成的接触??网上的硬点，改善弓网关系，提高列车运行速度ｔ｜８］。我国电气化铁道接触网通常采??用的锚段关节式电分相有四跨、六跨、七跨、八跨、九跨、十二跨、十六跨等多种??类型。??为了满足我国电气化铁路高速、重载的运营需要，我国高速铁路线路上的电分??相均采用锚段关节式电分相。锚段关节式电分相在工程应用中的情况［１９］如表２－１所??７??
【参考文献】

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本文编号：2864288