城市轨道交通DC1500V牵引供电系统短路故障分析

西南交通大学

硕士学位论文

城市轨道交通DC1500V牵引供电系统短路故障分析

姓名：黄维军

申请学位级别：硕士

专业：电力电子与电力传动

指导教师：王滢

20100501

摘

力及相关保护与控制技术的基础。要城市轨道交通短路故障的分析与计算是提高牵引供电系统安全运行能

文中首先计算在不同点处短路时稳态短路电流的计算，建立直流牵引供电系统模型，将整流机组等效成带内阻的电压源，利用整流机组外特性计算稳态短路电流。

整流机机组出口处短路故障时，短路电流上升率较快，短路电流暂态冲击现象较明显，研究出口处短路故障是很有意义的。文中通过建立１２脉波整流牵引供电系统的数学模型，推导出出口处短路电流近似表达式，并通过建模仿真验证计算方法的准确性。计算远端短路故障电流时，必须考虑轨道暂态电气参数的变化。由于铁轨的磁导率和尺寸较大，铁轨的暂态电阻和内电感极易受集肤效应的影响，在整个短路过程中是随频率的改变而改变的。文中采用等效圆柱形导体模型，计算铁轨的暂态内阻抗。轨道的外电感反映轨道周围的磁场效应，是指轨道外部空间磁场与电流交链形成的电感，当各牵引网轨道间距以及外部安装环境确定，轨道的外电感就基本确定。远端短路时，直流侧阻抗限制故障电流上升率和故障电流峰值，随着短路距离的增加故障电流峰值消失，短路电流呈指数曲线变化。因此整流机组远端短路故障时，可以不采用详细的交直流计算模型，本文利用简单的直流电压源模型等效计算出远端短路故障电流。

关键词：城市轨道交通；１２脉波整流；稳态短路电流；暂态短路电流；暂态电气参数

Ａｂｓｔｒａｃｔ

ＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆＳｈｏｒｔ－ｃｉｒｃｕｉｔｆａｕｌｔｆｏｒｕｒｂａｎｒａｉｌｔｒａｎｓｉｔｗａｓｕｓｅｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅａｂｉｌｉｔｙｏｆｓａｆｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｒａｃｔｉｏｎｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｓｙｓｔｅｍａｎｄｗａｓｔｈｅｂａｓｉｓｆｏｒｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．

Ｆｉｒｓｔｏｆａｌｌ，ｔｈｅｍｏｄｅｌｏｆＤＣｔｒａｃｔｉｏｎｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｓｙｓｔｅｍｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｒｅｃｔｉｆｉｅｒｕｎｉｔｗａｓｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｔｏａｖｏｌｔａｇｅｓｏｕｒｃｅｗｉｔｈｉｎｔｅｒｎａｌｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｎｄｓｔｅａｄｙ—ｓｔａｔｅｓｈｏｒｔ—ｃｉｒｃｕｉｔｃｕｒｒｅｎｔｗａｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄｗｉｔｈｕｓｉｎｇｔｈｅｅｘｔｅｒｎａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｒｅｃｔｉｆｉｅｒｕｎｉｔ．

Ａｎａｌｙｓｉｓ

ｆａｕｌｔｓａｒｅａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｂｙａｏｆｔｒａｎｓｉｅｎｔｓｈｏｒｔ－ｃｉｒｃｕｉｔｈｉｇｈｒａｔｅｃｕｒｒｅｎｔ，ｃｌｏｓｅ—ｕｐｓｈｏｒｔ－ｃｉｒｃｕｉｔａｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｏｆｃｕｒｒｅｎｔａｎｄｈｉｇｈｐｒｏｓｐｅｃｔｉｖｅ

ｏｎｐｅａｋｆａｕｌｔｃｕｒｒｅｎｔ．Ｉｔｉｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｔｏｒｅｓｅａｒｃｈｔｈｅｃｌｏｓｅ ｕｐｓｈｏｒｔｃｉｒｃｕｉｔｔｒａｎｓｉｅｎｔｓ

ｒａｉｌｗａｙｓ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｏｆｔｈｅｄｅＤＣｓｕｐｐｌｉｅｄｃｕｒｒｅｎｔｓｈｏｒｔ－ｃｉｒｃｕｉｔｆｏｒｃｌｏｓｅ－ｕｐｆａｕｌｔｗａｓｄｅｒｉｖｅｄ．Ｔｈｅｎｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ

ｍｏｄｅｌｉｎｇ．ＣａｌｃｕｌａｔｉｎｇＲｅｍｏｔｅ

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ａｒｅｃｕｒｒｅｎｔ，ｏｎｅｔｈｅｖａｒｙｗｉｔｈｃｕｒｒｅｎｔ．Ｔｈｅｔｈｅｓｅｒｉｅｓｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｓｔｅｅｌｍａｇｎｅｔｉｃｒａｉｌｓｖａｒｉｅｓｗｉｔｈｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｗｉｎｇｔｏｓｋｉｎｅｆｆｅｃｔｂｅｃａｕｓｅｔｈｅｙｌａｒｇｅ

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