直流牽引供電系統仿真計算畢業設計論文-資料下載頁

　　

【正文】 用matlab/simulink建模，仿真模型如圖453所示，Lx為軌道回路外電感模塊，R1為接觸軌電阻電感模塊，R2為走行軌電阻電感模塊。Inii1分別測得輸入電流、輸出電流。圖453 直流側參數對短路電流的影響模型圖（1）直流側電阻R=25m，、：圖454 閥側電感變化影響圖（2） 直流側電阻L=0mH，電阻R分別為1m、25m、：圖455 閥側電阻變化影響圖由上圖454 和圖455我們可以看出： 1. 直流側電感影響短路電流峰值和故障初始電流上升率，隨著直流側電感的增大，短路故障電流峰值 受到抑制，故障初始電流上升率降低，直流側電感的變化不影響短路電流穩態值。 ，隨著直流電阻值的增大，故障暫態電流峰值得到抑制，穩態短路電流幅值顯著降低。故障初始電流上升率不受影響。 短路故障沖擊電流仿真 在Matlab/Simulink仿真平臺下搭建如圖461模型，Subsystem模型為24脈波整流器的模型經Edit—Creat Subsystem轉換而得，模型中Lx為軌道外電感、RL1為線路電阻與內感、RL2為走行軌電阻與電感、Rf為附加電阻、Rc為負載。Breaker模塊初始狀態為斷開，在0，02S時閉合。仿真模型中ini1測得輸入電流、i1測得流經機車電流、V2測得機車兩端電壓。圖461 短路故障后重合閘模型圖 (1) 模型參數設置如下電源、整理機組、接觸線、。設機車處在距離變電所500m處。脈沖發生器幅值設置為1，周期百分比為30%，延時為0S；斷路器設置初始狀態為斷開。 (2) 仿真波形圖通過仿真得到輸入電流波形圖如下圖461，流經機車電流波形圖如圖462 。圖461 輸入電流波形圖圖462 流經機車電流波形圖 ~。圖463 ~ (3) 仿真結果分析 通過上面的仿真我們可以看出，在單邊供電時候，斷路器的重合閘時網側供給電流雖然有較大變化但是不會影響到線路的安全。但是閥側產生了非常大的沖擊電流。這對機車的保護裝置是一個非常大的考驗。雙邊供電時是由多個變電所供給機車電流，因此發生類似的重合閘時會產生更大的沖擊電流，對我們的保護系統造成嚴重的損害。從以上仿真我們也可以推算出機車在過三軌斷口時也會產生相當大的沖擊電流，所以我們需要設置緩沖電路，延緩沖擊電流的上升速度，減少事故的發生、確保機車的安全運行。 機車啟動仿真在機車的起動、正常運行、制動及過三軌斷口等幾個工況中，機車在起動過程中以及經過三軌斷口時，會產生比較大的沖擊電流，可能會和牽引供電系統末端短路電流相似，導致保護裝置的誤動作，因此本文分別對這兩種工況加以仿真分析。采用直線電機的地鐵車輛，在機車牽引、爬坡能力等都較旋轉電機強，同時降低了振動噪音、減少了車輛斷面尺寸，從而節約了運行維護費用以及工程造價，是地鐵機車發展的新方向，因此本文擬對采用直線牽引電機的某單列動車編組的地鐵車輛的起動及過三軌斷口進行仿真分析。 機車啟動電路模型 (1) 電路模型 本文把機車等效為電阻與電感負載建立機車啟動電路模型如圖471所示。圖 471 機車啟動電路模型圖 其中: U一整流輸出直流電壓。 Rx一線路電阻。 Lx一線路電感； L一機車上的濾波器電感； Rc一機車折算輸出電阻值； Lc一機車折算輸出電感值。 機車啟動仿真模型一. 機車啟動仿真模型 機車啟動仿真模型見下圖472，模型中Rc與Lc分別為機車折算的輸出電阻與電感，這里就不一一介紹。區分機車近端啟動電流和線路末端短路電流是保護中必須保證的一點，所以對機車在近端啟動做仿真實驗很有必要。圖472 機車啟動仿真模型 由于本文的重點是仿真，所以不計算與介紹機車的參數，本文采用文獻[11]中計算所得的機車折算輸出電阻值和機車折算輸出電感值進行建模仿真，文獻中考慮機車上有兩臺直線電機同時并聯起動計算得到Rc=，Lc=。設機車在距離2號變電所100m處啟動，通過仿真得到如圖463所示的啟動電流波形圖。圖473 機車啟動電流波形圖 從上圖看出，幾乎都由離得最近的2號變電所供給，但是由于直線電機的阻抗值較大，因此即使在某變電所近端起動，起動電流仍然呈近似指數分布，但不具有沖擊特性。，當短路發生在距2號變電所100m時3號變電所提供的短路電流約為5000A，當短路發生在距離2號變電所遠端也就是3號變電所近端時，2號變電所提供的短路電流約為5000A。比較2號變電所近端啟動電流和距2號變電所遠端短路電流，可以對保護作進一步調整。 本章小結 本章在Matlab/Simulink環境下建立了12/24脈波整流電路真模型，首先對12脈波、24脈波整流電路的空載、帶負載電路模型就行了仿真分析比較，得出了12脈波和24脈波主要以12K1和24K1次諧波為主。24脈波很好的抑制了12脈波中大量含有的113次諧波，%，完全滿足文獻[1]的要求 。其次本章對24脈波牽引整流電路（兩座變電所供電）和考慮多個變電所供電電路在不同點發生短路故障做了仿真分析，仿真得到的電流大小與第三章建模計算得到的電流值相符，證明了建模計算的正確性。另外多變電站供電仿真得到的短路電流要高于兩座變電站供電的短路電流，但是他們都存在一下共性： （1）.短路發生在近變電所端口時，短路電流成指數規律上升，有較大的沖擊性； （2）.當短路點在線路中心時，距離相等的變電所供給的電流一樣大，電流上升趨于平緩； （3）.短路點與牽引變電所的距離大到一定數值的時候，變電所提供的短路電流的沖擊過程逐漸消失，電流呈一個逐漸上升的過程，最后到一個具體穩定數值，并且短路點與變電所的距離越遠，其短路電流的上升過程越平緩； （4）. 總的短路電流的穩態值先減小后增大，當短路點在兩個牽引變電所距離中點的時候數值最小。 在放在直流側參數對短路電流的影響時我們發現：直流側電感影響短路電流峰值和故障初始電流上升率；直流側電阻影響穩態短路電流值和短路故障電流峰值。之后仿真了發生短路故障后斷路器重合閘過程，發現重合閘時產生較大的沖擊電流，對線路、機車的保護裝置產生嚴重的威脅。所以需要加入緩沖電路。最后本章對機車的啟動做了建模仿真，可以看出機車啟動時電流在短時間內上升到一個較大的值，但小于線路遠端短路電流值，另外重仿真圖中看出啟動電流基本都由離得最近的變電所供給，起動電流仍然呈近似指數分布，但不具有沖擊特性。  第5章 直流牽引供電系統保護 地鐵牽引供電系統保護概述 城市軌道交通供電是電力系統的一部分，它包括變電、輸電、配電和用電環節。他能否安全、穩定、可靠的運行，不但直接關系到城市軌道交通的用電，而且還涉及到電力系統能否正常的運行。因此我們要對城市軌道交通可能發生的故障進行有針對性的防范和采取全面的保護措施。城市軌道交通一般保護配置如下[15]：（1）35KV環網電聯設置光纜縱聯差動保護、過電流保護、零序電流保護；35KV母聯開關設過電流保護、零序電流保護。（2）35KV 母線設過壓、失壓保護。（3）牽引變壓器設電流速斷保護、過電流保護、零序電流保護、溫度保護、過負荷保護。（4）整流機組設置整流器二極管保護。（5）動力變壓器設置電流數段保護、過電流保護、過負荷保護、溫度保護。（6）直流饋線設置大電流脫扣保護、雙邊聯跳保護、di/dt和△I保護、定時限電流保護、低電壓保護。熱過負荷保護。另設置直流設備框架泄漏保護供全所直流設備共用。 下面我們針對地鐵直流牽引供電系統的保護原理與各種保護的配合使用進行分析。地鐵直流牽引供電系統在運行過程中，可能發生各種故障和不正常運行狀態，這都可能引起事故的發生，對電氣設備和人身安全造成威脅，影響整個系統的安全運行。為此，必須在牽引變電所的開關柜內安裝直流供電保護裝置，一方面在正常運行狀態下滿足機車運行的要求，另一方面在直流牽引供電系統發生故障的情況下，選擇性地迅速切除故障，對確保地鐵系統的安全可靠運行起著至關重要的作用。饋線連接著整流變壓器和接觸線，保護裝置主要對流經它的電流等參數進行檢測，以判斷系統是否處于正常運行狀態。由于供電臂在不同地點短路時，牽引饋線上的短路電流幅值和變化率不盡相同，所以要進行多種保護的配合使用，保證接觸網在近端、中端、遠端發生故障時保護裝置都能及時做出反應，同時又要避開列車啟動時啟動電流和列車過接觸網分段時的沖擊電流的影響，使保護系統滿足可靠性、選擇性、靈敏性、速動性的要求。直流饋線一般設置大電流脫扣保護、雙邊聯跳保護、di/dt和△I保護、定時限電流保護、低電壓保護、熱過負荷保護。鑒于di/dt+△I保護是未來地鐵保護發展的趨勢，本章將作重點介紹。 大電流脫扣保護 大電流脫扣保護原理 大電流脫扣保護屬于直流快速斷路器自帶的本體保護，原理如圖51，只要設置動作電流和動作延時時間即可，在一般情況下可以設置為零，單位為毫秒，以達到快速跳閘的目的。如發生三軌對鋼軌近端直接短路等故障情況，所產生的大的短路電流將對供電系統造成巨大損壞，必須在短路電流達到峰值前切除，保護地鐵設備的安全。供電區間發生近端短路時，電流上升率di/dt很大，一般來講，大電流脫扣保護快速動作以確保短路電流在達到穩態值之前將其快速切斷，如果短路故障發生在中遠端，di/dt較小，大電流脫扣保護動作時間將延長，對供電設備不利，因此一般作為近端短路的主保護。 I 跳閘點 0 51 大電流保護原理圖 t 大電流脫扣保護整定原則 大電流脫扣保護通常按直流饋線峰值電流I過設定，動作電流整定值: I=KI 其中K一可靠系數，立即跳閘，其固有動作時間僅有2~4ms。所以大電流脫扣保護非常靈敏，尤其對于電流上升非常快的近端短路，往往最先動作。 di/dt+△I保護 di/dt+△I保護原理 di/dt和ΔI保護是根據故障電流和正常工作電流在上升率這一特征上的不同來實現保護功能的。在實際運用中，di/dt和ΔI是通過相互配合來實現保護功能的，而且這兩種保護的啟動條件通常都是同一個預定的電流上升率。在啟動后，兩種保護進入各自的延時階段，互不影響，哪個保護先達到動作條件就由它來動作。一般情況下，di/dt保護主要針對中遠距離的非金屬性短路故障，ΔI主要針對中近距離的非金屬性短路故障。例如機車正常起動時的起動電流上升率di/dt通常也較大，而遠端短路電流上升率di/dt較小，有可能低于起動電流上升率di/dt，使di/dt保護誤動作，通過設置延時跳閘的延時時間，可以把短路電流和機車起動電流、負載小電流區分開來。以下詳細介紹兩種保護的動作過程。 圖52表示了一個電流波形在兩種保護整定值下的動作情況。在圖中分別用A和B來代表這兩種情況。下圖中，a點電流上升率高于di/dt保護整定值時保護啟動。在b點，對情況A來說保護延時達到di/dt保護延時整定值，且在ab間電流上升率始終高于di/dt保護整定值時保護動作；對于情況B，在c點，電流上升率回落到保護整定值以下而此時保護延時整定值尚未達到，保護返回。 圖52 di/dt+△I保護原理圖 ΔI電流增量保護在di/dt保護啟動的同時ΔI保護也啟動進入保護延時階段，從ΔI保護啟動的時刻開始繼電器以啟動時刻的電流作為基準點計算相對電流增量。若電流升率一直維持在di/dt保護整定值之上，在達到ΔI保護的延時整定值后電流增量達到ΔI保整定值，則保護動作。在計算電流增量的過程中允許電流上升率在相對較短的時間內回落到di/dt保護整定值之下。只要這段時間不超過di/dt返回延時整定值，則保護不返回；反之保護返回。 圖53是ΔI保護針對幾種典型電流的動作情況： 1. 電流A：保護未動作，電流增量雖然超過ΔI整定值，但延時時間不足。 2. 電流B：保護動作，電流增量超過ΔI整定值，延時時間滿足。 3. 電流C：保護動作，電流增量超過ΔI整定值，延時時間滿足。在電流上升的過程中，雖然電流上升率曾經回落到di/dt整定值以下，但未達到di/dt返回延時值，因此保護未返回。 4. 電流D：保護未動作，在電流上升的過程中，電流上升率回落到di/dt整定值以下，且超過di/dt返回延時值，因此保護返回。在e點保護重新啟動，并以e點作為新基準點。圖53 ΔI保護幾種典型電流的動作分析圖 為了避免保護越區跳閘，di/dt和ΔI保護必須具有方向性。一些舊型號的保護繼電器對于反向電流是不會動作的。由于微機型保護繼電器的普及，新一代的繼電器對于正向及反向電流可以有不同的整定值。一般來說，反向電流的整定值比正向電流的整定值大得多。這樣對于系統可靠性又有了一定的提高。 di/dt+△I保護的整定計算 （1） di/dt+△I保護的整定原則 ，應躲過機車起動時的最大電流上升率；電流上升率返回值F的整定，應小于被保護線路末端短路電流的最大電流上升率。 △I:應躲開機車起動時的最大沖擊電流；電流增量返回值△I:應大于線路末端短路電流在T時刻達到的電流增量值。 ，應躲過機車的起動或過三軌斷口電流沖擊時間。（2） di/dt+△I保護的動作值計算 電流上升率啟動值E、電流上升率返回值F以及保護延時時間T的計算如下： E=K2（di/dtqd）