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)以內(nèi)。

【關(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吸收方案，則僅在有機(jī)車時(shí)可進(jìn)行投入?？赏ㄟ^(guò)檢測(cè)牽引線電流獲取是否有機(jī)車的信息。在有機(jī)車情況下，當(dāng)線路出現(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=0.5Ω，放電電阻R2=50Ω。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)，讓直流母線對(duì)電容C預(yù)充電，當(dāng)電容C兩端電壓接近直流母線電壓時(shí)，開(kāi)關(guān)S1-S3均斷開(kāi)。當(dāng)檢測(cè)到感應(yīng)電壓（國(guó)鐵線路發(fā)生短路）并且有機(jī)車的情況下，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)鐵線路發(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LC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)車位置均位于從左側(cè)駛?cè)搿1=0.5Ω。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)高鐵線路發(fā)生短路時(shí)，

（1）在牽引電源單邊供電，且線路上有地鐵車輛通過(guò)時(shí)，采用LC吸收裝置后，線路末端和機(jī)車端的感應(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以內(nèi)，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)車處的最高感應(yīng)電壓為100V，線路末端的最高感應(yīng)電壓為250V。最大直流母線電壓抬升為350V（雙邊供電而地鐵線路無(wú)車輛駛過(guò)）

（2）采用LC吸收方案在接觸網(wǎng)線路有機(jī)車情況下對(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）.dwg》.

作者單位

1.南瑞集團(tuán)有限公司（國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院有限公司） 江蘇省南京市 210003

2.國(guó)電南瑞科技股份有限公司 江蘇省南京市 210000endprint