刘炜涛
成都地铁运营有限公司 四川成都 610000
摘要：直流系统发生短路故障时，按短路点位置分为近端短路和远端短路。直流牵引供电系统近端短路会产生一个很大的暂态冲击电流，该暂态冲击电流对整流机组的正常换阀过程以及系统交直流侧相关计算参数都会产生很大的影响，而系统发生远端短路时，并不会出现与近端短路相似的一个很大的冲击电流，通常在计算其暂态情况下要考虑一个比较完备的计算模型，以减小实际短况下的误差。也就是说暂态冲击电流现象随着短路点距离的增加逐渐消失，转而呈现出相似于指数关系变化的曲线。本文简单分析了两种短路情况的仿真模型，对直流系统短路分析提供参考。
关键字：近端，远端，暂态，仿真模型
1. 近端短路故障分析
2个6脉波整流电路并联就组成12脉波整流电路，这样就可划分为2组工作，每组等同于一个6脉波整流系统。当直流侧短路故障时，每组6脉波整流系统的变压器二次侧电流三相对称，流入直流侧的电流为6相电流瞬时最大值。
1.1直流牵引网近端短路故障仿真模型
Lout为轨道外部电感(0.78mH／km)：RL3表示架空接触网电阻(0.031 ／km)和内电感(2.7329mH／km)；RL1、RL2表示走行轨电阻(0.023 ／km)和内电感(1.78mH/km)，以为故障过渡电阻(0.004 )。
图2 直流牵引网近端短路仿真电流
2. 远端短路故障分析
随着发生故障短路距离的增大故障电流峰值就会慢慢消失，短路电流类似呈现与指数曲线变化的关系，远端短路时，交流侧阻抗和直流侧故障阻抗能限制和阻碍故障电流的初始上升率和故障峰值电流大小。交直流侧电感电阻参数变化对短路故障电流会产生很大的影响，而在现场中，整流器出口端发生短路故障的几率是很小的，觉大多数短路故障发生在远端。因此12脉被整流机组发生远端短路故障时，我们可以不采用比较详细的交直流短路计算模型，而采用相对简单的直流电压源模型等效电压源去计算远端短路的故障电流，等效远端短路模型如图所示，交流侧等效成为直流电压源串联电阻和电感。
2.1 不考虑轨道阻抗参数的暂态变化
等效模型不仅可以计算远端短路故障电流的大小，而且还可以估算近端短路故障时的初始电流上升率，在故障初始时刻，计算和仿真的电流上升率基本一致，随着距离的增加，暂态冲击现象逐渐消失。采用轨道直流电阻和工频电感，计算短路故障电流。当达到稳态时，计算方法中等效阻抗的折算仅考虑12脉波整流器运行在初始线性区段，实际上随着电流的增大整流器会运行在其它工作区段，同时随着短路距离的增加稳态短路电流误差会减小，计算和仿真存在偏差。
2.2 考虑轨道阻抗参数的暂态变化
发生短路故障在初始状态时有很大的差异，由于考虑集肤效应时，初始阶段轨道暂态内电感值较稳态值小，导致初始电流上升率会相对较大，不过随着时间的推移集肤效应的影响会逐渐减弱，此后轨道暂态电阻电感值会趋于稳态值。
考虑集肤效应对铁轨阻抗的影响，交流侧模型简化为等效直流电压源和等效阻抗的串联。需要准确计算远端短路故障电流时，必须考虑牵引网轨道电气参数的暂态变化过程。
3. 直流牵引网远端短路故障仿真模型
与近端短路不同的是，远端短路受交流侧参数影响较小，主要是直流侧的相关参数对其故障电流有明显作用。通常情况下分析短路故障的稳态过程，可以利用整流机组的外特性，计算在不同点处发生短路时稳态短路电流。整流器出口处短路，直流侧阻抗近似为零，只需研究交流侧参数对故障电流的影响。分析远端短路故障时，设定整流机组工作在初始线性区段，实际上随着短路距离的增加，整流机组会工作在其它区段，导致交流侧简化模型计算短路故障电流会带来误差，但随着故障距离的增加，这种简化处理的方式带来的误差会逐渐减小的。远端短路故障时，随着短路距离的增加故障电流峰值消失，短路电流类似呈指数曲线变化，因此分析远端短路故障时，用简单的直流电压源模型串联电阻电感等效计算远端短路电流。计算地铁远端短路的整流变电所等效模型，直流电压源串联一个常数阻抗：其中提供的参数DC=1640V，RL3阻感模块中R=0.004，L=57.59uH；其它参数如近端短路参数相同。
参考文献：
[1]董海燕，田铭兴.地铁24 脉波整流机组的仿真及谐波电流分析，2010.
[2]廖永衡，冯晓云.地铁供电系统直流侧短路暂态过程分析.电力电子技术，2009.
[3]黄维军.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，2010.
[4]刘炜，李群湛，李良威.基于多折线外特性模型的直流牵引供电系统稳态短路计算，2008.1.
论文作者:刘炜涛
论文发表刊物:《防护工程》2018年第25期
论文发表时间:2018/12/7
标签：电流论文; 故障论文; 远端论文; 模型论文; 阻抗论文; 电感论文; 稳态论文; 《防护工程》2018年第25期论文;