基于DDRTS的高速铁路全并联AT牵引供电系统研究

引用本文

郭旭刚, 郭晨曦, 李强, 杨斯泐, 王坤. 基于DDRTS的高速铁路全并联AT牵引供电系统研究[J]. 北京交通大学学报, 2017,41(2): 123-130.
GUO Xugang, GUO Chenxi, LI Qiang, YANG Sile, WANG Kun. Study of high-speed railway AT traction power supply system based on DDRTS[J]. JOURNAL OF BEIJING JIAOTONG UNIVERSITY, 2017,41(2): 123-130.
Doi:10.11860/j.issn.1673-0291.2017.02.020 复制到剪切板

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基于DDRTS的高速铁路全并联AT牵引供电系统研究

郭旭刚, 郭晨曦, 李强, 杨斯泐, 王坤

中国铁道科学研究院机车车辆研究所,北京100081

第一作者:郭旭刚(1986—),男,山西高平人,硕士.研究方向为铁路牵引供电.email:xgguo@bjtu.edu.cn.

收稿日期: 2016-09-09

基金: 中国铁道科学研究院基金(2016YJ008)

摘要

牵引供电系统是高速铁路的重要子系统之一,其安全和高效地运行是高速铁路可靠性运行的重要保障.本文详细讨论其数学等值模型,基于DDRTS(数字动态实时仿真)搭建了全并联AT高速铁路牵引供电仿真系统,进行不同类型的短路故障模拟仿真并与现场实测试验数据对比.试验和仿真结果表明:基于DDRTS建立的全并联AT牵引供电仿真系统,能够准确模拟实际供电线路不同故障情况下的电流分布情况.此系统的建立为牵引供电系统工程设计和应用提供重要的理论依据.

关键词: AT供电系统; 数字动态实时仿真; 电流分布

中图分类号:TM461 文献标志码:A 文章编号:1673-0291(2017)02-0123-08

Study of high-speed railway AT traction power supply system based on DDRTS

GUO Xugang, GUO Chenxi, LI Qiang, YANG Sile, WANG Kun

Locomotive & Car Research Institute, China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081, China

Fund:China Academy of Railway Sciences Fund(2016YJ008)

Abstract

Traction power supply system is an important subsystem of high-speed railways. Its safe and efficient operation is an important guarantee for the reliability of the high-speed railway.This article discusses the detail mathematical and circuit equivalent model of traction power supply system,builds a all-paralleling AT traction power supply simulation system based on DDRTS (Digital Dynamic Real-Time Simulator), analyzes and compares various types of faults with practical test. Simulation and experimental tests show that the system can accurately simulate current distribution under different types of actual faults and the different locations of actual faults. The system can provide the important theoretical basis for engineering design and application.

Keyword: AT traction power supply system; digital dynamic real-time simulator; current distribution

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随着我国高速铁路发展及走出去步伐的加快, 高速铁路正处于快速建设和发展的重要阶段, 牵引供电系统是高速铁路的重要子系统之一, 其安全、可靠和高效地运行是高速铁路稳定运行的重要保障.同时也对高速铁路牵引供电系统设计提出更高要求, 现行的设计手段已难以满足, 采用牵引供电系统的数字仿真可显著提升设计效率和提高设计精度.

研究证明:PSCAD、Matlab作为电磁暂态仿真软件^[1]已经发展到比较成熟的阶段, 但是更多局限于理论计算仿真, 且存在模型误差, 难以应用工程实践.本文作者结合电力系统数字动态实时仿真软件, 搭建了高速铁路AT牵引供电系统仿真模型.该仿真系统能够实时仿真计算牵引供电系统各种运行方式及不同工况下牵引负荷、供电能力和接触网电压水平等技术指标.与此同时, 该软件还可以配合硬件半实物仿真输出, 进行继电保护装置、安全自动装置和测量控制装置等进行闭环和谐波测试试验, 此软件及半实物装置已广泛应用与于电力系统测试中.

1 数字动态实时仿真软件

从技术发展的总体趋势上看, 用“ 数字” 替代“ 模拟” , 用“ 软件” 替代“ 硬件” 代表技术发展的趋势.DDRTS基于WINDOWS操作系统, 软件系统的功能扩展更为灵活, 是一套基于微机的电磁暂态仿真和实时闭环测试的数字实时仿真系统.同时DDRTS为国内自主开发, 能提供及时完善的技术支持和服务, 具备完全自主知识产权.

DDRTS系统基于电磁暂态仿真理论建立了各电路元件的数学模型, 通过数字仿真可以方便地研究实际系统的各种稳态、暂态和动态过程.DDRTS可以进行控制系统的动态仿真, 且系统中的断路器元件可以模拟断路器的实际操作, 并可以设定断路器的动作时间和合闸电阻.在DDRTS系统中, 通过故障元件可以任意指定故障发生的时刻、类型和位置, 并可以指定故障持续的时间和过渡电阻, 能够设置各种相别的模拟金属性接地故障、带电阻故障、瞬时性故障和永久性故障.通过指定不同故障元件的时序, 可以很容易模拟牵引网不同地点不同类型的故障.

2 高速铁路AT牵引供电系统

目前, 国内主干线高速铁路大部分采用全并联AT供电方式, 沿途每隔12~15 km左右分别设置有牵引变电所、AT所和分区所, AT供电示意图如图1所示.

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	图1 AT供电示意图Fig.1 AT traction power supply system illustration

AT供电方式在保证动车组正常供电的情况下, AT中性点引出与钢轨大地连接, 接触网与正馈线间电压为55 kV.与传统直供方式相比, 绝缘水平相等, 但供电能力提高约一倍; 且对周边通信的电磁干扰小, 供电质量提高, 利于动车组的高速运行.

全并联AT供电方式, 是将复线AT供电方式的上下行牵引网的接触线(T)、钢轨(R)和正馈线(F)在变电所出口处及各个AT所处通过横联线并联起来, 并且在工程实际应用中, 钢轨和保护地线在每一AT段有多处进行横向电连接.全并联AT供电方式空间结构如图2所示, 各条线路较多且线路间存在电磁的耦合, 导致牵引网电气连接更加复杂, 电流流通方向和路径更多.

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	图2 AT供电方式牵引网空间分布图Fig.2 Traction network spatial distribution

全并联AT牵引供电系统实际上可以看作一个阻抗系统, 对系统的建模关键在于确定整个系统包括牵引变压器、自耦变压器及线路接触网等的阻抗参数值.全并联AT牵引供电方式各回流分布主要取决于整个牵引供电系统的电气参数、线路空间分布及各所亭的相对位置.

为方便研究接触网故障时整个牵引供电系统中电流分配情况, 将整个单线AT供电系统的承力索、接触线、正馈线、保护线和两根钢轨, 以及辅助连接线等回流导体进行了适当的简化, 各导体间电气连线如图3所示.

牵引供电系统故障时暂不考虑回流在钢轨和回流线中的分布^{[2, 3]}, 将各回流线及钢轨等效为一根导体, 即R线; 将承力索和接触线等效为T线.

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	图3 AT供电方式牵引网模型Fig.3 AT traction network model

3 变压器参数计算

3.1 牵引变压器参数计算

图1中的二次侧中点抽出式单相变压器可以看作一个单相三绕组变压器, 其磁通分布如图4所示.磁通分为主磁通和漏磁通, 漏磁通又分为自漏磁通和互漏磁通, 图4中 $Φ$ 为主磁通, $Φ_{220}$ 、 $Φ_{T}$ 、 $Φ_{F}$ 为各自绕组的自漏磁通, $Φ_{220 / T}$ 、 $Φ_{220 / F}$ 、 $Φ_{T / F}$ 分别为各绕组间的互漏磁通.

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	图4 三绕组变压器磁通分布Fig.4 Three-winding transformer flux distribution

按照绕组归算的原则, 将二次侧绕组归算到一次220侧^{[4, 5, 6, 7]}, 归算值用带有“ * ” 表示, 可列写变压器磁动势方程为

${\overset{•}{I}}_{220} + \overset{•}{I_{T}^{*}} + \overset{•}{I_{F}^{*}} = {\overset{•}{I}}_{m} (1)$

三绕组的电压传递方程可列写为:

$\{\begin{array}{l} {\overset{•}{U}}_{220} = {\overset{•}{I}}_{220} (R_{220} + j X_{220}) + j \overset{•}{I_{T}^{*}} X_{220 / T}^{*} + \\ j \overset{•}{I_{F}^{*}} X_{220 / F}^{*} + {\overset{•}{I}}_{m} (R_{m} + j X_{m}) \\ \overset{•}{U_{T}^{*}} = \overset{•}{I_{T}^{*}} (R_{T}^{*} + j X_{T}^{*}) + j {\overset{•}{I}}_{220} X_{220 / T}^{*} + \\ j \overset{•}{I_{F}^{*}} X_{T / F}^{*} + {\overset{•}{I}}_{m} (R_{m} + j X_{m}) \\ {\overset{•}{U}}_{F}^{*} = \overset{•}{I_{F}^{*}} (R_{F}^{*} + j X_{F}^{*}) + j {\overset{•}{I}}_{220} X_{220 / F}^{*} + \\ j \overset{•}{I_{T}^{*}} X_{T / F}^{*} + {\overset{•}{I}}_{m} (R_{m} + j X_{m}) \end{array} (2)$

式中, $R_{m}$ 、 $X_{m}$ 分别为激磁电阻和激磁电抗.

根据式(1)和式(2)可以画出变压器的等效电路, 如图5所示.

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	图5 三绕组变压器等效电路Fig.5 Three-winding transformer equivalent circuit

图5中等效电路存在激磁阻抗和互漏抗的影响, 计算较为复杂.因为变压器的激磁电流很小, 为了简化计算可以忽略不计, 可将激磁回路开路处理^[8].但是等效电路中还存在3个互感电抗的影响, 为了进一步简化等效电路, 文献[4]通过推到计算, 可用3个无互感电抗代替原来的有自漏抗和互漏抗的星形电抗, 其近似等效电路如图6所示.

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	图6 三绕组变压器近似等效电路Fig.6 Three-winding approximation equivalent circuit

图6中近似等效电路中的电抗发生了变化, 图中带“ 〞” 电抗表示近似等效后的变压器各个绕组的等效漏抗, 其重要参数等效漏电阻和漏电抗可以通过各个绕组间的3次短路试验^{[9, 10, 11]}来测定.

牵引变压器采用DDRTS中三绕组变压器模块, 根据现场测试牵引主变压器名牌参数, 设置牵引变压器短路阻抗电压为 $U_{d} % = 10.5 %$ , 额定容量 $S_{T} = 31.5 MVA$ .

3.2 自耦变压器参数计算

自耦变压器中一次绕组和二次绕组有一部分绕组是公共绕组, 这样的变压器不仅绕组间存在磁耦合, 而且存在电的直接关系.本文采用单相双绕组变压器一次和二次绕组串联起来见图7(a)中虚线, 构成自耦变压器见图7(b).

由单相双绕组变压器构成的一台自耦变压器仍可通过等效计算其等效漏阻抗, 但系统的额定容量发生了变化^{[12, 13]}.设单相双绕组变压器一次、二次绕组匝数分别为 $N_{1}$ 、 $N_{2}$ , 额定电压电流分别为 $U_{1 N}$ 、 $U_{2 N}$ 、 $I_{1 N}$ 、 $I_{2 N}$ , 电压比 $k_{a} = N_{1} / N_{2}$ , 单相双绕组变压器额定容量 $S_{a} = U_{1 N} I_{1 N} = U_{2 N} I_{2 N}$ .新构成的自耦变压器电压比 $k_{b}$ 变为

$k_{b} = (N_{1} + N_{2}) / N_{1} = 1 + 1 / k_{a} (3)$

新构成的自耦变压器额定容量变为

$\begin{array}{l} S_{b} = (U_{1 N} + U_{2 N}) I_{2 N} = \\ S_{a} + k_{a} S_{a} = S_{a} + S_{a} / (k_{b} - 1) (4) \end{array}$

本文中采用的自耦变压器电压比 $k_{b} = 2$ , 则新构成的自耦变压器容量为原先单相双绕组变压器容量的2倍.

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	图7 自耦变压器等效电路Fig.7 Autotransformer equivalent circuit

4 牵引网参数计算

4.1 链形悬挂的牵引网

我国高速铁路大部分采用接触网链形悬挂的方式, 其线路模型如图8所示.

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	图8 链形悬挂的牵引网线路模型Fig.8 Trapezoidal traction line model

根据 Carson理论^[14], 接触网中的接触导线与承力索, 各自与大地组成导线— 地回路, 接触导线(用字母j表示)— 地回路与承力索(用字母c表示)— 地回路有各自的自阻抗 $z_{j}$ 、 $z_{c}$ , 相互有互阻抗 $z_{jc}$ , 这些阻抗值可根据文献[2, 3]得到:

$\begin{array}{l} z_{j} = r_{j} + 0.05 + j 0.145 \lg \frac{D_{g}}{R_{ej}} (5) \\ z_{c} = r_{c} + 0.05 + j 0.145 \lg \frac{D_{g}}{R_{ec}} (6) \\ z_{jc} = 0.05 + j 0.145 \lg \frac{D_{g}}{d_{jc}} (7) \end{array}$

式中: $r_{j}$ 、 $r_{c}$ 表示接触导线与承力索的有效电阻; $R_{ej}$ 、 $R_{ec}$ 表示接触导线与承力索的当量半径; $d_{jc}$ 表示接触导线与承力索的平均中心距离; $z$ 表示阻抗, Ω /km.

文献[2]中提到了简化模型, 将承力索和接触网等效为一根导线, 即等值接触网; 将两根钢轨等效为一根导线, 即等值轨道, 文中详细推导了简化模型后的线路自阻抗和线路互阻抗.

等值接触网— 地回路的自阻抗

$z_{1} = z_{jc} + \frac{1}{\frac{1}{z_{j} - z_{jc}} + \frac{1}{z_{c} - z_{jc}}} (8)$

等值轨道— 地回路的自阻抗

$z_{2} = \frac{r_{g}}{2} + 0.05 + j 0.145 \lg \frac{D_{g}}{\sqrt[]{R_{eg} d_{g}}} (9)$

接触网— 地回路和轨道— 地回路的互阻抗:

$\{\begin{array}{l} z_{12} = 0.05 + j 0.145 \lg \frac{D_{g}}{d} \\ d = \sqrt[4]{d_{jg}^{2} d_{cg}^{2}} \end{array} (10)$

式中; $d$ 表示接触网的等值导线与等值轨道的距离; $d_{jg}$ 表示接触导线至轨道的中心距离; $d_{cg}$ 表示承力索至轨道的中心距离.

4.2 复线等值简化模型牵引网

我国高铁实际运行的线路中都采用复线牵引网, 其空间断面如图9所示.复线牵引网中存在3个基本回路:上行接触网(线路I)— 地回路1; 下行接触网(线路II)— 地回路2; 轨道网— 地回路3, 3个基本回路所组成的复线牵引网等效电路^{[2, 3]}, 如图10所示.

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	图9 复线链形悬挂的牵引网线路模型Fig.9 Double trapezoidal traction line model

图10中复线牵引网中存在3个基本回路:上行接触网(线路I)— 地回路1; 下行接触网(线路II)— 地回路2; 轨道网— 地回路3, 3个基本回路所组成的复线牵引网等效电路^{[2, 3]}.

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	图10 复线牵引网等效电路Fig.10 Double wire traction network equivalent circuit

根据文献[2, 3]推导, 线路I牵引网的等值自阻抗 $z_{Ι}$ ; 线路II牵引网的等值自阻抗 $z_{Π}$ ; 两线路牵引网的等值互阻抗 $z_{ΙΠ}$ 计算如下:

$\{\begin{array}{l} z_{Ι} = z_{1} - \frac{z_{13}^{2}}{z_{3}} \\ z_{Π} = z_{2} - \frac{z_{23}^{2}}{z_{3}} \\ z_{ΙΠ} = z_{12} - \frac{z_{13} z_{23}}{z_{3}} \end{array} (11)$

复线的等值接触网— 地回路自阻抗 $z_{1}$ 和 $z_{2}$ 的算法与链形悬挂的牵引网相同.

复线的等值轨道— 地回路的自阻抗 $z_{3}$ , 由式(10)进一步推导可得到:

$\{\begin{array}{l} z_{3} = \frac{r_{g}}{4} + 0.05 + j 0.145 \lg \frac{D_{g}}{R_{e 3}} \\ R_{e 3} = \sqrt[8]{R_{eg}^{2} d_{3' 3 ″} d_{3' 3 ‴} d_{3' 3 ″″} d_{3 ″ 3 ‴} d_{3 ″ 3 ″″} d_{3 ‴ 3 ″″}} \end{array} (12)$

式中: $r_{g}$ 表示单条轨道的有效电阻; $R_{e 3}$ 表示等值轨道的几何平均半径.

回路1和回路2的互阻抗:

$\{\begin{array}{l} z_{12} = 0.05 + j 0.145 \lg \frac{D_{g}}{d_{12}} \\ d_{12} = \sqrt[]{d_{1' 2'} d_{1' 2 ″}} \end{array} (13)$

式中: $d_{12}$ 表示两线路接触网等值导线的中心距离; $d_{1' 2'}$ 表示两接触导线(或两承力索)的中心距离; $d_{1' 2 ″}$ 表示一个线路上的接触导线与另一个线路上的承力索的中心距离.

回路1与回路3和回路2与回路3的互阻抗:

$\{\begin{array}{l} z_{13} = z_{23} = 0.05 + j 0.145 \lg \frac{D_{g}}{d_{13}} \\ d_{13} = \sqrt[8]{d_{1' 3'} d_{1' 3 ″} d_{1' 3 ‴} d_{1' 3 ″″} d_{1 ″ 3'} d_{1 ″ 3 ″} d_{1 ″ 3 ‴} d_{1 ″ 3 ″″}} \end{array} (14)$

式中, $d_{13}$ 表示接触网1或2中导线与轨道间的几何平均距离.

根据以上推导的 $z_{1}$ 、 $z_{2}$ 、 $z_{3}$ 、 $z_{12}$ 、 $z_{23}$ 、 $z_{13}$ 的值, 便可求出复线牵引网等效网络的阻抗 $z_{Ι}$ 、 $z_{Π}$ 与 $z_{ΙΠ}$ , 从而求得整个复线牵引网的阻抗为

$z = z_{Ι} - \frac{z_{ΙΠ}^{2}}{z_{Π}} (15)$

5 全并联AT牵引供电系统仿真

针对全并联AT牵引供电系统, 对下行线进行T-R和F-R短路对比仿真实验.根据实际线路参数设置变电所至AT所距离为16.285 km, AT所至AT分区所距离为15.795 km.短路点分别设置在距离变电所26.726 km和26.681 km的位置, 见图11.

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	图11 全并联AT短路位置示意图Fig.11 AT traction power supply system short circuit position diagram

仿真参数设置:仿真总时间为0.3 s, 短路持续时间设置为0.18 s.电力系统三相短路容量为 $S_{SC} = 2 400 MVA$ , $k_{X / R} = 14$ , 牵引变压器短路阻抗电压为 $U_{d} % = 10.5 %$ , 额定容量 $S_{T} = 31.5 MVA$ , AT所自耦变压器短路阻抗电压为 $U_{d} % = 1.72 %$ , 额定容量 $S_{T} = 32 MVA$ , 分区所自耦变压器短路阻抗电压为 $U_{d} % = 1.36 %$ , 额定容量 $S_{T} = 25 MVA$ , 接触悬挂— 地回路等值自阻抗z_jd=0.168 3+j0.589 7, 接触悬挂— 正馈线间互阻抗z_jf=0.05+j0.335 1, 接触悬挂-钢轨间互阻抗z_jr=0.05+j0.310 3, 钢轨-地回路等值自阻抗z_rd=0.083 8+j0.443 5, 正馈线-地回路等值阻抗z_fd=0.145 2+j0.713 9, 正馈线-钢轨间互阻抗z_fr=0.05+j0.307.

5.1 全并联AT供电方式 T-R短路仿真

全并联AT供电方式 T-R短路时, 变电所、AT所、分区所馈线电流仿真波形分别见图12~图15.

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	图12 各所亭吸上电流及故障电流仿真波形Fig.12 Each pavilion suction current and fault current simulation waveform

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	图13 变电所馈线电流仿真波形Fig.13 Power substation feeder current simulation waveform

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	图14 AT所馈线电流仿真波形Fig.14 AT station feeder current simulation waveform

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	图15 分区所馈线电流仿真波形Fig.15 Section post feeder current simulation waveform

将各所亭仿真结果中电流选取稳态时同一时刻的一个周波进行傅里叶计算得出基波电流, 各基波电流值见图16(图中所有电流单位均为A).可以看出整个牵引供电网络网孔电流平衡.

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	图16 仿真T-R短路网络电流分布Fig.16 Simulation of T-R short-circuit network current distribution

5.2 现场短路试验验证

现场短路试验中实际测得某变电所T线电压、馈线电流, AT所、分区所T线电压、AT吸上电流见图17~图19所示.

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	图17 实测变电所接触网电压及馈线电流波形Fig.17 Measured substation catenary voltage and feeder current waveform

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	图18 实测AT所接触网电压及吸上电流波形Fig.18 Measured AT station catenary voltage and suction current waveform

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	图19 实测分区所接触网电压及吸上电流波形Fig.19 Measured section post catenary voltage and suction current waveform

将现场实测各所亭数据中电流选取稳态时同一时刻的一个周波进行傅里叶计算得出基波电流, 各基波电流值见图20(图中所有电流单位均为A).从图中可以看出整个牵引供电网络网孔电流分布.对比图16从工程角度可以看出, 仿真结果基本符合实际线路短路试验实测值.

采用横联线电流比测距法^[15]进行故障测距的计算, 仿真结果计算短路点距变电所距离 $L$ 如下

$\begin{array}{r} L = & \frac{867 + 551}{301 + 428 + 867 + 551} \times \\ 15.795 + 16.285 = 26.717 (km) (16) \end{array}$

现场短路试验实测数据结果计算短路点距变电所距离 $L$ 如下

$\begin{array}{r} L = & \frac{829 + 607}{380 + 358 + 829 + 607} \times \\ 15.795 + 16.285 = 26.718 (km) (17) \end{array}$

从上述结果可以看出, 基于DDRTS的高速铁路全并联AT牵引供电仿真系统能够较为准确的模拟现场线路T-R故障, 且测试数据能够满足误差范围要求.

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	图20 实测T-R短路网络电流分布Fig.20 Measured T-R short-circuit network current distribution

5.3 数据对比分析

数据处理方法同5.1节和5.2节, 将F-R和T-R短路仿真和实测数据对比汇总如表1所示.

表1 仿真数据与实测数据 Tab.1 Simulation and measured data

同理采用横联线电流比测距法^[15]进行故障测距的计算, 将F-R和T-R短路仿真和实测测距误差汇总见表2.

从表1对比数据可以看出, 仿真和实测数据中馈线电流误差最大为130 A, 除去实测测试中设备、测试方法及精度导致的误差, 从工程角度可以看出, 仿真数据和实测数据基本吻合.

从表2对比数据可以看出, 仿真和实测中不同类型的短路试验, 测距误差均小于500 m, 满足测距误差的要求.

表2 仿真和实测数据误差 Tab.2 Simulation and measurement data error

6 结论

本文作者通过详细讨论高速铁路牵引供电系统的数学等值电路网络模型, 搭建了基于DDRTS全并联AT牵引供电仿真系统, 在线路不同位置进行不同类型的短路故障模拟仿真, 并与实测试验结果进行对比.仿真和试验结果表明:基于DDRTS搭建的高速铁路AT牵引供电仿真系统能够准确地反映在线路不同位置发生不同故障类型时的电流分布情况, 且满足测距误差范围要求, 同时验证了此系统的可行性与正确性.将DDRTS仿真软件应用于高速铁路牵引供电系统, 具有重要理论和工程应用价值.

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献

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[9]	陈民武, 尚国旭, 智慧, 等. 高速铁路牵引变压器容量与配置方案优化研究[J]. 中国铁道科学, 2013, 34(5): 70-75. CHEN Minwu, SHANG Guoxu, ZHI Hui, et al. Optimization on the capacity and configuration scheme for traction transformer of high speed railway[J]. China Railway Science, 2013, 34(5): 70-75. (in Chinese) [本文引用:1]
[10]	陈奎. 变压器短路试验方法及发展[J]. 变压器, 2000, 37(1): 49-53. CHEN Kui. Short-circuit test method of transformer and its development[J]. Transformer, 2000, 37(1): 49-53. (in Chinese) [本文引用:1]
[11]	郭蕾, 李群湛, 解绍锋, 等. 基于谐波分析的牵引变压器绕组短路电抗监测方法[J]. 中国铁道科学, 2007, 28(6): 80-83. GUO Lei, LI Qunzhan, XIE Shaofeng, et al. Monitoring method for winding short-circuit reactance of traction transformer based on harmonic analysis[J]. China Railway Science, 2007, 28(6): 80-83. (in Chinese) [本文引用:1]
[12]	楚振宇, 吴命利, 张劲, 等. 三相V, v接线和单相I, i接线牵引变压器的组合应用[J]. 铁道学报, 2007, 29(1): 109-114. CHU Zhenyu, WU Mingli, ZHANG Jin, et al. Combined application of three-phase V, v connection and single-phase I, i connection traction transformer[J]. Journal of the China Railway Society, 2007, 29(1): 109-114. (in Chinese) [本文引用:1]
[13]	田颢亮. 220 kV电压等级VX接线单相三绕组牵引变压器的设计[J]. 变压器, 2014, 51(1): 73-76. TIAN Haoliang. Design of 220 kV one-phase three-winding traction transformer with VX connection[J]. Transformer, 2014, 51(1): 73-76. (in Chinese) [本文引用:1]
[14]	CARSON J R. Wave propagation in overhead wires with ground return[J]. Bell System Technical Journal, 1926, 5: 539-554. [本文引用:1]
[15]	郭明杰, 林国松, 陈小川. 基于横联线电流比原理的全并联AT牵引网故障测距装置[J]. 继电器, 2000, 34(22): 36-39. GUO Mingjie, LIN Guosong, CHEN Xiaochuan. Fault locator of all-paralleling AT traction power supply based on the theory of the current ratio of paralleling lines[J]. Relay, 2000, 34(22): 36-39. (in Chinese) [本文引用:2]

2009

0.0

王奇, 刘志刚, 白玮莉, 等. 基于PSCAD/EMTDC的牵引供电系统仿真模型研究[J]. 电力系统保护与控制, 2009, 37(16): 35-40.

WANG

, LIU

Zhigang

, BAI

Weili

, et al. Research on the simulation model of traction power supply system based on PSCAD/EMTDC[J]. Power System Protection and Control, 2009, 37(16): 35-40. (in Chinese)

... 研究证明:PSCAD、Matlab作为电磁暂态仿真软件^[1]已经发展到比较成熟的阶段,但是更多局限于理论计算仿真,且存在模型误差,难以应用工程实践 ...

2009

0.0

... 牵引供电系统故障时暂不考虑回流在钢轨和回流线中的分布^[2,3],将各回流线及钢轨等效为一根导体,即R线 ...

... 地回路有各自的自阻抗 zj、 zc,相互有互阻抗 zjc,这些阻抗值可根据文献[2,3]得到: ...

... 文献[2]中提到了简化模型,将承力索和接触网等效为一根导线,即等值接触网 ...

... 地回路3,3个基本回路所组成的复线牵引网等效电路^[2,3],如图10所示 ...

... 地回路3,3个基本回路所组成的复线牵引网等效电路^[2,3] ...

... 根据文献[2,3]推导,线路I牵引网的等值自阻抗 zΙ ...

2006

0.0

吴命利. 牵引供电系统电气参数与数学模型研究 [D]. 北京: 北京交通大学, 2006.

Mingli

. Study on electrical parameters and mathematical models of traction power supply system [D]. Beijing: Beijing Jiaotong University, 2006. (in Chinese)

电气化铁道牵引供电系统在网络拓扑结构、电气元件和运行条件上具有特殊性，开展电气参数和数学模型研究对掌握其电气性能具有重要意义。论文首先针对计算实心及管状圆导线内阻抗遇到的大参数下Bessel函数所导致的数值振荡问题，推出了精度高、易于编程的计算公式，并给出了不同参数范围下的集肤电阻比和内电感比曲线。牵引网所采用的接触线和钢轨具有特定的异型截面，并且钢轨还具有铁磁非线性。通过导体剖分法的数值计算，提出了用于计算双沟形铜及铜合金接触线内阻抗的等效半径计算公式，研究了不同类型接触线内阻抗计算方法。改进了基于复数有效...

... 牵引供电系统故障时暂不考虑回流在钢轨和回流线中的分布^[2,3],将各回流线及钢轨等效为一根导体,即R线 ...

... 地回路有各自的自阻抗 zj、 zc,相互有互阻抗 zjc,这些阻抗值可根据文献[2,3]得到: ...

... 地回路3,3个基本回路所组成的复线牵引网等效电路^[2,3],如图10所示 ...

... 地回路3,3个基本回路所组成的复线牵引网等效电路^[2,3] ...

... 根据文献[2,3]推导,线路I牵引网的等值自阻抗 zΙ ...

2005

0.0

... 按照绕组归算的原则,将二次侧绕组归算到一次220侧^[4,5,6,7],归算值用带有#cod#x0201c ...

... 但是等效电路中还存在3个互感电抗的影响,为了进一步简化等效电路,文献[4]通过推到计算,可用3个无互感电抗代替原来的有自漏抗和互漏抗的星形电抗,其近似等效电路如图6所示 ...

2000

0.0

陈民武, 宫衍圣, 李群湛, 等. 电气化铁道YNvd接线牵引供电系统的电气分析与计算[J]. 中国铁道科学, 2000, 32(6): 82-88.

CHEN

Minwu

, GONG

Yansheng

, LI

Qunzhan

, et al. Electrical analysis and calculation on the traction power supply system of YNvd connection for electrified railway[J]. China Railway Science, 2000, 32(6): 82-88. (in Chinese)

针对目前电气化铁路YNvd接线牵引供电系统设计中阻抗匹配、与电力系统的一体化以及牵引网电压的波动等同题,基于严格的YNvd变压器原次边电气量变换关系,推导出变压器二次侧两相端口电压输出方程,并定量分析阻抗匹配非理想情况下的变压器负序和谐波特性；基于三相分析法构建YNvd接线带无功、负序综合补偿和滤波装置的牵引供电系统三相等效模型,得到无功、负序综合补偿装置的三相导纳矩阵和等效滤波装置三相谐波导纳矩阵,实现与电力系统在三相拓扑结构上的统一.推导出牵引变电所各种负荷条件下等效三相和两相牵引母线的电压损失计算公式,分析再生制动工况对电压损失的影响.

... 按照绕组归算的原则,将二次侧绕组归算到一次220侧^[4,5,6,7],归算值用带有#cod#x0201c ...

2013

0.0

许志伟, 罗隆福, 张志文, 等. 改进型三相V-V牵引变压器及其综合补偿方法[J]. 中国电机工程学报, 2013, 33(30): 128-135.

Zhiwei

, LUO

Longfu

, ZHANG

Zhiwen

, et al. An improved three-phase V-V traction transformer and its compensation method[J]. Proceedings of the CSEE, 2013, 33(30): 128-135. (in Chinese)

The three-phase V/v transformer is widely used in high-speed railway. The high-speed electric locomotive as a single phase PWM load produces serious negative sequence, third harmonic and a wide-band high order harmonic currents. A novel compensation system was proposed in the paper, which consists of a three-phase three windings V/v transformer, passive filters and a three-phase voltage source inverter (VSC). The V/v transformer has a compensation winding, which was designed to be zero equivalent impedance and was connected directly with VSC, so two step-down transformers are saved. The passive filters consist of a single tuned filter for third harmonic and a high pass filter using inductive filtering technology design. VSC only compensate the negative sequence current, which can reduce the switching frequency. The operation principle of the system was elaborated. The harmonic suppression theory with inductive filtering technology was analyzed using the equivalent circuit and the design methods for passive filters were introduced. The negative sequence current compensation principle was deduced, and a novel reference current detection algorithm was obtained, which avoids detecting primary phase voltages while there is not a neutral point in the V/v transformer. The quasi proportional resonance was presented which has good current tracking effects even when fluctuation of the grid frequency. Simulation and experimental results show the correctness of the proposed system and the control method.

三相V/v变压器在高速铁路中广泛使用。高速电力机车作为单相PWM负载，在电网产生严重的负序、3次谐波和频带较宽的高次谐波电流。该文提出由三相三绕组V/v变压器、无源滤波器和三相电压源逆变器(voltage source inverter，VSC)组成的综合补偿系统。三相V/v变压器带补偿绕组，补偿绕组采用零等值阻抗设计，直接匹配为VSC电压等级，省去两台降压变压器；无源滤波器采用感应滤波技术设计，包括3次单调谐滤波器和高通滤波器；VSC仅补偿负序电流，降低了开关频率。详细阐述了系统方案，利用等效电路分析基于感应滤波技术的谐波抑制原理，得出滤波器设计方法，推导负序电流补偿原理，并提出一种新的参考电流检测算法。该算法避免了检测网侧相电压而三相V/v变压器无网侧中性点的矛盾，采用准比例谐振VSC控制方法，在电网频率波动时仍有良好的电流跟踪效果。仿真与实验结果验证了所提方案和控制方法的正确性。

... 按照绕组归算的原则,将二次侧绕组归算到一次220侧^[4,5,6,7],归算值用带有#cod#x0201c ...

2006

0.0

张秀峰, 高仕斌, 钱清泉, 等. 基于阻抗匹配平衡变压器和AT供电方式的新型同相牵引供电系统[J]. 铁道学报, 2006, 28(4): 32-37.

ZHANG

Xiufeng

, GAO

Shibin

, QIAN

Qingquan

, et al. A novel cophase traction power supply system based on impedance matching balance transformer and AT power supply mode[J]. Journal of the China Railway Society, 2006, 28(4): 32-37. (in Chinese)

电气化铁道的牵引供电系统三相严重不平衡,存在大量的谐波和无功,各供电区段需要用分相绝缘器分隔,从而制约了高速、重载铁路的发展.基于阻抗匹配平衡变压器和AT供电方式的新型同相牵引供电系统,不仅可以解决以上问题,还继承了AT供电方式所特有的通信防护效果好、综合经济技术性能优越的特点;同时在有源滤波器的作用下,实现了单台双绕组工作变压器的接线方式,比原系统结线简单、维护方便.文中分析了系统平衡变换原理,讨论了系统的平衡方式、补偿电流检测与有源滤波器控制方法.分析和仿真证实本文提出的平衡方式和检测方法是正确的,同相供电系统方案是可行的.

... 按照绕组归算的原则,将二次侧绕组归算到一次220侧^[4,5,6,7],归算值用带有#cod#x0201c ...

2011

0.0

冯存亮, 葛宝明, 毕大强. 三相V/V牵引变压器励磁涌流的识别[J]. 铁道学报, 2011, 33(6): 35-40.

FENG

Cunliang

, GE

Baoming

, BI

Daqiang

. Identification of magnetizing inrush for three-phase V/V traction transformer[J]. Journal of the China Railway Society, 2011, 33(6): 35-40. (in Chinese)

牵引变压器差动保护的关键问题是如何有效识别励磁涌流与故障电流.等效瞬时电感算法能从本质上反映变压器的运行状态,能够准确识别励磁涌流与故障电流.对于三相V/V牵引变压器,其接线形式特殊,运行环境恶劣,二次谐波制动判据往往不能有效闭锁.目前,等效瞬时电感算法已经很普遍地应用于电力变压器,但该算法还没有应用于三相V/V牵引变压器识别励磁涌流和故障电流.本文对现有的等效瞬时电感算法的计算条件和运算单元进行修正,通过计算非饱和区等效瞬时电感的平均值识别三相V/V牵引变压器的励磁涌流与故障电流.通过动模实验验证算法的有效性,实现对励磁涌流与匝间短路的可靠识别,并具有抗电流互感器饱和的特性.

... 因为变压器的激磁电流很小,为了简化计算可以忽略不计,可将激磁回路开路处理^[8] ...

2013

0.0

陈民武, 尚国旭, 智慧, 等. 高速铁路牵引变压器容量与配置方案优化研究[J]. 中国铁道科学, 2013, 34(5): 70-75.

CHEN

Minwu

, SHANG

Guoxu

, ZHI

Hui

, et al. Optimization on the capacity and configuration scheme for traction transformer of high speed railway[J]. China Railway Science, 2013, 34(5): 70-75. (in Chinese)

摘　要：根据高速铁路牵引负荷过程测试数据，构建基于热传递微分方程的牵引变压器温升模型，并给出牵引变压器中可靠性最弱的热改性绝缘纸的相对老化率算式，据此计算牵引变压器的寿命损失。结果表明：为了有效利用牵引变压器寿命损失，可以降低牵引变压器的容量，该高速铁路选择2×31．5MVA容量等级的牵引变压器较为合理；但是，为了充分利用既有单相牵引变压器和相关设施，针对当前的运输组织条件提出一主三备的牵引变压器配置优化方案，该方案能够有效提高牵引变压器容量利用率，对电能质量的影响远低于GB／T15543--2008标准的限值要求，具有良好的技术经济性。

... 电抗表示近似等效后的变压器各个绕组的等效漏抗,其重要参数等效漏电阻和漏电抗可以通过各个绕组间的3次短路试验^[9,10,11]来测定 ...

2000

0.0

陈奎. 变压器短路试验方法及发展[J]. 变压器, 2000, 37(1): 49-53.

CHEN

Kui

. Short-circuit test method of transformer and its development[J]. Transformer, 2000, 37(1): 49-53. (in Chinese)

分析比较了变压器短路试验的标准,介绍了变压器短路试验的方法,并综述了检测、判断变压器短路故障的方法.

... 电抗表示近似等效后的变压器各个绕组的等效漏抗,其重要参数等效漏电阻和漏电抗可以通过各个绕组间的3次短路试验^[9,10,11]来测定 ...

2007

0.0

郭蕾, 李群湛, 解绍锋, 等. 基于谐波分析的牵引变压器绕组短路电抗监测方法[J]. 中国铁道科学, 2007, 28(6): 80-83.

GUO

Lei

, LI

Qunzhan

, XIE

Shaofeng

, et al. Monitoring method for winding short-circuit reactance of traction transformer based on harmonic analysis[J]. China Railway Science, 2007, 28(6): 80-83. (in Chinese)

为在线监测牵引变压器绕组变形,利用牵引供电系统中奇次谐波丰富的特点,按照用某时刻变压器的谐波电压和谐波电流表达绕组短路电抗的设计思想,提出基于谐波分析的牵引变压器绕组短路电抗在线监测新方法.建立基于谐波电压和谐波电流计算变压器绕组短路电抗的数学模型,以单相变压器为例进行绕组短路电抗仿真计算,并根据成都铁路局西昌变电所1号主变压器实测谐波数据计算绕组短路电抗.结果表明:仿真结果与设定值的误差小于0.3%;与Maxwell电桥测量法、常用短路电抗在线监测方法相比,基于谐波分析的牵引变压器绕组短路电抗在线监测方法的测量误差小于2.5%,从而验证了新方法理论上可行,监测精度高.

... 电抗表示近似等效后的变压器各个绕组的等效漏抗,其重要参数等效漏电阻和漏电抗可以通过各个绕组间的3次短路试验^[9,10,11]来测定 ...

2007

0.0

楚振宇, 吴命利, 张劲, 等. 三相V, v接线和单相I, i接线牵引变压器的组合应用[J]. 铁道学报, 2007, 29(1): 109-114.

CHU

Zhenyu

, WU

Mingli

, ZHANG

Jin

, et al. Combined application of three-phase V, v connection and single-phase I, i connection traction transformer[J]. Journal of the China Railway Society, 2007, 29(1): 109-114. (in Chinese)

对某既有电气化铁路增建四线工程中一个110 kV单相牵引变电所的扩能改建方案进行了深入研究,通过对不同牵引变压器接线型式与既有单相I,i接线牵引变压器的组合效果进行静态和动态比较后提出了利用三相V,v接线和单相I,i接线牵引变压器构成组合三相平衡接线来降低电气化铁道牵引负荷对电力系统的负序影响、充分利用供电能力的技术方案.这种组合接线的应用,既能降低对电力系统短路容量的要求,又增大了对不平衡牵引负荷的负载能力.对既有电气化铁路增建新线工程以及铁路枢纽的牵引供电系统设计具有参考价值.

... 由单相双绕组变压器构成的一台自耦变压器仍可通过等效计算其等效漏阻抗,但系统的额定容量发生了变化^[12,13] ...

2014

0.0

田颢亮. 220 kV电压等级VX接线单相三绕组牵引变压器的设计[J]. 变压器, 2014, 51(1): 73-76.

TIAN

Haoliang

. Design of 220 kV one-phase three-winding traction transformer with VX connection[J]. Transformer, 2014, 51(1): 73-76. (in Chinese)

... 由单相双绕组变压器构成的一台自耦变压器仍可通过等效计算其等效漏阻抗,但系统的额定容量发生了变化^[12,13] ...

1926

0.0

... 根据 Carson理论^[14],接触网中的接触导线与承力索,各自与大地组成导线#cod#x02014 ...

2000

0.0

郭明杰, 林国松, 陈小川. 基于横联线电流比原理的全并联AT牵引网故障测距装置[J]. 继电器, 2000, 34(22): 36-39.

GUO

Mingjie

, LIN

Guosong

, CHEN

Xiaochuan

. Fault locator of all-paralleling AT traction power supply based on the theory of the current ratio of paralleling lines[J]. Relay, 2000, 34(22): 36-39. (in Chinese)

摘　要：全并联AT（Auto—transformer）供电牵引网发生故障后，能够快速准确判断出故障类型，标定故障点位置对确保电气化铁路安全可靠运行是至关重要的。通过分析全并联AT（Autotransformer）供电牵引网各种故障线路满足的电量方程，得到故障测距用横联线电流比原理。以典型的全并联AT供电方案为例，详细讨论了由工程实际中能测量到的电气量计算出测距公式中所需物理量的方法，提出了装置起动及数据同步原理，给出了故障测距的系统实现方案，基本上解决了各种故障类型的判断，故障点标定问题。

... 采用横联线电流比测距法^[15]进行故障测距的计算,仿真结果计算短路点距变电所距离 L如下 ...

... 同理采用横联线电流比测距法^[15]进行故障测距的计算,将F-R和T-R短路仿真和实测测距误差汇总见表2 ...