新型城市轨道交通变压器及健康管理研究

变压器是城市轨道交通的重要环节,目前变压器普遍在安全、节能、智能化等方面存在一些问题。硅橡胶干式变压器能够满足城市轨道交通关于能效、空载损耗、噪声、电磁屏蔽和负载能力等性能指标的要求。健康管理系统实现电力变压器运行状态的全面监测,及时发现早期的潜在故障,提高设备运行的安全稳定性,实现变压器“定期检修”转变为“状态检修”。

基于RPC的光储接入牵引供电系统协调控制方法

为将光伏发电接入牵引供电系统进行有效利用,同时兼顾牵引供电系统电能质量改善及列车再生制动能量回收利用,提出了一种基于铁路功率调节器的光储系统接入牵引供电系统的协调控制方法.首先,搭建基于铁路功率调节器的光储系统接入牵引供电拓扑结构,并对其电能质量补偿机理进行理论分析;在此基础上,充分考虑光储系统的运行条件以及列车牵引、制动、空载或惰行工况,提出光储系统接入牵引供电的联合协调控制方法,实现了“光+储+荷”三者间的协调控制、牵引供电系统负序的动态补偿以及谐波的有效抑制;在RT-Lab实时仿真系统中建立了基于铁路功率调节器的光伏接入牵引供电系统仿真模型,并结合实际光照和牵引工况数据验证本文所提出的系统结构以及协调控制方法的有效性.结果表明:本文所提出的系统结构以及协调控制方法能够实现牵引供电系统中光储系统的有效接入,再生制动能量回收率提升至86.7%,功率因数提升6.4%,对谐波特别是高次谐波含有率有较大改善,满足光伏电能高效消纳及综合利用、电能质量动态综合补偿、再生制动能量回收多重需求.

电气化铁路贯通供电系统穿越功率的治理措施

为消除牵引供电系统穿越功率的影响,同时兼顾再生制动能量利用,提出一种穿越功率治理的新方法.首先,结合贯通供电系统结构推导不同工况下的功率潮流,分析穿越功率检测方法;其次,在单相组合式同相牵引变电所的基础上,设置功率转移与能量储存单元,分析改进后系统的工作机制;然后,通过功率分配与负序满意补偿的上层控制策略和变流器控制的底层控制策略相结合,提出穿越功率治理协同控制策略;最后,以某线路试验数据为例计算穿越功率大小,评估治理措施的经济性,同时通过仿真验证所提方案的正确性和有效性.研究结果表明:本文所提出的系统及其控制策略能够有效消纳穿越功率和再生制动能量,在考虑牵引变电所和牵引网损耗的情况下,功率转移与能量储存单元的穿越功率利用率在70%以上,具有良好的经济性和可行性.

基于分布式协同控制技术的分散式无功补偿技术方案研究

结合实际工程的应用实例从分散式无功补偿方案的提出、分布式协同吸收方案的理论、具体工程方案的设计进行简单的论述。结合线路开通后的实际运行工况,利用设置于正线的能量回馈吸收装置实现了分散式无功补偿,该方案可减少或完全取消设置于主变电所侧的SVG容量,充分开发和利用了能馈吸收装置的能力,节约了工程投资,实现了既定设计目标。

计及光伏和储能接入的牵引供电系统日前调度

近年来,为实现电气化铁路“双碳”目标,多项铁路用能优化举措投入实施,但收效甚微.为进一步降低电气化铁路碳排放,改变其供能结构,将光伏和储能装置接入牵引供电系统.首先,构建复合牵引供电系统,并根据系统供能组成将其工况分类;其次,基于系统运行约束的轻重缓急设定优先级,并通过分层分级优化,实现不同运行工况下的系统最优状态;最后,通过合理优化变流器容量,实现系统运行性能和经济效益双赢下的最小碳排放.仿真结果表明,复合牵引供电系统保障系统稳定运行的同时,也大幅降低系统碳排放并实现性能最优.

城轨车辆停车终端刹车制动系统设计

针对城市轨道失控车辆在轨道终端产生的冲击问题,采用车挡刹车液压制动技术进行能量消耗,对车挡刹车液压制动系统机理进行了研究。基于AMESIM构建了车挡刹车液压制动系统仿真模型,分析了系统能量消耗率计算方法,对系统制动特性展开了仿真研究。针对刹车液压缸缸径、车辆质量、车辆失控速度对系统性能的影响效果进行了分析,对系统能量消耗率进行了计算汇总研究,为城轨车挡制动装置研制提供理论支撑。研究结果表明:车挡制动过程基本为匀减速,制动冲击小、制动过程安全性高。车挡刹车液压制动系统能量消耗率高,在99.8%以上。刹车液压缸缸径增大,冲击压力会增加,车辆制动时间和车挡制动位移减小,系统能量消耗率有所提高。车辆失控速度增大,冲击压力增加,车辆制动时间延长,车挡制动位移增加。车辆质量增大,冲击压力不变,车辆制动时间和车挡制动位移均增加。

基于轨道交通供电系统双向变流装置分散补偿无功的技术与应用研究

在城市轨道交通建设中,一般采用在新建主变电所内设置无功补偿装置等方式进行无功补偿,受安装场地、环控通风及供电线路无功特点等影响,补偿装置前期安装容量不宜过大。本文结合大功率可控双向变流装置的系统特征和应用情况,对双向变流装置分散补偿无功的原理及控制策略进行了论述及研究。依据实际工程案例对轨道交通供电系统无功情况进行分析,同时对采用双向变流装置分散补偿无功的可行性以及其系统接入、容量选择等方面进行分析,现场测试数据表明双向变流装置能够分散补偿地铁供电系统中压网络产生的容性无功,可供同类线路设计参考。

计及光伏和储能接入的牵引供电系统能量管理策略

近年来,为实现电气化铁路“双碳”目标,多项铁路用能优化举措投入实施并取得一定成效,然而,单靠能耗优化治标不治本。为根治电气化铁路碳排放问题,在保证系统稳定运行的基础上,基于智能电网理念,提出计及光伏和储能接入的牵引供电系统能量管理策略。首先,构建计及光伏和储能接入的牵引供电系统;然后,基于电力市场电价及新能源出力,采用日前联合调控、日内滚动调节和实时优化控制铁路用能,并通过分层分级优化,打破各“源”端相对独立、各自为政的壁垒,实现多能互补;最后,通过共享储能模式,降低储能装置闲置率并提高新能源利用率。仿真结果表明,该能量管理策略可在保障系统运行稳定和安全的基础上有效地降低系统的运行成本,同时保持良好的电能质量。

城市轨道交通牵引供电系统专用轨回流技术综述

近年来,为彻底解决城市轨道交通直流供电制式下杂散电流的泄漏问题,开始应用专用轨回流技术。为充分了解专用轨回流方式给城市轨道交通建设带来的变化和影响,文章首先采用对比的方法,分别从供电系统组成、牵引所间距、接地方式、接地保护、列车检修静调、限界、车辆和轨道设计几个方面与走行轨回流方式进行比较;其次,针对目前几种专用轨电分段原则的特点对其进行比对,得出专用轨只有在与折返小交路电分段对齐设置分段时对运营维护将更有利的结论;再次,针对存在多条线大架修共享同一车辆基地,不同回流方式线路间存在跨线运行的情况,简述回流方式转换段设置的工程应用案例;最后,展望未来专用轨回流技术在城市轨道交通牵引供电系统的发展方向。

基于潮流转移装置的混合储能接入牵引供电系统控制策略研究

采用单相工频交流制式的电气化铁路具有无污染、运输效率高的优点,但在现有的牵引供电系统中,负序和再生制动能量利用的问题较为突出。因此,文章提出了一种集成混合储能系统的潮流转移拓扑。文章分析了集成混合储能的潮流转移装置的拓扑结构,研究了削峰、填谷、再生制动和同相运行模式及其能量管理策略;为减少系统损耗,进一步提高系统再生制动能量利用率和削峰填谷的控制精度,文章提出了一种协调控制策略,并采用无源控制的非线性电流控制器提升变流器控制响应速度。仿真结果表明,该系统可以充分利用牵引供电系统的再生制动能量,提高系统中能量流动的灵活性,并且解决了牵引供电系统中的负序问题。

基于自适应阈值分割的动车组辅助供电系统单芯动力电缆故障定位方法研究

单芯动力电缆是动车组辅助供电系统能量传输通道之一,其故障后准确定位对检修具有重要意义。当前,电缆故障定位使用较为广泛的方法为时频域反射法,但在对反射信号进行时频分析过程中,产生的交叉项是制约定位准确度的重要原因。为此提出一种基于自适应阈值分割的Wigner-Ville变换方法:在70 m长的电缆样品中设置低阻、高阻、开路和短路四种缺陷故障样本,对时频域法检测到的信号使用Wigner-Ville变换进行时频分析,说明原始Wigner-Ville变换产生交叉项的原因,并据此提出基于自适应阈值分割的Wigner-Ville变换方法,解决交叉项干扰问题;将本文方法与当前交叉项抑制方法进行测试效果对比。结果表明:提出的基于自适应阈值分割的Wigner-Ville变换方法可以有效消除交叉项,且对于单个缺陷故障和多个缺陷的电缆均可适用;对于所设置的单个缺陷故障位置的定位误差均小于0.80%,对于双缺陷故障检测结果的定位误差小于0.40%,验证了本文方法的有效性。

站台门与钢轨等电位连接方式下的绝缘防护测试及保障措施

[目的]站台门系统与钢轨等电位连接方式下,当站台门系统的对地绝缘降低时,容易产生放电现象。为确保乘客的乘坐安全,应基于该方式,建立有效的站台门绝缘保障措施。[方法]从站台门电气绝缘机理和人体电气安全2个维度分析了站台门与钢轨等电位连接的优势。建立了轨电位计算模型,对常规工况、极端工况2种工况下站台门处轨电位进行了仿真。采用多参数单一变化法,分析了常规工况下各回流系统参数不同取值对站台门轨电位的影响,计算了极端工况下的站台门轨电位分布曲线。提出了站台门绝缘的测试方法及站台门绝缘维护的相关措施。[结果及结论]采用站台门系统与钢轨等电位连接方式时,轨电位的最大值不应超过60 V。极端工况下,站台门处轨电位有可能高于该阈值,此时乘客的人身安全可能会受到威胁,须采取有效措施,确保站台门的绝缘有效性。

冲击响应特性在轨地过渡电阻检测中的应用

[目的]城市轨道交通线路杂散电流的危害越来越不容忽视。杂散电流不易检测,轨地过渡电阻的大小是影响杂散电流最关键的因素,因此,通过检测轨地过渡电阻的大小来判断杂散电流的影响程度,是治理杂散电流的有效方法。[方法]基于EMTP(电磁暂态程序)软件,搭建了轨道电路分布参数仿真模型。采用单一控制变量法,分别得到了分布电容、分布电感、钢轨纵向电阻、轨地过渡电阻对冲击阻抗时变特性曲线的影响规律。提出利用冲击阻抗时变比值曲线来判断轨地过渡电阻是否符合要求的方法,并对成都某条城市轨道交通线路进行了实际测量,对该方法进行了验证。[结果及结论]7~20μs时间段内,仅轨地过渡电阻1个参数对冲击阻抗时变特性造成影响。可利用此特征下的冲击阻抗时变特性来反映轨地过渡电阻情况,并对轨地过渡电阻值是否满足规范要求进行有效判断。实测结果表明,该检测方法具有可行性和实用性。

上海轨道交通9号线35 kV GIS(气体绝缘金属封闭式组合电器)微水测试研究

[目的]随着城市轨道交通线网规模的扩大,对供电设备的质量、寿命等的要求越来越高。35 kV GIS(气体绝缘金属封闭式组合电器)是供电设备中的关键部件,研究影响其微水含量变化的因素对消除电气设备安全隐患、提高电气设备质量具有重要作用。[方法]分析了35 kV GIS设备微水来源及其危害性,介绍了微水测试方法和测试流程。基于上海轨道交通9号线35 kV GIS微水测试数据,分析了GIS设备气室微水含量的变化率以及温湿度对GIS微水含量的影响。[结果及结论]不同品牌GIS微水含量差异较大。湿度变化会对GIS微水含量产生显著的正向影响,温度变化并不会对GIS微水含量产生影响,温湿度对不同品牌GIS微水含量影响差异较大。因此应制定具有针对性的GIS微水含量测试计划,并采用实时在线监测装置,不断优化测试流程,达到精益化检修的目的。

含分布式光伏接入的三相牵引供电系统电压协调控制方法

牵引供电系统中光伏并网逆变器普遍处于弱可控状态且缺乏多机间协调配合,为了使分布式光伏在实现牵引能耗优化的同时,主动参与牵引网电压调控,提出了用于三相牵引供电系统的电压协调控制策略。针对含光伏的新型三相牵引供电系统拓扑,分析了系统电压-有功和无功定量关系。结合分布式光伏无功裕度及协调关系,设计了3阶段分布式电压协调控制策略,根据电压灵敏度判定各节点补偿与削减优先度,实现了分布式光伏无功协调补偿及有功优化削减,达到牵引网电压主动控制。最后,通过对系统多工况下仿真,验证策略有效性。仿真结果表明,所提协调控制策略在三相牵引供电系统复杂的运行工况下,能够在兼顾光伏能量利用率的同时,增强系统电压调控能力,解决牵引网电压越限问题,并有效降低牵引网损耗。研究通过有效利用光伏支撑牵引网电压,为机车的安全、高效运行提供保障。

电气化铁路电力电缆基于芯-护层故障参数辨识的单端测距法研究

依据单芯电缆的内部构造特点,以芯-护层故障参数辨识为视角,分析并提出了电气化铁路电缆单端测距法。首先,此方法使用相模变换和中心差分算法处理了通过试验系统对象侧母线的暂态电压、电流数据,再以故障采样数据为基础,同时参考电力电缆的状态网络和电路运行状态,构建时域测距方程,通过故障参数辨识获取具体的故障位置。为验证研究的可行性和有效性,使用ATP-EMTP软件进行电缆故障仿真试验及结合京沈客专线进行电缆故障模拟试验。

高速列车过绝缘节轮轨间拉弧机理分析及抑制

随着高速铁路运营密度、运行速度和牵引功率的不断提升,车辆移动回流系统与轨道固定回流系统耦合复杂造成过绝缘节时绝缘节间拉弧频发,电弧侵蚀绝缘节,导致轨道电路串接、串码等故障,严重威胁行车安全。围绕高速列车过钢轨绝缘节时车轨间回流耦合引起的绝缘节间拉弧问题开展研究,解析轮对接近、跨接、驶离绝缘节时回流途径拓扑结构及阻抗的动态变化过程,基于牵引系统的实采阻抗参数构建“车-轨”移动接地系统三维等效电路模型,解析列车各轮对滚动过绝缘节各接地轮轴回流路径及大小的动态变化规律。基于系统实际结构参数构建“转向架-钢轨”3D多物理场耦合模型,揭示回流耦合作用下的轮轨燃弧动态演化规律,探明接地电流、钢轨端压等因素对绝缘节间拉弧的影响机制。同时提出一种新型绝缘节间拉弧抑制装置,仿真分析抑制效果。

节能降耗技术在城市轨道交通供电系统中的应用

轨道交通作为现代城市交通体系的重要组成部分,具有舒适、环保、安全等特征,有利于促进城市发展。文章分析了城市交通能耗组成,指出城轨系统中存在的耗能问题,将现代节能降耗技术应用到城市轨道交通供电系统中。通过实验仿真,结果表明经采用节能降耗技术进行优化,城市轨道交通供电系统能够有效提高能源利用效率,减少对环境的破坏和污染。

永磁牵引技术在南京地铁9号线列车上的应用可行性分析

[目的]相同动力配置下,永磁同步牵引系统的成本高于异步牵引系统,但永磁同步牵引系统能够有效降低列车运营能耗,因此有必要对永磁牵引技术在工程项目上的应用可行性进行分析。[方法]以南京地铁9号线为例,分别对永磁同步牵引系统和异步牵引系统的系统配置、运行能耗和维护成本进行了对比分析;提出将列车动力配置由4M2T(4动2拖)改为3M3T(3动3拖)的改进方案,对比分析了两种动力配置的列车牵引制动性能。[结果及结论]3M3T配置的永磁同步牵引系统能有效降低列车运营能耗,在牵引制动、故障运行性能和救援能力方面均能满足南京地铁9号线的运营要求,且其全寿命维护成本也相对较低。研究结果表明,在线路条件许可的条件下,可通过改变动力配置进行成本控制。

基于轨道交通的同相供电装置变流器研究设计及仿真验证

该文阐述轨道交通27.5 kV交流供电系统不等容SCOTT变压器的单相组合式同相供电方案,并通过仿真验证该方案的可行性。应用证明该同相供电装置,可有效提高列车运行效率,改善电能质量,提高牵引系统能效。