城市轨道交通贯通供电方式牵引网分段供电方案及故障辨识方法

[目的]城市轨道交通线路采用贯通供电方式时,因牵引网结构复杂且无备用,牵引网发生故障时可能会扩大停电范围,为此需要对牵引网的分段供电方案进行优化。[方法]提出了一种适用于贯通供电方式的牵引网分段供电方案。基于牵引网分段供电拓扑特征,结合车-网耦合特性,提出了分段故障、过渡段故障的辨识方法。对牵引网分段短路和过渡区短路2个故障场景的控制方案进行了分析,描述了这2个故障场景下牵引网的自愈流程,并制定了这2个故障场景对应的断路器控制方案。以广州地铁18号线牵引供电系统为例,通过MATLAB/Simulink软件仿真,验证了所提分段供电方案及故障辨识方法的正确性和可靠性。[结果及结论]该方法可有效辨识故障区段。牵引网故障断路器控制方案可为分段和过渡区提供可靠的主保护,可保证广州地铁18号线牵引供电系统稳定、高效运行。

牵引电流谐波对轨道电路接收电压影响分析

随着电力机车型号越来越丰富,其引入的谐波干扰导致轨道电路电压波动问题,干扰信号设备稳定工作,影响运输效率。在分析牵引电流谐波干扰机理的基础上,研究不同频率的谐波干扰对于ZPW-2000系列轨道电路接收电压的影响。分析牵引电流谐波对轨道电路设备的干扰路径,基于轨道电路四端口网络模型,提出谐波转移阻抗参数,从而就不同频率的谐波电流对轨道电路接收电压的影响进行定量分析和评估;针对典型案例,采用频域分析方法,结合现场测试数据,对模型的有效性予以验证;并简要分析现行标准中对于带外谐波限值的规定,为防护牵引电流谐波干扰提供参考。

高速铁路全并联AT牵引网短路故障情况下磁场环境特性分析

将供电臂划分为3个自耦变压器(AT)区段,建立了全并联AT供电系统的仿真模型,从而得到不同故障下的电流分布,再利用得到的电流计算相应故障下的磁感应强度。计算结果表明:故障点两侧的磁感应强度幅值受故障区段、过渡电阻、故障距离和机车位置的影响较大,有明显区别,而磁感应强度的相角几乎不受影响,差别不大;噪声强度对磁场环境的影响较复杂,当噪声强度大于45 dB时,在不同类型故障发生的情况下,故障点两侧的磁感应强度相角均发生了明显的偏转。

基于ATP-EMTP的牵引网回路对动车组车体接地回路电气耦合作用研究

在高速铁路的运行安全中,车体电压和接地环流是很重要的影响因素。动车组在运行过程中,牵引网回路与车体-接地线-钢轨形成的回路之间存在电气耦合。本文对该电气耦合作用进行研究,推导供电方式下牵引网回路对车体接地回路的电气耦合系数;以CRH380BL型动车组为例,在ATP-EMTP平台上建立车-网耦合模型,建模中用受控源模拟牵引网回路对车体接地回路的电气耦合,并计算各部分模型参数。分别对考虑和不考虑电气耦合的情况开展动车组降弓工况、升弓工况和带载过分相工况的建模仿真,与实测波形进行对比,验证了模型的准确性。通过比较车体电压和接地电流仿真结果,发现该电气耦合作用对车体过电压和接地环流均有一定影响。

电气化铁道牵引网的统一链式电路模型

针对交流电气化铁道不同供电方式牵引网,建立统一复合链式电路模型。牵引网中的各种电气元件,包括短路和断线故障,都描述为纵向串联元件或横向并联元件。按照链式电路结构,可方便地利用各电气元件的节点导纳矩阵构建出整个牵引网的数学模型。考虑到回流网络存在较大对地漏泄电导,对牵引网均匀多导体传输线段采用多相等值π型电路。在牵引网端部截断处理上,引入了半无限长多导体传输线的特征导纳矩阵模型,利用相–模变换理论给出相关计算公式。牵引网统一数学模型的建立为进一步研究潮流计算,即一定负荷条件下的电压电流分布奠定了基础,同时该模型也可用于牵引网稳态短路电流计算和谐波谐振等研究。

基于AT等值电路的牵引网潮流计算方法

在自耦变压器(AT)等值电路的基础上,提出了牵引网潮流的改进算法.改进算法中将机车视作恒功率模型,考虑了AT的漏抗值,利用迭代法和叠加原理进行供电区间多列车运行的潮流计算.该算法能计算AT漏抗值对牵引网电气特性的影响.仿真结果表明,对单列车情况迭代5次左右即收敛,对4列车情况迭代10次左右收敛;算法对供电区间任意位置单列和多列车的情况均适用,且较AT等值电路的一般算法精确.

用ILMD多尺度时频熵识别直流牵引网振荡电流与故障电流

针对城市轨道交通直流牵引网的振荡电流容易引起继电保护系统频繁误动的问题,提出了一种基于改进局部均值分解的多尺度时频熵识别直流牵引网振荡电流与短路故障电流方法。利用改进局部均值分解法分析直流牵引网的馈线电流信号,获得其时频分布;将信息熵理论引入时频分布,对时频平面进行频段划分,计算各频段的时频熵,求出时频平面的整体多尺度时频熵;定量描述馈线电流信号的能量在时频平面分布的均匀性,均匀性的不同可以反应直流牵引网运行状态的差别,从而可通过多尺度时频熵的大小区分直流牵引网的振荡电流与短路故障电流。算例分析验证了该方法的有效性。

基于改进蚁群神经网络的牵引逆变器故障诊断

牵引逆变器是各类地铁列车牵引传动系统的关键部件之一,在实际运行中其功率管极易发生各类故障。针对传统故障诊断方法无法准确识别相应的故障类型和故障部位的问题,基于改进蚁群神经网络对牵引逆变器功率管故障诊断方法进行了研究。通过提取牵引逆变器输出三相电压的频域故障特征作为神经网络的输入,以功率管的开路故障类型作为输出,采用改进蚁群算法训练神经网络的权值和阈值,对牵引逆变器的功率管开路故障进行了有效诊断。仿真和测试结果表明,改进蚁群算法神经网络具有较高的故障诊断准确性,收敛性好,可以快速有效地实现故障定位。

计入保护线影响的AT牵引网等值电路推导

为了方便分析AT牵引网的电气特性,通常采用等值电路的分析方法。目前采用的AT牵引网等值电路忽略了保护线对牵引网电气特性的影响,势必带来较大的误差。本文通过比较AT牵引网中保护线与钢轨辅助连接不同间隔距离的牵引网阻抗特性,发现当该间隔为1.5km甚至更小时,进行牵引网阻抗计算可以近似把保护线和钢轨等效成一条线路。对等效后的AT牵引网电路根据戴维宁等效定理消去AT,并应用AT牵引网中的各电流关系立电流方程组,采用比较系数法消去互感,最后推导得出计入保护线影响的AT牵引网等值电路。采用Matlab/Simulink按照原电路分析的假设条件建立仿真模型,通过仿真实验值与理论计算值对比,验证了公式推导的正确性。

车载牵引变压器智能故障诊断技术新研究

车载牵引变压器故障诊断的方法是将人工智能算法和油中气体分析法(DGA)相结合,但溶解气体由于再生、取样、色谱分析的原因,其数据存在许多的不确定性。提出将电气量与一种新的小波神经网络模型相结合的新方法来诊断牵引变压器故障。将电气量信号作为新网络模型的输入,网络的隐藏层采用具有正交性的Daubechies函数作为激函数,学习优化算法则采用引入量子计算和免疫算法的混合粒子群算法。试验结果证明,提出的智能故障诊断算法拥有更快的诊断速度和更高的准确率。

高压电缆牵引网短路特性分析

为研究一种电气化铁路高压电缆牵引网电缆短路特性,在充分考虑电缆弗兰梯效应的基础上,建立了电缆短路运行的5种基本支路,并对其电压、电流特性进行分析。采用支路分析法对主变二次侧绕组中点接地系统单相接地模型、主变绕组中点不接地系统单相接地模型和主变绕组中点不接地系统两相短路模型的电气特性进行了分析,并利用Matlab/Simulink仿真平台对分析结果进行验证。仿真结果表明,支路分析法用于高压电缆牵引网的短路特性分析是有效的,主变绕组中点接地与否会影响电缆的绝缘电压等级。

自耦变压器供电牵引网接地回流网络的特征阻抗矩阵的求取

自耦变压器供电牵引网接地回流网络的特征阻抗矩阵的既有求解方法在原理上是不当的。对于半无限长接地回流网络,从任意端口向无限远看去的特征阻抗矩阵应相同。为此,利用接地回流网络的传输参数矩阵,推导出特征阻抗矩阵须满足复数形式的黎卡提代数方程,并可利用特征分解法进行求解。算例表明,所提方法与既有方法的计算结果相近。灵敏度分析表明,特征阻抗对轨–地与贯通地线–地电导的变化最为灵敏。

电气化铁道牵引网谐波电流放大仿真分析

在电力传输线等效理论基础上,根据牵引供电系统等值电路,对牵引供电系统中的谐波电流放大以及系统的谐波谐振进行了理论推导。采用某电气化铁道典型数据对牵引网中的谐波电流放大现象进行了仿真分析,并利用电磁暂态仿真软件,对上述仿真分析进行了实验验证,结果基本吻合。通过理论推导以及仿真分析得出了牵引网长度、机车位置以及牵引网的不同位置处等因素与牵引网发生谐波电流放大的关系,可以对牵引供电系统的谐波电流放大以及谐波谐振现象研究提供理论依据和参考。

牵引网短路故障下的车体电位及车体回流分布特性

牵引网发生短路故障时,短路大电流会引起列车车体电位和车体回流显著增大,进而对人身安全和车载电气设备正常工作造成威胁。为准确掌握短路工况下车体电位和车体回流的分布大小,需考虑牵引网与列车接地回路间的感性耦合。为此结合牵引供电系统分析和工程电磁场理论,推导了接地回路中传导电流及感应电流的相量表达式,从理论上证明了考虑感性耦合会增大车体电位及车体回流。利用建立的车–网–地耦合模型,进行仿真计算并与实测数据对比,得出:考虑感性耦合下的车体对轴端电位差仿真值比实测值小1.04 V,误差为8.9%;不考虑感性耦合下的仿真值比实测值小6.30V,误差为54.0%,验证了理论分析的正确性。最后利用考虑感性耦合的仿真模型进行车体电位及车体回流分布特性的研究,结果表明:车体对轴端电位差主要受短路点位置和列车位置的影响;车体对地电位主要受钢轨泄漏电阻的影响;车体回流主要受车体对轴端等效电阻的影响。

计及振荡过程的地铁牵引网保护方法

通过对地铁牵引网馈线保护因震荡电流造成频繁误动作的原因进行分析,结合牵引供电网的特点,提出了组合DDL算法和高阶统计量算法的保护方法,先筛选出负荷电流,再筛选出震荡电流,从而得出短路电流。实测数据验证,该保护方法不仅可快速且准确识别出牵引网故障,而且原理清晰、工程实现方便。

基于多导体回路法的牵引网电气参数计算研究

提出一种基于多导体回路法的牵引网阻抗计算方法,该方法不仅考虑了实际参与传输和回流的导体,还计及了大地回流。将包括大地在内的牵引网系统中导体按传输和回流功能进行分类,由参与传输和回流的不同导体构建回路,并求取由各回路自阻抗和互阻抗构成的阻抗矩阵,推导各回路电流分配系数和系统综合阻抗;考虑实际牵引网存在架空回流情况,分析大地对架空导体回路的影响,即将架空导体回路法、简化Carson公式及Dubanton公式计算的阻抗进行对比,结果表明大地的影响较小,可以忽略不计。针对渝黔铁路,对比分析多导体回路法和经典Carson理论推导的单位长度牵引网综合阻抗;结合渝利线丰石实际线路的短路试验进一步验证了多导体回路法开展电气化铁路计算和分析的有效性。本文提出的方法能对牵引供电系统进行较好的描述,较为精确计算牵引网综合阻抗,具有一定合理性和工程实用性。

交流牵引网的π型和分布参数仿真模型的对比分析

目前,对电气化铁道交流牵引供电系统的电气特性的研究主要还是通过仿真软件来实现。为分析不同的输电线路的模型在研究过程中产生的影响,基于输电线路两种常用的数学模型,利用MATLAB/simulink仿真平台对某具体普速电气化铁路的复线牵引网简化电路进行仿真分析。根据等效电路推导出牵引网电压的计算公式;基于搭建的集总参数和分布参数仿真模型,得到两种牵引网模型在空、负载时牵引网电压、网压降落变化情况以及牵引网的阻抗与频率特性;最后通过与实际数据的对比分析,验证模型的正确性,进而得到这两种模型的适用场合。研究表明:不同的牵引网线路模型在研究中有不同的影响。

基于整流机组外特性的地铁车辆短路电流计算

结合实际运行的地铁线路、车辆电气参数,重点研究了整流机组电气特性,提出基于整流机组外特性的地铁车辆短路电流的计算方法,建立"变电所-牵引网-地铁车辆"模型并进行了仿真分析,得出地铁车辆短路暂态过程计算结果与仿真对比,波形误差小于5%。对实际运行工况进行应用分析,结果表明,模型计算可校验"车-网"保护配置的可靠性。研究工作为选择直流快速断路器、确定系统保护配置以及评估系统供电能力提供理论依据及数据支持。

全并联AT牵引网广域保护方案分析和改进

目前,全并联AT牵引网广域保护方案通过在变电所、AT所和分区所配置距离保护和联跳保护构成同一供电臂整体保护,实现了保护的选择性和速动性。本文利用计及自耦变压器漏抗的全并联AT牵引网等值电路,推导说明了目前全并联AT牵引网广域保护存在的死区问题,并提出了相应的改进方法。

某地铁列车无人自动折返卡顿故障分析及解决方案

针对某城市地铁车辆在试运行期间频繁发生的列车无人自动折返时的卡顿故障进行了分析研究。简要介绍了列车无人自动折返功能,并从列车网络系统、牵引系统和车辆电路3个角度深入分析故障原因,提出了解决方案。按此方案整改后故障得以完全消除。