發(fā)布時(shí)間：2020-10-31 17:45

　　 我國(guó)電氣化鐵路采用交流單相工頻換相供電方式,為避免相間短路,線路上每隔一段距離都設(shè)置一個(gè)電氣隔離裝置,即電分相。目前,常見的自動(dòng)過(guò)分相方式均存在一定的過(guò)電壓、鐵磁諧振和勵(lì)磁涌流的暫態(tài)問(wèn)題,危害電氣化鐵路的安全運(yùn)行。此外,自動(dòng)過(guò)分相的斷電時(shí)間長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致列車速度明顯降落,影響運(yùn)輸效率,因此亟需研究一種安全、可靠且斷電時(shí)間較短的自動(dòng)過(guò)分相技術(shù)。首先,梳理了自動(dòng)過(guò)分相的常見方案及其技術(shù)特點(diǎn),從技術(shù)發(fā)展的角度確定重點(diǎn)研究?jī)煞N改進(jìn)的自動(dòng)過(guò)分相方案:采用電子開關(guān)代替真空斷路器的地面開關(guān)過(guò)分相方案和基于兩電平變流器的柔性過(guò)分相方案。這兩種方案都具有斷電時(shí)間短、能有效地抑制暫態(tài)過(guò)電壓等優(yōu)點(diǎn),且隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展,此類方案也具有更廣闊的應(yīng)用前景。然后,分析了牽引供電系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和過(guò)分相方式,總結(jié)了已投入運(yùn)行的三種自動(dòng)過(guò)分相方式和正在研究階段的各新型過(guò)分相方式的技術(shù)特點(diǎn)。深入調(diào)研了在過(guò)分相過(guò)程中常見的暫態(tài)問(wèn)題,結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析了過(guò)電壓現(xiàn)象的發(fā)生概率和危害程度,并從理論角度對(duì)過(guò)分相的電磁暫態(tài)過(guò)程進(jìn)行了解析與研究。最后,基于Matlab/Simulink仿真平臺(tái)搭建了列車過(guò)分相的仿真模型,并通過(guò)計(jì)算選取了牽引供電系統(tǒng)和列車主電路模型的參數(shù)。針對(duì)電子開關(guān)過(guò)分相方案,提出了用一組反并聯(lián)IGBT代替真空斷路器的地面開關(guān)過(guò)分相方式,通過(guò)對(duì)比仿真與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了所建模型的準(zhǔn)確性。計(jì)算了該方案的最小斷電時(shí)間并給出了在該時(shí)間下的仿真結(jié)果,分析了開關(guān)合閘角度與過(guò)電壓水平之間的關(guān)系。針對(duì)暫態(tài)過(guò)電壓現(xiàn)象,提出了并聯(lián)阻容保護(hù)裝置的抑制措施,并仿真驗(yàn)證了其在不同合閘角度與不同運(yùn)行工況下的有效性。針對(duì)柔性過(guò)分相方案,選取了兩電平變流器作為柔性裝置的主電路結(jié)構(gòu),搭建了該方案下仿真模型并給出了變流器的控制策略。研究表明,電子開關(guān)過(guò)分相方案能夠削弱操作過(guò)電壓?jiǎn)栴},且能夠縮短列車的斷電時(shí)間。并聯(lián)阻容保護(hù)裝置的抑制方案能夠有效抑制不同合閘角度與不同運(yùn)行工況下的暫態(tài)過(guò)電壓。柔性過(guò)分相方案能夠良好的實(shí)現(xiàn)列車不斷電過(guò)分相過(guò)程,且在此過(guò)程中幾乎沒(méi)有暫態(tài)現(xiàn)象出現(xiàn)。
【學(xué)位單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：U223;TM46
【部分圖文】：

（或２ｘ２７．５ｋＶ）的單相交流制式。牽引變電所中的牽引變壓器將電力系統(tǒng)供出的??２２０ｋＶ?（或ｌｌＯｋＶ）的三相電經(jīng)三相－兩相變化后，降壓為２７．５ｋＶ送至牽引網(wǎng)，分??別為牽引供電系統(tǒng)中的上下行動(dòng)車組供電。牽引供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖２－１所??ＴＪｎ?〇??｜ａ?｜ａ????｜ｂ?一?｜ｂ??ｃ?［ｃ??牽引變壓器?牽引變壓器??電Ｊｔ相????????列車???ｃ）?ｃ?ｙ????圖２－１牽引供電方式??Ｆｉｇ．２－１?Ｔｒａｃｔｉｏｎ?ｐｏｗｅｒ?ｓｕｐｐｌｙ??由于我國(guó)電力系統(tǒng)采用的是三相供電方式，而牽引系統(tǒng)采用的單相供電方式。??按照電力系統(tǒng)管理要求，我國(guó)電氣化鐵路一般采用單邊供電模式，即每?jī)蓚�(gè)牽引變??電所之間的供電臂上只能從一端牽引變電所獲得電能。因而相鄰的兩個(gè)供電臂在??電氣上獨(dú)立運(yùn)行。單邊供電模式在接觸網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)只需切斷故障線路，停電范圍??較小，且保護(hù)裝置簡(jiǎn)單。??５??

同的供電臂上搭載的負(fù)荷和容量也不相同，該現(xiàn)象反映到電網(wǎng)中將產(chǎn)生較為嚴(yán)重??的負(fù)序問(wèn)題。為減小單相牽引負(fù)荷對(duì)三相電力系統(tǒng)不平衡的影響，我國(guó)電氣化鐵路??一般實(shí)行相序輪換供電，即相鄰的兩供電臂上實(shí)行Ａ、Ｂ相輪流供電，如圖２－２所??不。??變ｇ所１＿?變￥所２＿?變￥所３＿??供電分區(qū)?ＭＳ???—Ｈ?Ｔ－Ｌ－?ＩＩ?—Ｈ?Ｈ－?ＩＩ?Ｈ－???接觸網(wǎng)?Ａ?Ｂ?Ｂ?ｃ＼?Ｃ?Ａ??回流線?＇分相區(qū)??鋼軌???圖２－２電分相??Ｆｉｇ．２－２?Ｐｈａｓｅ?ｉｎｓｕｌａｔｏｒ??由于相鄰供電臂上所搭載的電壓相位不同，因此需要在接觸網(wǎng)中設(shè)置電分相??（或稱中性段）。電分相是電氣化鐵路中的無(wú)電區(qū)間，其本身不接受牽引變壓器的??直接供電。電分相將不同供電臂進(jìn)行電氣隔離，每?jī)啥伺R近的供電臂之間均由電分??相隔開。??我國(guó)電氣化鐵道上通常每隔２０？２５ｋｍ就設(shè)置一個(gè)電分相，一般設(shè)置在牽引變??電所出口及供電臂末端。當(dāng)供電線路較長(zhǎng)時(shí)，線路末端的接觸網(wǎng)電壓則會(huì)降低，在??兩條供電臂交匯處設(shè)置電分相能夠使接觸網(wǎng)最低電壓滿足列車的工作要求。當(dāng)牽??引供電系統(tǒng)中的接觸線發(fā)生故障時(shí)，電分相的存在可以縮小事故影響范圍；當(dāng)變電??所發(fā)生故障時(shí)，相鄰變電所可以進(jìn)行越區(qū)供電。??電分相由接觸網(wǎng)部分、車載裝置、地面信號(hào)裝置等組成。在列車運(yùn)行的上下行??方向設(shè)立“禁止雙弓”、“斷”和“合”的標(biāo)識(shí)牌

件、三組分段絕緣元件和四組分段絕緣元件幾種。分相絕緣區(qū)的長(zhǎng)度一般不小于??３０ｍ。器件式電分相安裝于供電分段處末端，列車在通過(guò)器件式電分相時(shí)必須斷開??主斷路器。常見的三件組式電分相的結(jié)構(gòu)如圖２－３所示。??絕緣子串??Ｉ?Ｉ?Ｉ???ｗｕ＞—?—ｗｐｃ＞￣￣??＾０?１?［－承力索??．４?；?｜?｜?卜??????－７??｜——接觸線??＼?９３３０??分相絕緣器件??１８８６０??（單位：ｍｍ）??圖２－３三件組式電分相絕緣器??Ｆｉｇ．２－３?Ｐｈａｓｅ?ｉｎｓｕｌａｔｏｒ?ｏｆ?ｔｈｒｅｅ－ｐｉｅｃｅ?ｔｙｐｅ??由于絕緣器件較重，列車通過(guò)時(shí)需承受一定的機(jī)械應(yīng)力，且受電弓與絕緣器件??經(jīng)常發(fā)生碰撞，容易引起弓網(wǎng)等設(shè)備的磨損，故器件式電分相只適合在低速線路接??觸網(wǎng)運(yùn)行，己經(jīng)難以適應(yīng)我國(guó)高速動(dòng)車組列車的運(yùn)行。??２．２．２錨段關(guān)節(jié)式電分相??帶中性段的絕緣錨段關(guān)節(jié)式電分相是在兩或三個(gè)錨段間嵌入一個(gè)無(wú)電的、短??距離的錨段，稱為中性段。中性段為受電弓提供運(yùn)行的軌道，使得列車能夠在電分??相處完成換相過(guò)程。錨段關(guān)節(jié)式電分相能夠良好的消除器件式電分相造成的接觸??網(wǎng)上的硬點(diǎn)，改善弓網(wǎng)關(guān)系，提高列車運(yùn)行速度ｔ｜８］。我國(guó)電氣化鐵道接觸網(wǎng)通常采??用的錨段關(guān)節(jié)式電分相有四跨、六跨、七跨、八跨、九跨、十二跨、十六跨等多種??類型。??為了滿足我國(guó)電氣化鐵路高速、重載的運(yùn)營(yíng)需要，我國(guó)高速鐵路線路上的電分??相均采用錨段關(guān)節(jié)式電分相。錨段關(guān)節(jié)式電分相在工程應(yīng)用中的情況［１９］如表２－１所??７??
【參考文獻(xiàn)】

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