城市轨道交通直流牵引系统故障分析及若干问题的研究

随着我国经济的发展,城市建设规模的不断扩大,许多大中城市轨道交通的规划和建设已提上日程,直流牵引系统的安全可靠运行是整个城市轨道交通安全畅通运行的基础。对于直流牵引系统的故障分析、保护与控制技术及其相关问题的研究具有十分重要的意义。 [1]交直流变换系统是直流牵引系统的一个关键环节,对其进行详细地建模分析是直流牵引系统运行与故障机理研究的基础之一。本文采用基于张量分析的时变拓扑法实现直流牵引系统交直流变换过程的建模与数字仿真计算,详细地分析了直流牵引系统交直流变换基本构成单元三相桥式6脉波整流和并联12脉波整流的运行工况,以及非理想状态下各参数对整流外特性的影响,并系统地研究了交直流参数对直流牵引网故障暂稳态过程的影响,以及整流外特性等效模型故障分析方法的工程适用性问题。 [2]轨道暂态电气参数建模与计算对于故障暂态过程的分析是十分重要的,由于直流牵引网多采用走行轨作为电流的载体,大截面铁磁材料的集肤效应和饱和特性对轨道暂态电阻和内电感具有非常显著的影响。本文提出直流牵引网轨道暂态电气参数的等周长原则等效圆柱形导体计算模型,并提出考虑牵引网轨道电气参数暂态变化的直流牵引系统故障暂态过程迭代计算方法。指出对于直流牵引网故障暂态过程计算不宜采用轨道直流电阻和工频电感的定时间常数计算方法。 [3]本文提出了直流牵引网线路保护充电闭锁的设计思想,以解决机车过长断电区引起的保护误动作问题;针对充电闭锁中的故障识别问题,提出了基于电流变化量判别综合直流电压突变量检测的保护新判据;针对长线路远端经大过渡电阻或电弧故障时,基于电流上升率检测元件的保护判据灵敏度降低的问题,提出了时窗电流增量的辅助判据。在保护动作特性的设计中注重自适应思想的应用。 [4]数字滤波器是微机保护数字算法研究中必不可少的一个重要环节。直流牵引电流中含有大量的谐波干扰成分,其对电流变化量判据的动作特性产生极为不利的影响。本文提出采用前置隔离放大器IIR低通滤波器与保护本体FIR带阻滤波器相结合的数字滤波器组设计方案,在数字滤波器组的设计中引入了多采样率的构造思想以优化整体数字滤波器的性能。 [5]城市轨道交通电力综合自动化是相关技术发展的必然结果,其作为城市轨道交通综合自动化系统的一个基本组成部分,既要符合城市轨道交通运行、调度和管理的需要,而且作为一个局部系统又必须保证功能完备及相对独立。本文结合实际工程对城市轨道交通电力综合自动化系统的构建思想、功能实现、网络集成进行论述,并提出一种典型的城市轨道交通电力综合自动化实用模式。