客运列车供电系统接地研究

客运列车供电系统接地研究

王晨曦 平涛 李养波 陈永江

中国中车唐山机车车辆有限公司 河北省唐山市

摘要:本文利用 MATLAB 技术来建立和谐客运电力机车的供电控制系统模型,对所需要实现的闭环式仿真系统进行了接地性判断等相关技术研究。通过大量各个方面的详尽研究,并充分地结合现场高压测量,寻求得到最佳系统的接地判断性问题解决办法。

关键词:和谐客运风力机车供电系统的接地性研究

随着我国东风11、韶山8型、韶山7e、韶山改良型这些系列新能源准高速列车客运的逐渐投入退役,和谐高速客运系列火箭发动新型机车正在逐步投入发展中，并成为未来几年中国高速铁路干线客运新能源准高速列车客运的技术领导者和产业主力军,解决了目前为止我国大量普速型直牵引供电机车底部动力牵引及机车供电不足问题。在和谐客车上需要配备的设有三相逆变器和三相自动充电器,将dc600v的三相电压逆转后变成一个三相电压ac380v的三相电压后不再提供补充给客车空调发电机组等三相供电负载,同时将dc600v的三相电压逆转后变成dc110v的三相电压后不再提供补充给客车蓄电池的补充、灯光自动照明和其它的自动控制供电系统设备使用。所以说,旅客列车dc600v自动供电控制系统的安全和运行稳定性，在如何保证国际旅客列车的安全开通运营及正常旅客服务有序开展运行过程中都具有着极其必要的现实意义。

针对新型dc600v旅客列车线路供电保护系统，线路接地安全保护系统设计中极有可能出现存在的供电系统与主要供电零部件之间不可能相匹配的安全问题,根据《旅客列车dc600v供电系统》,系统中在接地保护方式上应做出统一接地规定,力求系统能够有效确保所有新型旅客列车线路供电保护系统的线路安全性与稳定,以利于达到最大限度上地满足所有旅客列车用电的安全目标。在如何确保接地发生各种接地错误技术判断方法完全统一的理论基础上,如何有效地正确进行发生接地错误判断已经逐渐成为了一个重要的技术关键问题,既要方法能够可靠确保在接地发生正确接地时又要能够可靠准确做出接地动作,也要确保正常工况下运行不会出现错位动作。

1 DC600V供电系统原理及接地方式

列车的供电橱设计为两套完全独立的供电控制系统,其工作原理和电路截然相同。

交流输入电压860V,经真空接触器13KM与快速熔断器11FU到单相整流桥与电流传感器11SC,通过变压器内的滤波电抗器13L和柜内的滤波电容器19C输出直流电压600V。整流桥的交流侧,并联了由电阻1R,电容17C和压敏电阻13RV组成的过电压吸收电路与控制用同步变压器。同时,在交流侧有元件击穿短路时,快速熔断器能快速熔断保护,分断主电路,避免故障的进一步扩大。

电子控制电路:对一个给定的延时脉冲积分两个环节的脉冲预置延时值和给定电压上的反馈控制信号分别进行延时比较,进行延时调整器的函数运算后就可以自动得出晶闸管的隔离触发值和角,通过脉冲同步信号处理和脉冲功率放大两个环节来自动控制晶闸管的隔离触发角和脉冲控制模块,经通过隔离脉冲处理后来来自动控制晶闸管的开关启动和电路开通。

2供电系统接地建模及试验

2.1基于MATLAB/Simulink仿真

在对该机车 dc600v 供电系统的接地测量进行了仿真之前,运用了仿真技术的方法来深入地研究这种系统的接地功能,这样做就是一种简单有效的方法。它不但使我们可以确定和验证该系统基本的工作原理,通过对接地参数进行反复的调整和设置,从而直接实现达到该系统的目标和功能,节约了开发和设计时间,充分利用了各个测量试验站在线上的测量和实际试验位置,避免了因为接地参数设置不正确导致的各种重复测量。

simulink 既是一个在 matlab 环境下自动地进行计算机运行、用于对各种非线性动态系统的数据进行分析、用户友好的各种国际通用的数值化仿真应用程序,也是一个能够广泛应用于连续或者非线性离散时间的系统以及各种高层次系统的数据进行分析,是目前在电力工业领域中的各种电子和电力传动中实际应用最常见的一种是仿真过程之一。虽然从技术上讲它是一个属于 matlab 的程序,但是这样的子系统用户却能够直接地利用图像化的接口进行应用。当一个软件开始运行时,用户必须要先通过对一个微分方程或者代数方程等方法进行设计和选择,以确定整个系统的数学模型,并用状态变量或者是传递函数等多种形式把它们都显示了清楚。在进行仿真时可以选择应用模块库或者功能模板库
2.2直流侧接地试验

在电力机车dc600v直流供电控制系统正常工作运行并且无电流接地时或在工作电压条件下,电压回归传感器13sv的半驱动电压电流回归信号反馈器的数值范围应尽量控制在300v左右。而一旦某一个串入供电电路系统的直流侧就可能会直接发生一个电阻接地的一种情况或者也就是由于电气中的绝缘器件性能这一等级大大降低的一种情况,供电电路系统的600v正线或者600v侧的负线相互连接串入一个直流电阻。

根据《旅客列车dc600v供电系统》的相关要求,当列车dc≤1k时,机车dc600v自动供电控制系统就认为应该暂时停止供电动作,将接触器自动关闭断开,避免了漏电事故后续发生的进一步可能加重。利用针对matlab的模拟仿真,可以精确计算出当得到在一个正线或者主要是不在负线上的额定接地时,此时所需要选择的额定接地输出电压为每个传感器13sv的额定接地输出电压。

2.3交流侧接地试验

机车 dc600v 供电系统在交流侧若由于发生了接地故障而控制系统没有及时启动,会给电力机车的主变压器带来较为严重的损坏。所以对于交流侧的接地进行仿真显得尤其重要。

在测试做该型机车dc600v交流供电控制系统的双向高压交流测量接地试验时,利用高频示波传感器捕捉并获得双向交流侧三个模拟端点的高压接地仿真波形,基本上和机车matlab的交流模拟高压仿真接地波形非常相似。

3结论

和谐铁路客运专用高压重型电力机车dc600v采用供电控制系统的测量接地虚拟模型,并可以充分利用它在未来对其电路进行直流侧、交流侧的测量接地模型仿真模拟实验,为之后的客运高压电力测量接地实验研究工作开展提供了坚实的实验理论依据。通过测试使用了对matlab的模拟仿真,不但有效地大大提高了现场的新型高压供电测量系统试验工作效率,而且也给以后的和谐铁路客运型风力发电机车dc600v高压供电控制系统测试中的高压接地和供电改进过程工作人员带来了许多便利。

参考文献

[1]徐林云.DC600V列车供电系统[J].铁道车辆, 001, 39 (03) :13-16.

[ 2]吴强.客运列车供电系统[J].机车电传动, 003, 5:54-61.

[3]蔡杰, 林波.电力机车列车供电系统接地研究[J].电气技术, 015, 16 (05) :78-81.