宁和城际大胜关大桥感应电压吸收仿真分析

1、    宁和城际大胜关大桥感应电压吸收仿真分析    余南摘 要 宁和城际轨道交通一期工程大胜关桥段与高速铁路共桥，高铁交流对地铁直流1500v系统产生电磁感应和静电感应，因此在大胜关段相关牵引变电所直流母线设置感应电压吸收装置，实现对来自高铁的感应电压进行吸收，确保地铁线路正常运行。将可能的接触网和钢轨之间的最大感应电势滤除，范围限制到标准以内。【关键词】感应电压 仿真 lc吸收 设计1 设计依据和仿真模型建立通过对宁和城际大胜关大桥接触网以及电源等装置进行分析，采用saber仿真软件搭建的系统仿真电路图如图1所示。2 lc吸收方案的仿真如果选用lc吸

2、收方案，则仅在有機车时可进行投入。可通过检测牵引线电流获取是否有机车的信息。在有机车情况下，当线路出现感应电压时，lc吸收装置经过一个工频周期的检测时间后投入，lc吸收装置仅在一侧投入，无同步投入问题。在单边供电时，lc吸收装置在线路末端投入。若单纯采用lc吸收方案，则lc谐振的暂态过程时间较长，可能无法满足在100ms的短路时间内完成感应电压吸收。所以考虑在lc电路中预留设计串联电阻r1，并给电容c预充电。一方面，r1阻值越大，lc谐振的暂态过程越短，感应电压吸收的响应速度越快；另一方面，r1阻值越大，吸收装置的阻抗越大，感应电压的吸收效果变差。所以，r1的选取因综合考虑。另外，可考虑在装置

3、内添加放电电阻或预充电电阻r2，作为电容c的放电电阻和预充电电阻。可选取串联电阻r1=0.5，放电电阻r2=50。吸收装置原理电路如图2所示。感应电压吸收装置的运行方式为：r2在电容c两端电压低于1000v时作预充电电阻使用，开关s2闭合、开关s1断开、开关s3断开，让直流母线对电容c预充电，当电容c两端电压接近直流母线电压时，开关s1-s3均断开。当检测到感应电压（国铁线路发生短路）并且有机车的情况下，开关s1闭合、开关s2断开、开关s3断开，进行感应电压吸收。在对感应电压吸收装置进行检修时，开关s1-s2均断开、开关s3闭合，对电容c进行放电。假设在对电容c预充电时间内检测到感应电压（国铁

4、线路发生短路），则预充电立即结束，进行感应电压吸收。该时间段内感应电压吸收装置不起作用，对系统无影响。以下进行lc吸收方案的运行仿真。电容c预充电至1500v。仿真波形中在2.5s处感应电压产生，lc吸收装置在2.52s投入。在2.6s处感应电压消失，lc吸收装置在2.62s处切除。单边供电以左侧供电右侧投入为例，机车位置均位于从左侧驶入。r1=0.5。仿真波形如图3所示。通过仿真波形的对比可得如下结论：当高铁线路发生短路时，（1）在牵引电源单边供电，且线路上有地铁车辆通过时，采用lc吸收装置后，线路末端和机车端的感应电压经过1个工频周期的检测和响应时间后开始吸收，电压峰值吸收至1700v以内

5、，3个工频周期后吸收至1600v。（2）流过lc吸收装置的电流不超过150a，电容c两端的电压不超过3000v。3 仿真总结根据上述仿真数据可得以下总结：（1）在无吸收装置情况下，当高铁交流牵引网发生短路故障时，地铁的直流母线上存在感应电压问题，牵引电源处的最高感应电压为125v，机车处的最高感应电压为100v，线路末端的最高感应电压为250v。最大直流母线电压抬升为350v（双边供电而地铁线路无车辆驶过）（2）采用lc吸收方案在接触网线路有机车情况下对单边供电和双边供电都有较好的吸收效果，且投退逻辑简单，考虑到吸收的响应速度预留电容预充电开关，吸收装置是否投入对短路电流上升斜率无影响，但在地铁无机车负载时投入lc由于供电电源的单向性可能导致接触网线路谐振能量无回路释放，一段时间内保持较高水平，可能会导致线路设备过电压，该结论需通过实测数据进行验证。4 结束语根据以上分析结论，目前仿真也只提供一种理论依据，其结论受制于各种因素如元件模型、线路模型、电路结构等影响，也不能保证建模的完全正确性，所以其仿真结果需进一步通过实际测试进行验证。参考文献1中铁电化院01大胜关大桥高铁对轨道交通直流系统电磁感应影响研究中期报告.ppt.2中铁电化院大胜关大桥高铁对轨道交通直流系统电磁感应影响研究中期报告20131017.doc.3中铁电化院大胜关桥综合接地系统图-3（终稿）.d