基于PSCAD的高速动车组升弓浪涌过电压仿真分析

高速动车组(EMU)升弓瞬间产生的车体浪涌过电压,会严重影响车载电气设备的安全运行,干扰列车控制设备的数据采集与传输。为了掌握现有连接方式下升弓浪涌过电压的特点,以某型车为例,利用PSCAD/EMTDC软件建立包括接触网电源、高压电缆、车体及接地系统的等效模型。仿真研究了升弓瞬间受电弓弓头过电压和车体过电压的传播特点,探究了电缆长度、接触网电源等值参数及其电压相位对过电压的影响。结果表明:升弓时受电弓弓头过电压幅值可达60~70 kV,振荡衰减时间在25μs左右,振荡频率一般在0.86~1.74 MHz之间;车体过电压幅值在不同车体之间向前传播过程中逐渐减小,其中最大幅值为3号车车顶与车底之间,可达到7.02 kV。研究结果表明,升弓浪涌过电压受电缆长度、接触网电源等值参数及其电压相位的影响较大。     

动车组车顶高压电缆金属护层感应电压仿真与分析

高速动车组高压电缆金属护层在各车体同车顶单端连接是引起动车组升弓瞬间车体浪涌过电压的重要原因。为了掌握现有连接方式下此感应电压的特点,文中以CRH2型车为例,利用PSCAD/EMTDC软件建立包括接触网电源、高压电缆、车体及接地系统的等效模型。仿真研究升弓瞬间高压电缆金属护层感应电压传播过程,探究电缆长度、接触网电源等值参数及其电压相位对感应电压的影响。结果表明:升弓时电缆芯线电压可达60～70 kV,振荡持续时间在0.2 ms左右,振荡频率一般在60～80 kHz;金属护层感应电压幅值在不同车体之间沿电缆向前传播过程中逐渐减小;金属护层与车顶之间的电压差受电缆长度、接触网电源等值参数及其电压相位的影响较大。以上研究结果对合理设计高压电缆金属护层连接方式具有指导意义。     

雷击接触网高速列车车体过电压仿真分析

接触网沿线架设,因距地面较高而易遭受雷击,可能引发动车组事故,给车载电气设备的安全运行带来威胁,因此有必要对雷击接触网时的车体过电压进行分析。文中基于高速列车电路结构,利用Pspice软件建立了一个雷击接触网时动车组车体过电压分析模型,并定量分析了直接接地方式和电阻器并联电容接地方式对车体过电压的影响。仿真结果表明:避雷器动作,雷电流主要经车体分流,导致车体电位大幅上升,受电弓所在的3、6号车体过电压幅值最大,分别约为5.07、4.90 kV;电阻器并联电容接地方式和直接接地方式均能有效抑制各车体过电压,当并联电容大于1.5 m F时,二者对过电压幅值抑制程度基本一致,3、6车过电压幅值均降为1.90 kV,相比原接地方式分别降低了62.23%、61.4%,但是在电阻器并联电容接地方式下,各车体过电压波形更为平缓。以上结论为进一步研究雷击过电压提供了理论基础。     

动车组过分相的车体最佳接地技术分析

高速动车组车体接地系统是分相过电压的泄放通道,合理的接地技术能有效抑制车体过电压。针对此问题,划分并分析了动车组过车载自动电分相时的各暂态过程,构建了过分相时暂态过电压电流流向的框架。基于动车组车体的实际结构,利用Matlab/Simulink对8编组CRH2A型动车组过分相的其中2个暂态过程搭建了车-网耦合等效电路模型。仿真模型巧妙地将高速铁路过分相、车顶高压贯通电缆和车体接地系统结合在一起,通过仿真对比得到了接地技术对车体过电压的影响规律,结合正常工况下车体电流随车体接地技术的变化特征,就动车组过分相时的最佳接地技术提出了相应的建议。     

高速动车组断路器操作过电压在车体的传播特性与影响机制

高速铁路采用单相分段供电方式,为了防止带载过分相问题,在过分相过程中列车会频繁开关断路器,这将导致频繁的操作过电压冲击。该过电压一方面会造成车顶高压设备绝缘老化甚至击穿,另一方面该过电压会耦合到车体上,影响车载弱电设备正常工作。为分析断路器操作过电压在车体的传播特性,首先基于某试验动车组实际电气结构,构建高速列车操作过电压等效电路模型,在此基础上分析了操作过电压的产生机理和分布特性;进一步仿真分析了变压器励磁电感、高压电缆、接地电阻器对车体过电压的影响机制。结果表明:车体上操作过电压的峰值达到5.12 k V,并在7?s内迅速衰减到几百伏;变压器励磁电感越大,车体过电压越小;高压电缆单位电容为0.1 n F时,不同车体过电压幅值较小且分布均匀;接地电阻器寄生电感值越大,车体过电压越大。该研究为抑制车体过电压提供了参考。     

高速动车组速度传感器的电磁干扰测试与分析

结合现场实测,对CRH380BL型动车组速度传感器的电磁干扰问题进行了研究。首先分析了开关型霍尔传感器自身具有良好的抗干扰能力,指出当降弓时产生的电弧放电在车体上产生过电压时将会对其产生干扰。然后采用电偶极子理论分析了降弓时激发的电磁场的特性,从磁场在介质表面切向分量不连续的角度分析了车体过电压产生的原因,最后从传感器传输电缆屏蔽层接地方式的角度分析了车体过电压对传感器的干扰耦合机理。结果表明:降弓时产生的磁场强度最大值为54.07 d BμA/m,且频率主要分布在5 MHz附近,2号车厢车体过电压达600 V以上。车体骚扰电压会通过电缆屏蔽层与芯线间的寄生电容耦合到芯线内,对芯线中传输的速度信号造成干扰。通过在1车新增保护接地线后,有效地减小了电弧放电对速度传感器的电磁干扰。     

动车组自动断电过分相车体瞬态过电压优化研究

高速动车组车载自动断电过分相时,瞬态电压会通过车顶高压电缆缆芯与屏蔽层间的耦合注入各节车体,合理的保护接地方式可快速泄放车体瞬态电压,保证各车体电位相等.基于此,介绍了动车组过分相的暂态过程,运用MATLAB/Simulink建立了各暂态过程的等效电路模型,经过仿真分析接地电感与电容对车体瞬态电压的影响规律,提出了并联电容器的保护接地方案,对动车组高效运行具有一定参考价值与指导意义.     

同塔双回架空线-电缆混合输电方式合闸过电压差异化研究

为了研究同塔双回架空线-电缆混合输电方式下的合闸过电压暂态特性,选取某220 k V电网,利用EMTP电磁暂态程序建立了同塔双回架空线-电缆混合输电方式暂态模型,对合闸过电压,单相短路接地时重合闸过电压进行了全面研究。最后分析了影响合闸过电压的主要因素。研究表明:过电压的幅值受合闸相角的影响很大,倍数在1.17 p.u^2.14 p.u之间,考虑避雷器的动作特性,应选择在210°~240°相角间合闸。重合闸过电压幅值小于首次合闸过电压幅值。送电时,应先合送端断路器,再合受端断路器,以免对受端母线PT造成损坏。全架空线合闸过电压幅值小于架空线-电缆混合输电方式下的过电压幅值;采用全电缆输电方式合闸时容易产生谐振过电压。通过倒送电的方式可降低电缆末端过电压倍数。     

电网电容电流外加信号测量法

0　引言我国 6k V～ 66k V的配电网采用中性点不接地方式运行 ,单相接地时允许短时间带电故障运行。随着城市电网的扩大及电缆出线的增多 ,系统对地电流急剧增加 ,单相接地后流经故障点的电流较大 ,电弧不易熄灭 ,容易产生间隙性弧光接地过电压[1] 。为使接地电流减小 ,达到自然灭弧 ,应装设消弧线圈。要设置消弧线圈的电感量 ,必须事先测量电容电流。目前测量电容电流的方法有很多种 ,但都存在一定的缺点 ,本文介绍了一种新型外加信号单频测量法。1　消弧线圈的挡位调整法测量电网电容电流的方法有幅值法、相位法、幅值相位法等。其基本原…     

计及弓网二次燃弧的高铁车网建模与电磁暂态影响研究

针对高铁弓网燃弧造成的电磁暂态现象,基于多导体传输线(MTL)理论对计及弓网二次燃弧的牵引网回路进行车-网建模仿真研究。推导高铁全并联自耦变压器(AT)供电方式下牵引网MTL链式集总π型网络矩阵参数;根据CRH2型动车组结构参数,结合动车组实际运行过程中车体、钢轨、牵引网三者之间的相对位置分布及电气参数关系,在MATLAB/Simulink上建立精确的高速铁路车-网链式参数仿真模型。以二次燃弧为主,仿真分析燃弧对牵引网电压、动车组车体电势、轮对泄流、轮对间轨电位差的影响,结果表明:所建模型可有效模拟高速铁路中稳定的工频工况及弓网离线期间一次燃弧和多次燃弧的电磁暂态现象。     

动车组升降弓过电压及抑制措施仿真分析

动车组在过分相、降弓等工况下均可产生过电压问题,针对动车组在站内升降弓过程中出现的过电压现象,文中应用MATLAB搭建受电弓升降等效电路,建立电磁式电压互感器的仿真模型;结合仿真和理论分析指出电压互感器在受电弓下降过程中发生低频铁磁振荡;升弓过程是电源电压稳态分量和回路自身高频振荡暂态分量的叠加产生过电压。对比升降弓的仿真结果可知升降弓会给电压互感器带来不同的危害。文中提出在动车组降弓时,切除高压电缆可以有效地降低电压互感器的励磁电流。     

高速列车并联电机运行特性影响因素分析

在原理上分析高速列车轮径和电机参数差异对并联电机运行特性的影响,在此基础上对CRH2A型动车组进行MATLAB/Simulink建模,通过对CRH2A型动车组整个牵引过程的仿真,得到不同轮径差异与电机参数差异条件下并联电机的运行特性,并进行分析。     

动车组接地回流分配机理试验研究

随着高速列车的不断提速,牵引功率不断提升,导致接地回流逐渐增大,轴承电势升高、电蚀加重,严重威胁列车运行安全。文中基于现场试验,通过现场测试CRH380系列动车组接地回流,分析了工作接地与保护接地分配规律,研究了动车组接地方式对牵引回流的影响。结果表明:保护接地电流与工作接地电流波形变化趋势基本一致,工作接地电流最大值为398.45 A,总工作接地电流占车体回流的72.29%;头尾车保护接地电流最大,约占总保护接地电流的66.68%。以上结论为设计车体接地系统提供了实践基础。     

40.5kV真空断路器开合并联电容器组产生过电压的仿真分析

针对40.5 k V真空断路器在并联电容器组中性点均不接地的系统中开合并联电容器组过程中所产生的过电压,使用Or CAD/PSpice9软件进行仿真分析,得出了关合和开断过程中过电压的最大值和波形,为系统的过电压保护提供理论参考。     

基于IADRC的多CRH5型车网耦合系统低频振荡抑制方法

近年来国内相继出现多起高速铁路车网耦合系统低频振荡,振荡严重时甚至导致动车组牵引封锁。针对多列CRH5型动车组升弓整备投入牵引网时发生低频振荡提出了一种有效抑制方法。首先,分析了多列CRH5型动车组同时升弓接入牵引网的多车网电气耦合系统特性。其次,基于改进自抗扰控制策略对车网系统负载CRH5型动车组整流器的控制器进行优化设计来抑制系统低频振荡。最后,相比原有动车整流器PI控制和传统自抗扰控制技术,在Matlab/Simulink平台下测试验证了基于改进自抗扰控制的多CRH5动车组升弓整备投入牵引网的车侧电气量发生低频振荡抑制的正确性和有效性。     

1000kV交流输电线路故障过电压研究

在描述1000kV特高压输电线路接地短路过电压的情况下,以输变电系统在线路上单相接地或两相接地引起的过电压和自动重合闸两种情况下,所产生的操作过电压作为研究对象,利用ZnO避雷器和可控并联电抗器来限制过电压水平。仿真结果表明,单相重合闸导致的过电压幅值显然高于单相接地和两相接地时。     

±1100 kV特高压直流换流站平抗分置特性仿真研究

特高压直流输电换流站的绝缘配合对特高压直流输电系统的安全、经济运行有着重要的意义。针对±1 100 k V换流站避雷器配置方案,基于PSCAD仿真软件建立了±1 100 k V特高压直流输电系统仿真模型,并结合系统控制参数,仿真研究了平波电抗器不同布置方案对换流阀系统各关键位置最高运行电压的影响,分析了直流线路发生接地故障时最高端换流变阀侧绕组电压的变化,结果表明,采用平抗分置布置方式可使关键位置的最高运行电压降低33 k V左右(3%),使阀侧绕组电压振荡幅值减小约60 k V左右,仿真数据对于±1 100 k V换流站的过电压保护具有一定的参考意义。     

特高压并联电抗器中性点小电抗的过电压及绝缘水平分析

为了提高特高压输电系统的可靠性和安全性,利用EMTP建立了1000 k V典型输电系统的仿真模型。分别针对工频、操作和雷电过电压情况下中性点小电抗的过电压进行了计算分析,研究了并联电抗器和金属氧化物避雷器对过电压的抑制效果,重点分析了并联电抗器中性点小电抗的过电压,并对其绝缘水平进行了核算。实验发现:并联电抗器可有效抑制线路以及小电抗上的工频过电压,避雷器可以有效限制操作过电压以及三相重合闸过程中出现严重的过电压。中性点避雷器的额定电压推荐选取180 k V或192 k V,绝缘水平可选为:雷电冲击耐受电压要求值为550 k V,短时工频耐受电压要求值为230 kV。     

计及相间电容影响的单相弧光接地过电压抑制策略研究

本文提出相间电容降低单相弧光接地过电压幅值及抑制电弧重燃的理论依据及相关措施。首先推导得出单相弧光接地非故障相过电压幅值、故障相恢复电压幅值以及故障相恢复电压平均速率与系统参数的理论联系。结合本文提出的理论探究相间电容对降低弧光接地过电压幅值以及抑制电弧重燃的重要作用。利用Matlab软件建立改进Mayr动态电弧仿真模型对结论进行仿真,验证文中结论的正确性与可靠性。最后,通过实例分析配电网加装并联电容器能够在不增加额外电容器配置的前提下同时解决无功补偿和弧光接地过电压问题,对配电网安全及经济运行具有指导性的意义。     

±800 kV特高压直流输电线路单极接地故障过电压产生机理及影响因素

将特高压直流输电线路单极接地故障过电压分成第一次跃升和第二次跃升2个过程,并基于极线间的电磁耦合作用和波过程阐述了2次电压跃升的产生机理;分析了直流滤波器主电容、直流滤波器型式、直流控制系统、杆塔接地电阻、线路中点杆塔是否装设避雷器、输电线路参数和输送功率等多种因素对该过电压的影响。仿真结果表明,直流滤波器主电容参数是限制单极接地故障过电压的关键因素,其他因素对该过电压影响不大,为控制过电压幅值不超过额定电压的1.7倍,建议±800 k V特高压线路的直流滤波器主电容参数取值范围为1~2μF。