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        高鐵牽引供電系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)電網(wǎng)運(yùn)行影響的探究

        2016-12-31 00:00:00張勝遠(yuǎn)張禹田東
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2016年22期

        摘 要:供電系統(tǒng)作為高鐵運(yùn)行的一個(gè)重要支撐力量,對(duì)高鐵運(yùn)行的影響無(wú)可替代。高鐵牽引供電系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)電網(wǎng)運(yùn)行的影響是當(dāng)前電力研究中的一個(gè)重要課題,其中涉及到許多專業(yè)性的問(wèn)題需要去解決。文章選取某地區(qū)牽引站作為研究對(duì)象,通過(guò)仿真所體現(xiàn)的理論數(shù)據(jù)為高鐵牽引供電系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)電網(wǎng)運(yùn)行的影響研究提供依據(jù),發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并有效解決,從而保障高鐵安全高效的運(yùn)行。

        關(guān)鍵詞:高鐵牽引供電系統(tǒng);實(shí)時(shí)電網(wǎng);運(yùn)行影響;變壓器

        1 牽引變壓器暫態(tài)模型

        1.1 對(duì)于變壓器鐵芯的分析

        在實(shí)際的工作中,為了保障開(kāi)展工作的順利和可行,通常都會(huì)選擇一些模型進(jìn)行前期的實(shí)驗(yàn)工作,其中國(guó)際上通用的描述磁化曲線的數(shù)學(xué)模型就是我們經(jīng)常聽(tīng)到的JA鐵磁磁滯原理,在這一原理中能夠清晰的表明一些數(shù)據(jù),并且這一原理所采用的模型技術(shù)能夠達(dá)到數(shù)據(jù)的最大真實(shí)性,在文章中也以此原理作為基本的理論,并且采用非磁滯磁化的理論概念,進(jìn)行詳細(xì)的分析。

        1.2 V/v牽引變電路暫態(tài)模擬

        牽引變電站在高鐵運(yùn)行過(guò)程中選用阻抗匹配平衡變壓器,因V/v牽引變壓器由兩臺(tái)單相變壓器組合而成,從典型原則出發(fā),文章選取高鐵負(fù)荷較大的某地區(qū)的一個(gè)牽引站作為分析的重點(diǎn),是比較能夠體現(xiàn)真實(shí)數(shù)據(jù)的。在實(shí)際的高鐵運(yùn)行中V/v牽引變壓器本身具有單相和三相之分,在模擬建造的過(guò)程中這兩種變壓器并沒(méi)有太大的區(qū)別體現(xiàn),根據(jù)V接變壓器的內(nèi)部構(gòu)造,在獲取單相兩繞組變壓器參數(shù)的情況下,也可用電路模型來(lái)分析并解決實(shí)際的問(wèn)題,如圖1。

        圖1

        模型將單相變的勵(lì)磁支路用考慮飽和因素影響的電感并聯(lián)鐵耗電阻來(lái)等效。將二次側(cè)的參數(shù)歸算到一次側(cè),則V接牽引變的電路暫態(tài)計(jì)算模型。

        2 勵(lì)磁涌動(dòng)仿真

        在實(shí)際的電網(wǎng)線路運(yùn)行過(guò)程中,電廠所提供的電壓和變電站提供的供電電壓并沒(méi)有變化,而且在這種模擬測(cè)試中,變壓器的模型影響力不大,甚至可以忽略不計(jì)。具體運(yùn)行情況如圖2所示。

        圖2

        從供電系統(tǒng)來(lái)看,采用的是AT模式,如果忽略上下?tīng)恳W(wǎng)的影響的情況下,這種供電系統(tǒng)在實(shí)際工作中可以一定程度的展開(kāi),形成單線雙邊的供電方式。在本次模擬仿真中,電源在使用過(guò)程中需要經(jīng)0.06秒鐘的實(shí)踐上升到一個(gè)比較穩(wěn)定的電壓狀態(tài)下。比如對(duì)某電廠進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中,就能清晰的看到供電系統(tǒng)運(yùn)作的實(shí)際情況。某電場(chǎng)作為電源經(jīng)2條輸電線路向V接牽引變供電,考慮線損設(shè)置端電壓為230kv,模型的合閘位置設(shè)定在高壓側(cè)。仿真系統(tǒng)關(guān)鍵是如何設(shè)置合適的參數(shù)來(lái)描述鐵芯的飽和特性。UMEC變壓器模型是基于中心幾何學(xué)建立的,同時(shí)考慮了同相繞組與不同相繞組間的耦合作用。UMEC模型以分段的線性U-I曲線來(lái)描述鐵心飽和特性,利用插值法,在實(shí)時(shí)計(jì)算時(shí)獲得精確的結(jié)果。

        3 單相故障及牽引變有載合閘仿真

        3.1 單相短路故障仿真

        在高電壓的使用和運(yùn)作過(guò)程中,最容易出現(xiàn)的短路故障就是在單相接地的過(guò)程中可能性最大,也是高鐵牽引供電系統(tǒng)研究中關(guān)注的重點(diǎn),一旦出現(xiàn)短路的情況對(duì)高鐵運(yùn)行電網(wǎng)的影響是非常大的。另外,對(duì)這一部分的有效分析能夠及時(shí)為排除故障、準(zhǔn)確分析事故發(fā)生的原因并為提出改進(jìn)方案提供有效的依據(jù),如此為了做好測(cè)試,需要搭建相應(yīng)的仿真模型,這一仿真模型應(yīng)當(dāng)充分體現(xiàn)高鐵牽引供電系統(tǒng)在影響電網(wǎng)運(yùn)行中的實(shí)際情況。如圖3所示。

        圖3

        在上述圖形中,將兩輛機(jī)車級(jí)位運(yùn)行的情況作為研究參數(shù),每輛機(jī)車具有同樣的運(yùn)作功率和無(wú)功功率,且這些數(shù)據(jù)都不是變化的,還需要進(jìn)一步明確的是,這些所使用的數(shù)值都具有較高的可研究?jī)r(jià)值,在研究中我們只選取根據(jù)實(shí)際研究的需要選擇的典型值,而不是全部的數(shù)據(jù)都在這些數(shù)值有所體現(xiàn),這樣雖然會(huì)存在一定的誤差,但是影響不大。牽引懸掛系統(tǒng)將接觸線承力索,兩條鋼軌,正饋線保護(hù)線等效為接觸線、軌道線和正饋線3線系統(tǒng),導(dǎo)線參數(shù)使用施工常用典型數(shù)據(jù),其他元件參數(shù)與第2節(jié)中相同。外部供電系統(tǒng)在0.08s時(shí)發(fā)生A相短路故障,0.12S后A相斷路器跳開(kāi)。假設(shè)故障為暫時(shí)性的,則故障處的電弧隨斷路器跳開(kāi)自行熄滅。斷路器跳閘后0.8S自動(dòng)重合閘成功,A相供電恢復(fù)。

        3.2 牽引變有載合閘仿真

        在文章研究的高鐵運(yùn)行線路中,每個(gè)路段都具有專門的供電線路和變壓器,而且備用線路也經(jīng)常是在一種打開(kāi)的狀態(tài)之中,因此,當(dāng)高鐵運(yùn)行中,如果正常使用的線路出現(xiàn)問(wèn)題,這種備用電路也會(huì)及時(shí)投入使用之中,防止因線路問(wèn)題而影響了高鐵的運(yùn)行。

        總之,通過(guò)這種仿真模擬和設(shè)計(jì)能夠真正體現(xiàn)出高鐵牽引供電系統(tǒng)對(duì)于實(shí)時(shí)電網(wǎng)的影響,同時(shí)也指出了這種影響所具有的一些預(yù)防設(shè)備,保障高鐵的正常運(yùn)行。

        4 結(jié)束語(yǔ)

        文章選取某牽引站作為研究對(duì)象,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了牽引變空載合閘和電網(wǎng)側(cè)故障仿真,仿真結(jié)果所體現(xiàn)的理論數(shù)據(jù),為高鐵牽引供電系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)電網(wǎng)運(yùn)行的影響研究提供支持,同時(shí)也為相關(guān)調(diào)度部門提供了可靠的理論依據(jù),保障高鐵安全高效的運(yùn)行。

        參考文獻(xiàn)

        [1]孫謙,葉健慧,等.高鐵牽引供電系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)電網(wǎng)運(yùn)行影響研究[J].湖南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2012(100).

        [2]余丹萍.電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)的仿真及影響研究[D].浙江大學(xué),2011.

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