劉含筱 楊玉新 李立偉 王凱

摘要：為判斷動車組的輔助電源系統(tǒng)是否發(fā)生單相接地短路故障，本文主要對動車組輔助電源系統(tǒng)接地檢測進(jìn)行研究，構(gòu)建了IT系統(tǒng)接地故障分析模型，推導(dǎo)了零序電壓隨三相對地絕緣阻抗變化的公式，設(shè)計了檢測系統(tǒng)零序電壓的電路，并利用Matlab和Simulink軟件對實驗?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行仿真，將仿真結(jié)果與公式求得的結(jié)果進(jìn)行對比，驗證公式的正確性。同時，搭建實際的測試平臺，對各種接地方式下的三相不接地系統(tǒng)進(jìn)行測試。測試結(jié)果表明，實驗平臺測得的零序電壓與仿真模型測得的零序電壓基本一致，所測零序電壓及零序電壓變化速率均隨C相對地電阻RC的增加而下降，并且零序電壓及零序電壓的變化速率均受三相對地電容的影響。當(dāng)RC相同時，三相對地電容值越大，測得的零序電壓值越小;當(dāng)RC=0時，測得的零序電壓均接近165 V;當(dāng)RC=510 kΩ時，測得的零序電壓均接近0 V，說明零序電壓值基本不受三相對地電容值的影響。該研究為動車組三相三線制輔助電源系統(tǒng)的接地檢測工作提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：單相接地短路; 中性點不接地系統(tǒng); 零序電壓; Simulink

中圖分類號： TM934.3+1; U266文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

文章編號： 10069798（2019）01008106; DOI： 10.13306/j.10069798.2019.01.014

高速鐵路因其速度快、能耗低、安全可靠等各種優(yōu)勢在中國得到了很好的發(fā)展。近年來，中國建設(shè)的高鐵網(wǎng)將國內(nèi)各經(jīng)濟板塊連接在一起，大大降低了經(jīng)濟活動的時間成本，為中國的經(jīng)濟發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。高速鐵路的核心是動車組的設(shè)計和制造，而動車組由電力驅(qū)動，因此車內(nèi)供電系統(tǒng)的安全性和可靠性至關(guān)重要[13]。動車組中存在各種類型的負(fù)載，數(shù)量龐大且十分復(fù)雜，容易對電源造成污染，導(dǎo)致供電質(zhì)量下降，給電源系統(tǒng)的絕緣帶來潛在危害[46]。動車組的輔助電源系統(tǒng)（auxiliary power unit，APU）負(fù)責(zé)向車中各類常規(guī)用電設(shè)備進(jìn)行供電，并負(fù)責(zé)在整流后供給車上各電壓等級的直流設(shè)備，同時，車上留給乘客的插座也由APU負(fù)責(zé)。不同于應(yīng)用在電網(wǎng)中的絕緣監(jiān)測設(shè)備，APU功能強大且體積龐大，應(yīng)用于動車組APU的絕緣監(jiān)測設(shè)備功能精簡，絕緣等級不高，且不需要超遠(yuǎn)距離的通信方式，同時車體空間狹小，這也要求設(shè)備具有更小的體積。隨著人民生活水平的不斷提高，對各類交通工具的速度、安全需求也越來越大。高鐵已成為大多數(shù)人的遠(yuǎn)途旅行的首選方式，動車組的安全性能和舒適程度備受關(guān)注，這就對動車組輔助供電系統(tǒng)的安全性和可靠性提出了更高的要求。動車組APU系統(tǒng)是中性點不接地的三相三線制系統(tǒng)（IT系統(tǒng)）。當(dāng)IT系統(tǒng)發(fā)生單相接地短路時，系統(tǒng)仍然可以帶故障運行一段時間，但其余兩相的對地電壓會增大為原來的3倍，增大了導(dǎo)線絕緣部分的壓力[710];若又有一相線路發(fā)生接地短路故障，系統(tǒng)將產(chǎn)生兩相接地短路，造成動車組斷電，中途停車[1116]。這不但會阻礙同一線路后續(xù)列車的行駛，降低鐵路運輸效率，而且會危及乘客的人身安全，甚至?xí)o我國的經(jīng)濟造成不良影響[1720]。基于此，本文主要對動車組輔助電源系統(tǒng)接地檢測進(jìn)行研究，推導(dǎo)出零序電壓隨三相負(fù)載變化的公式，得到零序電壓與三相負(fù)載不平衡狀況有關(guān)，即如果IT系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障，系統(tǒng)中的零序電壓將發(fā)生改變，并根據(jù)零序電壓的相位判斷出接地故障相。本研究為動車組三相三線制輔助電源系統(tǒng)的接地檢測工作提供了理論支持和解決方法，對動車組的平穩(wěn)安全運行具有重要意義。

4結(jié)束語

本文主要對動車組輔助電源系統(tǒng)接地檢測進(jìn)行研究，構(gòu)建了IT系統(tǒng)接地故障分析模型，推導(dǎo)了零序電壓隨三相對地絕緣阻抗變化的公式，設(shè)計了檢測系統(tǒng)零序電壓的電路，并利用Matlab仿真軟件對實驗?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行仿真實驗。研究結(jié)果表明，通過UN可以實現(xiàn)對零序電壓的檢測，且實際零序電壓為UN值的4/3倍。UN變化范圍為0～165 V，當(dāng)發(fā)生單相金屬性短路時，UN值最大為165 V，當(dāng)三相對地阻抗相等時，UN值最小為0 V;通過測量零序電壓，可以判斷三相線路中是否出現(xiàn)接地故障，并通過其大小來評估系統(tǒng)絕緣程度;不同相發(fā)生接地短路，產(chǎn)生的零序電壓相位不同，可通過零序電壓相位的所在區(qū)間來定位接地短路故障相。該研究對動車組安全平穩(wěn)的運行具有重要意義。

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