寧和城際大勝關大橋感應電壓吸收仿真分析

余南

摘 要 寧和城際軌道交通一期工程大勝關橋段與高速鐵路共橋，高鐵交流對地鐵直流1500V系統產生電磁感應和靜電感應，因此在大勝關段相關牽引變電所直流母線設置感應電壓吸收裝置，實現對來自高鐵的感應電壓進行吸收，確保地鐵線路正常運行。將可能的接觸網和鋼軌之間的最大感應電勢濾除，范圍限制到標準以內。

【關鍵詞】感應電壓 仿真 LC吸收 設計

1 設計依據和仿真模型建立

通過對寧和城際大勝關大橋接觸網以及電源等裝置進行分析，采用Saber仿真軟件搭建的系統仿真電路圖如圖1所示。

2 LC吸收方案的仿真

如果選用LC吸收方案，則僅在有機車時可進行投入。可通過檢測牽引線電流獲取是否有機車的信息。在有機車情況下，當線路出現感應電壓時，LC吸收裝置經過一個工頻周期的檢測時間后投入，LC吸收裝置僅在一側投入，無同步投入問題。在單邊供電時，LC吸收裝置在線路末端投入。

若單純采用LC吸收方案，則LC諧振的暫態過程時間較長，可能無法滿足在100ms的短路時間內完成感應電壓吸收。所以考慮在LC電路中預留設計串聯電阻R1，并給電容C預充電。一方面，R1阻值越大，LC諧振的暫態過程越短，感應電壓吸收的響應速度越快；另一方面，R1阻值越大，吸收裝置的阻抗越大，感應電壓的吸收效果變差。所以，R1的選取因綜合考慮。

另外，可考慮在裝置內添加放電電阻或預充電電阻R2，作為電容C的放電電阻和預充電電阻。可選取串聯電阻R1=0.5Ω，放電電阻R2=50Ω。吸收裝置原理電路如圖2所示。

感應電壓吸收裝置的運行方式為：

R2在電容C兩端電壓低于1000V時作預充電電阻使用，開關S2閉合、開關S1斷開、開關S3斷開，讓直流母線對電容C預充電，當電容C兩端電壓接近直流母線電壓時，開關S1-S3均斷開。當檢測到感應電壓（國鐵線路發生短路）并且有機車的情況下，開關S1閉合、開關S2斷開、開關S3斷開，進行感應電壓吸收。在對感應電壓吸收裝置進行檢修時，開關S1-S2均斷開、開關S3閉合，對電容C進行放電。

假設在對電容C預充電時間內檢測到感應電壓（國鐵線路發生短路），則預充電立即結束，進行感應電壓吸收。該時間段內感應電壓吸收裝置不起作用，對系統無影響。

以下進行LC吸收方案的運行仿真。電容C預充電至1500V。仿真波形中在2.5s處感應電壓產生，LC吸收裝置在2.52s投入。在2.6s處感應電壓消失，LC吸收裝置在2.62s處切除。單邊供電以左側供電右側投入為例，機車位置均位于從左側駛入。R1=0.5Ω。仿真波形如圖3所示。

通過仿真波形的對比可得如下結論：

當高鐵線路發生短路時，

（1）在牽引電源單邊供電，且線路上有地鐵車輛通過時，采用LC吸收裝置后，線路末端和機車端的感應電壓經過1個工頻周期的檢測和響應時間后開始吸收，電壓峰值吸收至1700V以內，3個工頻周期后吸收至1600V。

（2）流過LC吸收裝置的電流不超過150A，電容C兩端的電壓不超過3000V。

3 仿真總結

根據上述仿真數據可得以下總結：

（1）在無吸收裝置情況下，當高鐵交流牽引網發生短路故障時，地鐵的直流母線上存在感應電壓問題，牽引電源處的最高感應電壓為125V，機車處的最高感應電壓為100V，線路末端的最高感應電壓為250V。最大直流母線電壓抬升為350V（雙邊供電而地鐵線路無車輛駛過）

（2）采用LC吸收方案在接觸網線路有機車情況下對單邊供電和雙邊供電都有較好的吸收效果，且投退邏輯簡單，考慮到吸收的響應速度預留電容預充電開關，吸收裝置是否投入對短路電流上升斜率無影響，但在地鐵無機車負載時投入LC由于供電電源的單向性可能導致接觸網線路諧振能量無回路釋放，一段時間內保持較高水平，可能會導致線路設備過電壓，該結論需通過實測數據進行驗證。

4 結束語

根據以上分析結論，目前仿真也只提供一種理論依據，其結論受制于各種因素如元件模型、線路模型、電路結構等影響，也不能保證建模的完全正確性，所以其仿真結果需進一步通過實際測試進行驗證。

參考文獻

[1]中鐵電化院《01大勝關大橋高鐵對軌道交通直流系統電磁感應影響研究中期報告.ppt》.

[2]中鐵電化院《大勝關大橋高鐵對軌道交通直流系統電磁感應影響研究中期報告20131017.doc》.

[3]中鐵電化院《大勝關橋綜合接地系統圖-3（終稿）.dwg》.

作者單位

1.南瑞集團有限公司（國網電力科學研究院有限公司） 江蘇省南京市 210003

2.國電南瑞科技股份有限公司 江蘇省南京市 210000endprint