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

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(chē)級(jí)位運(yùn)行的情況作為研究參數(shù)，每輛機(jī)車(chē)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(mén)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(mén)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）.

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