軌道交通車輛變流系統(tǒng)接地故障檢測機(jī)制的研究

盧金國

摘要：社會(huì)和國家的發(fā)展，隨之而來的就是對人生的安全和財(cái)產(chǎn)的安全，越來越看重。在交通軌道列車安全來說，軌道交通車輛變流系統(tǒng)接地故障檢測機(jī)制是否完善安全是尤為重要的。本文將主要淺談分析軌道交通車輛變流系統(tǒng)牽引變流器和輔助變流器接地保護(hù)的運(yùn)行原理、工作方法和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以此來增強(qiáng)我國的軌道交通安全性，從而加強(qiáng)我國發(fā)展。

關(guān)鍵詞：軌道交通車輛;變流系統(tǒng);接地故障;檢測機(jī)制

一、牽引變流器接地保護(hù)工作原理

對動(dòng)車組進(jìn)行接觸網(wǎng)取電，對其牽引變流器電氣拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)運(yùn)用與其他變流器運(yùn)用一種變流系統(tǒng)不同，使用的是兩種變流系統(tǒng)即為交直交變流系統(tǒng)，這種特殊的電氣拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也和其他的電氣拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有所不同，特殊之處在于里面分為四象限整流器，其模式簡稱為1+3模式，具體內(nèi)容就是一個(gè)中間的直流環(huán)節(jié)加三個(gè)牽引逆變器部分，因?yàn)檐壍儡囕v從兩種大小不同的直流牽引的供電系統(tǒng)中各自取電，所以導(dǎo)致牽引變流器在電氣結(jié)構(gòu)中缺少單項(xiàng)整流功能。通過以上理論中車輛牽引變流器中主電路的結(jié)構(gòu)和供電制式的特殊性，總結(jié)出了一下兩種接地保護(hù)情況，第一種是供電牽引系統(tǒng)接地故障保護(hù)，第二種是對于具體的軌道交通施工應(yīng)用情況，選擇不同的接地故障檢測方法。

（一）供電牽引系統(tǒng)接地故障保護(hù)

第一，接地電流檢測保護(hù)方式。需要讓牽引變流器內(nèi)部的直流母線負(fù)線進(jìn)行接地，這里選擇CRH5型動(dòng)車組為例。并通過電流傳感器對其接地方式進(jìn)行接地保護(hù)，這種接地保護(hù)方法結(jié)構(gòu)不復(fù)雜。當(dāng)內(nèi)部直流母線正線接地、四象限整流器交流輸入側(cè)接地、牽引逆變器輸出側(cè)接地出現(xiàn)故障時(shí)，可以使用負(fù)線電流傳感器來檢測，當(dāng)電流遇到保護(hù)閥時(shí)牽引變流器內(nèi)部可以檢測出故障位置。以上這種檢測方法可以通過電流保護(hù)閥呈現(xiàn)保護(hù)動(dòng)作，但是其也有一些缺點(diǎn)，最大缺點(diǎn)就是在內(nèi)部直流母線負(fù)線直接接地的過程中，促使發(fā)生故障的線路自動(dòng)出現(xiàn)兩點(diǎn)間的接地短路，如果這種短路情況沒有及時(shí)被發(fā)現(xiàn)，那么短路電流將會(huì)導(dǎo)致功率器燒壞。第二，分壓電阻檢測保護(hù)方式。該方式是用中間直流線路串聯(lián)通兩個(gè)電阻，然后將電阻中間接地，并且固定阻值，運(yùn)用傳感器直接檢測電阻電壓。

（二）直流供電的牽引系統(tǒng)接地故障保護(hù)

一般軌道交通都采用的直流供電或者回流供電的方法，比如地鐵車輛、底板有軌電車等，回流方式主要有鋼軌回流和接觸線回流，這兩中回流方式差異較大。第一，鋼軌回流接地故障保護(hù)方法，該方法通過對鋼軌回流的車輛接地故障進(jìn)行保護(hù)，在這種方式下，車輛發(fā)生故障時(shí)，高壓線主斷路器會(huì)自動(dòng)跳閘，以此保護(hù)車輛電氣。車輛一般通過接地電阻和鋼軌負(fù)線連接的方法，可以有效防止車輛出現(xiàn)環(huán)路電流，通過將車輛和鋼軌負(fù)線進(jìn)行連接，以此避免接地故障對車輛正常運(yùn)行產(chǎn)生影響。第二，接觸線回流接地故障保護(hù)方法，這種方法主要用于解決不通過鋼軌回方式進(jìn)行運(yùn)行的單軌電車接地故障問題，單軌電車采用的是雙弓受流的方法。供電系統(tǒng)接地故障保護(hù)方法如下，先選擇一臺(tái)接地裝置，把接地裝置和和車體進(jìn)行連接在車站內(nèi)部，這可以有效減少列車在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的不安全事故，從而保護(hù)了群眾的人生安全和財(cái)產(chǎn)安全。另一方面作為跨座式單軌列車接地出現(xiàn)的故障情況，可以將地繼電器直接和地面連接通過變電站負(fù)線連接，首先通過負(fù)線連接接地繼電器和車體進(jìn)行連接，最后通過接地裝置連接到地面。這種接地方法會(huì)發(fā)生兩種不同的情況，但是都是通過變電站接地保護(hù)牽引變流器來連接接地故障檢測裝置進(jìn)行接地故障檢測[1]。

二、輔助變流器接地保護(hù)工作原理

（一）N線接地檢測保護(hù)

接地檢測保護(hù)是使用輔助變流器輸出側(cè)N線后從而進(jìn)行的保護(hù)，這種保護(hù)方法的優(yōu)點(diǎn)就是更大程度的可以保證變流器輸出N相電流的平穩(wěn)，并且如果出現(xiàn)了故障在接地電平和輔助變流器三相輸出過程中，輔助變流器可以更方便準(zhǔn)確的檢測到輸出電流短路情況，從而進(jìn)行自動(dòng)有效的保護(hù)。當(dāng)車輛輔助系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，單車發(fā)生接地故障時(shí)，需要移除輔助，這樣提高系統(tǒng)的繁雜，以上保護(hù)原理方法可得知輔助變流器接地保護(hù)工作原理十分完善，可以在供電系統(tǒng)車輛運(yùn)行中采用N線接地故障檢測方法。

（二）阻容電壓檢測保護(hù)

該方法是針對于N線接地檢測的弊端提出的一種新方法，可以將串聯(lián)電阻和電容連接到輸出側(cè)N線和箱體之間，這樣做的目的就是方便可以通過檢測兩端不同的電阻和電容兩端的電壓來分析和判斷接地故障是否出現(xiàn)。如果輔助變流器三相輸出發(fā)生接地故障時(shí)，支路會(huì)出現(xiàn)漏電流現(xiàn)象，電壓為恒定值，如果發(fā)生變化就會(huì)被電壓傳感器檢測出，已經(jīng)超過了保護(hù)閥值，可以明確接地故障，便可以及時(shí)有效的自動(dòng)啟動(dòng)保護(hù)功能。該方法既可以有效檢測出接地故障，也可以改善N線檢測方法的不足，因此是一種較為穩(wěn)定的接地故障保護(hù)方法。

三、仿真測試

在對以上接地故障檢測方法進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，如果采取內(nèi)部直流母線負(fù)線接地方法、接地檢測保護(hù)方法進(jìn)行接地故障檢測時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)短路大電流問題，對于分壓電阻或者阻容電壓檢測的方法可以實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)接地故障檢測，確保軌道交通車輛變流系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定和安全。對此需要對分壓電阻檢測方法進(jìn)行仿真測試，該測試選擇了牽引變流器進(jìn)行測試。先采用科學(xué)的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，首先檢測地接故障效果在非短路情況下，然后為了方便后期的分析和觀察，我們可以假設(shè)地接檢測的電壓值是電壓傳感器的周期值。然后就可以進(jìn)行專項(xiàng)測試對接地故障保護(hù)的各種不同方法：第一，內(nèi)部直流母線正線接地;第二，四象限整流器交流輸入側(cè)接地，由于這兩種地接故障保護(hù)方法的電壓周期平均值是不同的，因此可以對這兩種方法平均值變化情況進(jìn)行討論和分析。以上仿真測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，分壓電阻檢測方法的牽引變流器可以在單點(diǎn)接地故障下正常進(jìn)行運(yùn)行，檢測的接地電壓值和內(nèi)部中間直流電壓值符合計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)[2]。

四、結(jié)束語

總之，通過以上分析后發(fā)現(xiàn)，牽引變流器內(nèi)部直流母線負(fù)線設(shè)計(jì)是沒有條件過于嚴(yán)苛的要求的，如果采用的是分壓電阻檢測的方法，那么無法直接的檢測到接地故障情況在兩點(diǎn)短路過流時(shí)，而接地電流檢測的方法在對接地故障進(jìn)行檢測時(shí)會(huì)產(chǎn)生短路情況，對于這種情況需要及時(shí)進(jìn)行保護(hù)處理，避免對功率器造成破壞。另外，由于跨座式單軌列車牽引系統(tǒng)負(fù)線回流無法進(jìn)行接地，因此接地故障檢測裝置檢測是必須的，不僅如此還可以在變電站和車輛運(yùn)行線路中發(fā)生的故障中進(jìn)行檢測。對于輔助變流器而言，阻容電阻檢測保護(hù)方法可以不需要在兩點(diǎn)短路內(nèi)部進(jìn)行接地故障檢測，這種方法相比較于直接接地檢測更加安全。因此，以上研究結(jié)果可以對軌道交通車輛變流系統(tǒng)接地故障檢測機(jī)制進(jìn)行完善。

參考文獻(xiàn)

[1]王雄，宋郭蒙，黃南，等.軌道交通車輛風(fēng)冷散熱器傳熱優(yōu)化研究[J]，2021.

[2]鄧琴. 地鐵排流網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究[D]. 西南交通大學(xué).