城市轨道交通直流牵引供电系统接地方案的研究

摘要

近年来，城市轨道交通已经得到快速发展，人们越来越重视城市轨道交通直流牵引供电系统安全可靠运行。直流牵引供电系统的接地对解决杂散电流、钢轨电位异常和系统短路故障起到重要作用，本文对接地研究分为三轨系统接地方案和四轨系统接地方案，其主要研究内容:
　　悬浮接地和直接接地建模并分析。建立轨-地分布参数模型，由悬浮接地和直接接地的边界条件，得到悬浮接地和直接接地的数学模型。在不同绝缘水平下，对悬浮接地进行仿真，观察其特点;对直接接地进行仿真，并和悬浮接地作对比，分析其特点。
　　二极管接地模型的建立。首先对单个二极管接地模型仿真，与悬浮接地和直接接地进行对比分析，分析其特点。由于二极管间存在相互影响，建立了相邻二极管接地数学模型，通过机车位置的变化对相邻二接管的导通情况进行分析，并利用matlab进行验证，然后对整条线路二极管接地进行建模，分析其特点并用实例进行说明，并采取优化措施。
　　钢轨电位可控接地的分析。分析钢轨电位可控接地原理，接着讨论不同短路故障下钢轨电位限制器与框架保护的配合关系，最后通过实例进行选择性保护优化改进。
　　最优电压控制策略的提出。针对钢轨电位限制器频繁动作的现状，提出最优电压控制方法，通过将钢轨电位限制器的动作数量降到最低来抑制杂散电流。
　　四轨系统接地方案的研究。首先对接地结构进行说明，然后对机车不同状态下，短路故障的保护分析，说明其接地原理，提出判断机车内部故障点位置的措施。最后将四轨回流接地，进行了接地设计并进行电磁干扰分析，并提出中点接地方案，对中点接地应用进行了接地设计并分析其特点。
　　通过对接地方案的研究，三轨系统接地中直接接地杂散电流严重，悬浮接地和二极管接地存在钢轨电位异常，钢轨电位可控接地方案最有优势，而通过选择性优化控制方法使接地保护更有选择性，通过最优电压控制策略可以在安全条件下将杂散电流降到最低;四轨系统接地中，分析了磁浮和单轨系统的故障保护，磁浮与单轨的列车框架的故障位置失去了可判断性，通过优化设计可以很好地解决此问题。而四轨回流接地的应用能够降低牵引轨和回流轨的电磁干扰和中点接地方案的运用使系统在不改变绝缘等级的情况下，使输出电压等级增加一倍。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景

1．1．1 城市轨道交通的发展现状

1．1．2 目前存在的问题

1．2 国内外研究现状

1．3 本文的研究内容及意义

第2章 城市轨道交通牵引供电系统概述与接地

2．1 直流牵引供电系统

2．1．1 高压供电系统

2．1．2 牵引供电系统

2．2 牵引供电回流系统

2．2．1 钢轨回流系统

2．2．2 四轨回流系统

2．3 牵引供电接地方案

2．3．1 三轨系统接地方案

2．3．2 四轨系统接地方案

2．4 小结

第3章 三轨系统接地方案

3．1 悬浮接地

3．1．1 悬浮接地方案模型

3．1．2 悬浮接地杂散电流及轨电位分布仿真分析

3．2 直接接地

3．2．1 直接接地方案模型

3．2．2 直接接地杂散电流和轨电位分布仿真分析

3．3 二极管接地

3．3．1 单个二极管接地模型分析

3．3．2 相邻二极管接地浮点电压模型

3．3．3 整条线路二极管接地浮点电压模型

3．3．4 实例分析

3．3．5 浮点电压优化

3．4 钢轨电位可控接地

3．4．1 钢轨电位可控的依据

3．4．2 钢轨电位限制装置原理

3．4．3 钢轨电位限制装置与框架保护的关系

3．4．4 故障案例分析及优化及选择性保护优化设计

3．5 最优电压控制

3．5．1 钢轨电位限制装置现状

3．5．2 最优电压优化策略

3．5．3 最优电压优化分析

3．6 小结

第4章 四轨系统接地方案

4．1 磁浮与单轨系统接地保护结构

4．2 磁浮与单轨系统接地保护分析

4．3 磁浮与单轨系统机车内部故障点识别优化

4．4 四轨回流接地在三轨系统的应用

4．4．1 轮轨式四轨接地方案设计

4．4．2 轮轨式四轨系统接地保护分析

4．4．3 轮轨式四轨系统接地电磁干扰分析

4．5 中点接地在四轨系统的应用

4．5．1 中点接地在磁浮与单轨系统中的应用

4．5．2 中点接地在轮轨式四轨系统的应用

4．6 小结

总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文