CAT蓄电池地铁直流侧短路故障分析

摘要：我国经济飞速发展，地面交通拥堵给城市经济发展带来重大影响，地铁出现缓解了此现象，使城市经济得以有序且快速地发展！现阶段地铁大多运用低压直流上下行接触网全并联的双端供电模式向列车供电，在供电电压以及系统容量的影响作用下，直流侧短路电流会给设备带来较大危害 。

本文主要对地铁直流侧短路故障进行分析。

关键词：地铁；供电方式；短路故障

前言

近几年，我国经济获迅速发展， 城市化进程持续加快进度。 地铁于城市化进程发展里扮演关键角色， 在客运质量、空气污染诸方面具显著优势。 直流供电系统身为地铁电力系统重要构成部分， 短路故障出现给地铁运营带来很大安全隐患。 所以，供电系统直流侧短路故障嘅研究分析具重要现实意义。

一、城市轨道交通供电直流侧短路故障的主要类型

借助城市电网，地铁引入35kV、10kV中压交流电，经降压整流，电能传输至接触网与第三轨，为城市地铁列车和各电气设备供电，若依据短路方式差异对直流侧短路故障施予分类，可分为金属性短路、非金属性短路。

（1）金属性短路

接触网跟走形轨之间因产生直接金属性接触，致使其绝缘支架被击穿，进而引发短路。例如北京地铁有位乘客所携带的金属水平尺从站台掉落，由此构成了正在行驶的列车与第三轨之间的通路，接着便导致了金属性短路故障出现。或许是在停电检修期间未及时撤销接触网接地线，使得恢复供电时造成了金属性短路故障。要是没能及时察觉故障点，必定会对地铁的正常运营产生影响。

（2）非金属性短路

处在户外的地铁轨道，在雨水作用下，会间接地变成导体，进而与行轨发生短路，此为一种情况；第三轨跟走形轨经由过渡电阻短路，或者绝缘出现泄漏，都会产生非金属性短路故障，这是另一种情况；长时间运营的接触网或者第三轨出现绝缘老化现象，均会致使电流外放以及泄漏，进而引发非金属性短路故障，这又是一种情况。

二、直流侧短路故障分析

（1）直流牵引供电系统

高压交流电在牵引变电所经转变进而成为列车运行时候所需要的低压直流电，借助接触网上的传输得以实现，从而为列车供应电能。牵引供电系统主要是由牵引变电所以及接触网共同构成的。牵引供电系统结构示意图呈现于图1当中。

电流由牵引变电所提供给到列车运行当中以供应电能，列车在轨道上运行时会把电流返回至变电站负极。在实际工作里面，牵引供电系统直流侧容易出现短路故障，进而对列车系统的运行产生影响 。

（2）正极对地短路故障

在直流供电体系当中，其相关设备除了要采用地绝缘安装形式之外，于设备的外壳跟地之间还得设置直流框架泄漏保护。当电流泄漏至设备柜体之上时，变电所正极和设备柜体外壳出现短路状况，进而形成牵引网正极对地短路故障。另外，在第三轨馈电方式系统运行的中后期阶段，绝缘支座出现绝缘老化等情形，这些都会致使接触轨与地产生短路故障。另外，针对于高架段的接触网而言，鉴于这段线路的接触网处于露天状态，在出现雷雨天气的情况下，雷击极有可能致使接触网绝缘部件产生闪络放电现象，进而造成接触网与架空地线形成短路，也就是正极与地之间出现短路情况。正极对地短路故障的示意图呈现于图2当中。

（3）直流侧短路故障分析

于地铁供电系统里，供电系统直流侧存在短路故障，此故障涵盖两种类型，其一为正极对地短路，其二为正极对负极短路，其中，所说的正极对地短路乃是指接触网对地短路，而正极对负极短路则是指接触网对走行钢轨短路。

（4）正极对走行轨短路故障

主要是列车故障等外部原因致使正极对走行轨出现短路，因短路故障点离牵引变电所的距离存在差异，短路电流呈现出的特性有着很大不同 ，短路电流也随着这种不同而不同。当在离牵引变电所相对较近的地方出现短路故障之时，线路当中所产生的冲击电流会相当大，并且短路电流上升变化的速率极大；随着短路故障的位置距离牵引变电所愈发遥远，短路电流曲线近似于指数函数曲线，而且电流上升变化率较小，电流幅值同样较小，这个过程里的电流状况通常和多机车同时取流的情形相类似，这便导致在实际运行期间远端发生短路故障之际难以分辨短路电流与机车启动电流的状况，致使短路故障修复出现延时。接触网对走行轨短路的示意图如图3所示。

（5）直流侧短路故障电流仿真

牵引供电系统直流侧出现短路故障之际，接触网上呈现的短路电流由该供电区间内的所有牵引变电所予以提供，当中，短路故障点所处区间的两个牵引变电所馈给的电流为最大，其次是距短路故障点所在区间两侧相对较近的两个牵引变电所。

（6）牵引供电系统直流侧供电模型

搭建模型之时，鉴于短路故障发生具备瞬时性，致使电流变化率颇为巨大。因暂态参数存有，系统里必定会呈现出一个暂态的进程。依据文献以及该文献挑选模型之中的基本参数。

（7）直流侧短路故障电流仿真

在Matlab/SinWink仿真环境之时，去搭建牵引供电系统直流侧短路故障仿真模型，仿真模型里主要参数设置如下，走行轨单位内阻是30mΩ/km，走行轨单位内电感为1.75mH/km，接触网单位电阻为28mΩ/km，接触网单位内电感为2.6mH/km，走行轨对地过渡电阻取3Ω/km，小电阻Rf取0.001Ω。

在那样一个当下，也就是当处于0.ls这个特定时刻的时候，在距离变电所A500ny的位置出现了短路故障的情况，此时，牵引所A以及B侧的短路电流波形正如图5所呈现的那样 。

经由搭建模型以及仿真，获取直流侧短路故障电流波形。依据短路电流波形能够知道，当供电区间出现短路故障之时，线路上就会产生颇为巨大的暂态电流，短路电流上升变化率极大，短路电流稳态值同样很大；伴随短路故障发生点距离相邻变电所越来越远，短路电流上升变化率随之变小，短路电流稳态值也渐渐减小。另外，当短路故障点距离两侧牵引所的距离相近之际，两侧牵引所的电流波形也相近。

三、结束语

根据上述所说，在地铁轨道供电系统直流侧短路故障分析的基础之上，借助软件构建了直流侧短路故障电流的仿真模型，然后对短路故障电流与故障发生点所处位置的关系展开分析 。