城轨回流系统动态排流与钢轨电位控制仿真研究

当前,城轨供电回流过程中杂散电流与钢轨电位问题突出,排流装置与钢轨电位限制装置(OVPD)作为杂散电流与钢轨电位的治理设备被广泛采用,但系统运营过程中动态排流与钢轨电位控制仿真方法及分布规律尚缺乏研究。通过建立回流系统动态排流与钢轨电位控制仿真模型,分析多区间多列车动态运行过程中全线钢轨电位与杂散电流动态分布规律。研究结果表明,单点钢轨电位控制过程中会引起其他位置OVPD连锁动作,还会大大抬高全线杂散电流水平;杂散电流动态排流过程中,全线钢轨电位与杂散电流水平均会出现一定程度的抬升,因此当前钢轨电位控制与杂散电流排流方法应进一步结合系统多点耦合干扰特性进行改善。     

城市轨道交通列车再生制动能量穿越时钢轨电位分布规律仿真分析

当前,城市轨道交通钢轨电位过高引起的钢轨电位限制装置频繁动作、轨旁设备打火、杂散电流泄漏量增大等现象严重,对乘客人身安全及线路杂散电流水平有较大影响,而针对多列车动态运行过程汇总再生制动能量穿越时钢轨电位分布规律尚待进一步研究.对城市轨道交通供电系统动态运行过程中钢轨电位分布规律进行研究,建立系统供电-回流-列车全模型下钢轨电位动态分布模型.分析了多区间多列车并列动态运行情况下再生制动列车回馈至牵引网功率被其他供电区间列车利用情况下钢轨电位的变化情况.研究分析表明,系统多列车动态运行时,再生制动能量穿越情况对钢轨电位影响较大.     

钢轨电位与杂散电流综合抑制研究

在城市轨道交通直流牵引供电回流系统中,钢轨电位与杂散电流为回流系统中相互关联的参数,而钢轨电位限制装置(OVPD)与排流柜各自独立工作,互不协调。为进一步限制回流系统中的钢轨电位与杂散电流,需对OVPD与排流柜进行综合优化。分析了多区间情况下OVPD与排流柜的投入与退出对钢轨电位及杂散电流的影响,并提出了OVPD与排流柜综合优化方案。     

“城市轨道交通杂散电流及安全供电技术”专题征稿启事

正近年来,中国已进入城市轨道交通建设的高峰期。一方面,城市轨道交通系统普遍采用直流牵引供电方式,其潜在的轨道电位和杂散电流将不可避免对轨道交通系统的安全运营及其周边金属管线设施产生严重的危害;另一方面,列车频繁启停过程将产生大量的制动能量,处理不当将会造成直流牵引供电网压剧烈波动,以及交流网侧的电能质量问题。为加强城市轨道交通杂散电流及安全供电技术领域的学术交流,《都市快轨交通》编辑部特邀请本刊编委北京交通大学杨晓峰副教授担任热点研讨栏目主编,携手中国矿业大学张栋梁副教授、西南交通大学林圣教授、苏州大学杜贵府副教授、北京地铁公司宋杰高级工程师、天津地铁集团龙赤宇高级工程师,共同组织"城市轨道交通杂散电流及安全供电技术"专题,特向国内外的专家学者征稿,拟于2022年第2期(2022年4月)出版。     

直流牵引供电系统钢轨电位与杂散电流分析

通过建立理想的单边供电模型,采用电流注入法,运用叠加原理对直流牵引供电系流的钢轨电位和杂散电流进行了理论分析,并通过实例进行验证。如果钢轨电阻和荷载一定,钢轨电位和杂散电流主要受轨道对大地的泄漏电导率的影响。泄漏电导率越小,钢轨电位就越高,杂散电流越小;泄漏电导率越大,钢轨电位就小,杂散电流就越大。这种分析方法同样适用于双边供电的复杂牵引供电系统。     

基于回流系统集中参数模型的地铁钢轨电位和杂散电流计算

地铁直流供电及回流系统中存在钢轨对地电位和杂散电流。钢轨对地电位对人身和设备存在直接安全隐患,杂散电流对地铁钢结构形成比较严重的电蚀。文章以具有 OVPD 装置的直流供电及回流系统为例,建立回流网集中参数电气模型,通过 multisim 软件仿真,计算钢轨对地电位和杂散电流,总结钢轨对地电位和杂散电流规律,为排流柜投入运行、OVPD 保护电压设置等提供依据。     

地铁轨道系统电阻对杂散电流的影响分析

国内已开通运营的采用直流供电地铁线路,普遍存在轨电位异常问题,过高的轨电位将引发直流框架保护动作甚至导致接触网停电而影响运营。钢轨电位限制装置(OVPD)动作或长期合闸时,大量电流入地并形成杂散电流,对设备及金属构件造成电化学腐蚀,影响设备可靠性、耐久性及安全性。轨电位、杂散电流与土建、供电、轨道等专业密切相关,需系统性统筹考虑杂散电流腐蚀防护问题。而对于过渡电阻测试及杂散电流防护,国内相关标准及技术规程还不完善。成都地铁基于实测轨道系统各个电阻参数、专题研讨及专家论证等方式进行了一系列探索,重点研究轨道系统电阻对杂散电流的影响,并立足轨道专业对杂散电流腐蚀防护提出一些建议。     

基于多折线外特性模型的直流牵引供电系统稳态短路计算

直流牵引供电网络故障分析对城市轨道交通牵引供电系统设计有着重要的作用.针对整流机组,采用多段折线的外特性模型,使用变化理想电压源、内阻的戴维南等效电路模拟,并通过迭代的方法确定短路时的工作区间.建立了包括杂散电流收集网在内的供电系统仿真模型,可较准确地仿真短路时各整流机组负荷以及接触网、钢轨与杂散电流收集网电位等的变化情况.     

城市轨道交通直流牵引供电系统再生制动能量利用对钢轨电位的影响

针对城市轨道交通直流牵引供电系统中杂散电流泄漏腐蚀和钢轨电位限制装置频繁动作的问题,对直流牵引供电系统再生制动能量利用给钢轨电位的影响进行了分析.建立了多列车动态运行过程中杂散电流和钢轨电位分布模型,仿真分析了杂散电流和钢轨电位的分布规律,并将其和列车功率的分布进行对比,得出了列车再生制动能量远距离利用量越大,钢轨电位增加越多.通过列车制动电流的利用量以及杂散电流最大值、钢轨电位最大值的对比分析,进一步验证了所提方法的正确性.     

零阻变换器系统中开关单元的优化分布方法

零阻变换器系统(zero-resistance converter system,ZRCS)能将走行轨电流从虚拟回流地处转移至回流线缆, 进而从源头上治理城市轨道交通钢轨电位与杂散电流问题。作为 ZRCS 中影响虚拟回流地位置的关键部件之一, 开关单元的数量与分布会直接影响钢轨电位和杂散电流的分布。在实际列车运行过程中,牵引和制动工况下的列 车电流及相应钢轨电位远大于匀速工况;通过调整开关单元的分布,降低这部分的钢轨电位,可提高 ZRCS 的综 合治理效果。因此,在分析 ZRCS 中开关单元作用的基础上,提出其优化分布方法;通过对比不同开关单元分布 下的治理效果,得到较优方案。仿真结果表明：所提出的优化方法能进一步提高 ZRCS 的治理效果,具有可行性。     

城市轨道交通直流自耦变压器牵引供电系统

现有城市轨道交通直流牵引供电系统普遍采用走行轨回流,存在危害性很大的长时间迷流,且防不胜防。提出一种新的直流牵引供电系统,即直流自耦变压器(DCAT)牵引供电系统,能很好地解决轨道电位和迷流问题。以传统的直流牵引供电系统为基础,增加由电力电子开关和直流电容器构成的DCAT及回流线,构成DCAT牵引供电系统。分析表明,DCAT牵引供电系统不仅能解决轨道电位和迷流,还可兼作储能装置,将列车再生制动时的能量回收再利用,同时,在线路绝缘耐压和车辆供电电压不作任何改动的情况下,DCAT牵引供电系统牵引网的电压是传统直流牵引供电系统牵引网电压的2倍,可大大减少线路的电压损失和线路损耗,从而进一步提高能源利用效率。     

城市轨道交通供电系统低碳节能技术发展综述

在“双碳”战略背景下,对城市轨道交通供电系统的低碳节能技术发展方向进行综合论述,给出未来城市轨道交通供电系统低碳节能技术发展方向的合理建议。首先对目前清洁能源和再生能量利用技术在轨道交通中的应用情况进行总结,根据已投运线路实测数据,分析光伏发电和再生制动能量利用对节能降碳的作用;针对不同牵引制式的特点,分别提出基于电力电子技术的新一代城市轨道交通绿色柔性供电系统架构,一方面充分消纳清洁能源,另一方面通过双向变流器、同相供电等技术提高能量利用率,改善供电质量,最终达到节能降碳的目的。     

城市轨道交通不同牵引供电制式的比较

目前我国城市轨道交通牵引供电制式以DC 1500V上部悬挂接触网为主,有些线路采用DC 750V三轨供电制式。随着城市轨道交通的不断发展,为节能减排提高能效,有必要提高牵引供电电压。近年来城际铁路和地铁的大力发展,使牵引供电技术和动车传动控制技术都得到了极大提高,无论是高铁或地铁动车都采用了先进的交流传动技术,不同的仅是高铁、城际铁路采用单相交流27.5 k V供电,而地铁采用的是DC 1500V供电。从技术上讲地铁也可采用与其上部绝缘净空尺寸相应电压等级的单相交流供电,这无疑是一种节能减排、减少地下杂散电流,又可与高铁、城际铁路线路贯通的新型模式。     

多区间多列车动态杂散电流建模分析

城市轨道交通普遍采用直流牵引供电系统,多变电所多列车并列运行,线路上所有变电所均有可能向各列车供电。针对多区间多列车杂散电流动态分布,建立了多电源叠加的杂散电流分布模型,仿真分析出全线杂散电流、钢轨电位、排流网对地电位等相关参数随时间、位置的变化。所提出的仿真模型及结果可有效应用于直流牵引供电系统回流参数动态规律分析。     

城市轨道交通牵引供电系统杂散电流防护

杂散电流腐蚀对城市轨道交通建筑主体结构会产生很大的危害,造成工程上的安全隐患,因此,应在工程设计和施工中给予高度重视。从电腐蚀原理、杂散电流成因、杂散电流简易计算分析,以及杂散电流防护等方面进行阐述,分析杂散电流的防护方向和相关防护措施,以供其它城市轨道交通项目参考。     

直流牵引网稳态短路电流计算

城市轨道交通短路故障的分析与计算是提高牵引供电系统安全运行能力及相关保护与控制技术的基础。首先建立精确的直流牵引供电系统模型,将整流机组等效成带内阻的电压源,建立等效模型并利用整流机组的外特性计算稳态短路电流。     

土壤结构对城轨中杂散电流分布的影响分析

杂散电流分布受列车运行工况、供电区间长度、钢轨过渡电阻和土壤结构等多因素影响.研究杂散电流的影响因素是防治杂散电流的基础.为了研究土壤结构对城市轨道交通中杂散电流分布的影响,构建含多层土壤结构的杂散电流仿真模型.基于该仿真模型,分析均匀土壤、分层土壤中电阻率、土壤厚度等参数对杂散电流分布的影响.仿真结果表明,土壤结构会...     

轨道交通架空接触网防雷综合技术研究

在轨道交通中,牵引供电系统提供列车牵引动力,架空接触网作为牵引供电系统的重要组成部分,向动车组供电授流。轨道交通供电系统一般采用架空接触网授流制式,在轨道交通采用高架桥敷设形式时,接触网系统则成为区域内的相对高点,遭受雷害的几率增加。针对供电系统架空接触网防雷综合技术策略进行研究,分析架空接触网防雷综合技术需重点解决的关键问题,归纳提出了行之有效的技术对策。     

城市轨道交通供电系统再生制动能量回收装置节能影响因素分析

介绍了城市轨道交通供电系统中再生制动能量回收装置的类型,重点对再生制动能量回收装置的工作原理、应用实例及节能影响因素进行了介绍,并对其在地铁中的应用前景进行了分析。同时,从潮流仿真计算角度讨论分析了将能量存储型和能量回馈型装置结合应用的优点。