鮑家凱

摘要：隨著人民生活水平的不斷提高，對(duì)各類(lèi)交通工具的速度、安全需求也越來(lái)越大。本文主要對(duì)動(dòng)車(chē)組輔助電源系統(tǒng)接地檢測(cè)進(jìn)行研究，推導(dǎo)出零序電壓隨三相負(fù)載變化的公式，得到零序電壓與三相負(fù)載不平衡狀況有關(guān)，本研究為動(dòng)車(chē)組三相三線制輔助電源系統(tǒng)的接地檢測(cè)工作提供了理論支持和解決方法，對(duì)動(dòng)車(chē)組的平穩(wěn)安全運(yùn)行具有重要意義。

關(guān)鍵詞：動(dòng)車(chē)組；輔助電源系統(tǒng)；接地檢測(cè)

1動(dòng)車(chē)組輔助系統(tǒng)工作原理分析和研究

1.1輔助電源技術(shù)

1.1.1輔助供電系統(tǒng)

本文按照CRH系列動(dòng)車(chē)組常見(jiàn)的兩個(gè)單元、八輛編組的形式，編組形式與CRH3相似，供電系統(tǒng)與CRH2動(dòng)車(chē)組相似。引用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范主要包括：IEC77-68電力牽引設(shè)備規(guī)則；GB-3317-82電力機(jī)車(chē)通用技術(shù)；IEC146-2半導(dǎo)體自動(dòng)轉(zhuǎn)向變流器；UIC550客車(chē)供電裝置；IEC571-2機(jī)車(chē)電子設(shè)備；

1.1.2電力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為保障動(dòng)車(chē)組動(dòng)力均勻分布、動(dòng)車(chē)組配重均勻，實(shí)現(xiàn)電路結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化，需要綜合考慮各項(xiàng)因素。應(yīng)用某動(dòng)車(chē)組編組形式，擬定設(shè)計(jì)的動(dòng)車(chē)組為八輛車(chē)、兩個(gè)單元組成，每個(gè)單元均設(shè)置有兩個(gè)動(dòng)車(chē)與兩個(gè)拖車(chē)，某一單元設(shè)置為M-T-M-T，另一個(gè)單元?jiǎng)t設(shè)置為T(mén)-M-T-M。

動(dòng)車(chē)組上每個(gè)單元均設(shè)置1臺(tái)主變壓器輔助繞組，將其作為本單元的輔助供電系統(tǒng)。為保障動(dòng)車(chē)組機(jī)械設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，在每個(gè)單元內(nèi)設(shè)置有2套逆變器、110V供電電源、2套輔助整流器。輔助整流器、逆變器選擇一動(dòng)一拖的供電形式，在其中一套整流器與逆變器故障時(shí)，另一套依舊可承擔(dān)電力供應(yīng)。

2構(gòu)建接地故障分析模型

IT系統(tǒng)接地故障分析模型如圖1所示。圖1中，R1～R4為零序電壓測(cè)量電阻；RA、RB、RC為各相線對(duì)地等效電阻；CA、CB、CC為各相線對(duì)地等效電容；ZA、ZB、ZC為各相線對(duì)地等效阻抗；UN為電阻R4的對(duì)地電壓。

為了更簡(jiǎn)單地描述動(dòng)車(chē)組上的分布參數(shù)，同時(shí)簡(jiǎn)化問(wèn)題，本文假設(shè)圖1中的三相電源電壓幅值相等，且供電線路與車(chē)體之間的絕緣程度用等效阻抗Z表示，而相線間存在的阻抗因與所討論的問(wèn)題沒(méi)有影響則予以略去。

2.1零序電壓測(cè)量電路分析

三相電壓用相量表示，設(shè)A相、B相和C相電壓分別為 ，則對(duì)于零序電壓測(cè)量電路，根據(jù)基爾霍夫電流定律（kirchhoff′scurrentlaw，KCL），有

又R1=R2=R3=680kΩ，代入式（1），得

由式（2）可知，A相、B相和C相的三相電壓矢量和為46）UN，又已知零序電壓為三相電壓矢量和的1/3，則零序電壓為（4/3）6）UN，即零序電壓為測(cè)量電路所測(cè)電壓6）UN的4/3倍。為分析方便，以下均將6）UN稱為零序電壓。

若負(fù)載平衡，則零序電壓主要由三相線路中單相或兩相接地產(chǎn)生，大小取決于接地程度。

2.2零序電壓計(jì)算

若有一相電路（如A相）發(fā)生金屬性接地，則ZA=0，此時(shí)，A相接地等效電路如圖2所示。圖2中，R1、R4為并聯(lián)電阻，將兩者合并后得到A相接地的最簡(jiǎn)等效電路，A相接地最簡(jiǎn)等效電路如圖3所示。

下面探討三相對(duì)地阻抗更一般的情況，求出具有普適性的零序電壓公式。三相電壓用向量法表示，在三相線電壓保持不變的情況下，設(shè)A相電壓為6）UA，則B相電壓為 ，C相電壓 ，當(dāng)ZA、ZB、ZC均不為零時(shí)，根據(jù)KCL建立的方程組為

由式（6）可知，當(dāng)三相對(duì)地阻抗對(duì)稱（即三相對(duì)地阻抗相等）時(shí)， ，無(wú)零序電壓產(chǎn)生；當(dāng)三相對(duì)地阻抗不對(duì)稱時(shí)， ，有零序電壓產(chǎn)生。當(dāng)A相發(fā)生金屬性接地情況時(shí)，ZA=0，代入式（1）～式（5）中，可求得 ，這與前面計(jì)算的結(jié)果相符合。

3Matlab仿真

根據(jù)圖1，建立IT系統(tǒng)接地故障分析模型，利用Matlab軟件建立仿真模型。Matlab仿真模型如圖4所示。

為驗(yàn)證式（5）的正確性，分別將同一組ZA、ZB、ZC數(shù)據(jù)輸入仿真模型和式（5）中，比對(duì)兩者輸出的零序電壓值是否相等。由于實(shí)測(cè)動(dòng)車(chē)組相線對(duì)地電容約為2.4μF，相線對(duì)地電阻約為400kΩ，為接近動(dòng)車(chē)組實(shí)際情況，將A、B、C三相的對(duì)地電容均設(shè)為定值2.4μF，將A相和B相的對(duì)地電阻均設(shè)為定值510kΩ，C相對(duì)地電阻均勻的取0Ω～510kΩ之間的5101個(gè)值，分別將這5101組ZA、ZB、ZC數(shù)據(jù)輸入仿真模型和式（5）中，仿真模型和式（5）的零序電壓輸出曲線如圖5所示（其中，圖5b為從圖5a中截取的部分?jǐn)?shù)據(jù)）。

圖中，藍(lán)線為式（5）的零序電壓輸出曲線，紅線為仿真模型的零序電壓輸出曲線。由圖5可以看出，兩者零序電壓輸出曲線基本重合，驗(yàn)證了式（5）的正確性。且在RC∈0[，510kΩ]區(qū)間，兩者輸出的零序電壓及輸出零序電壓的變化速率隨RC的增大而不斷減小，當(dāng)RC=0Ω時(shí)，兩者輸出的零序電壓值最大為165V，當(dāng)RC=510kΩ時(shí)，兩者輸出的零序電壓值最小為0V。

結(jié)論

本文主要對(duì)動(dòng)車(chē)組輔助電源系統(tǒng)接地檢測(cè)進(jìn)行研究，構(gòu)建了IT系統(tǒng)接地故障分析模型，推導(dǎo)了零序電壓隨三相對(duì)地絕緣阻抗變化的公式，設(shè)計(jì)了檢測(cè)系統(tǒng)零序電壓的電路，并利用Matlab仿真軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]高吉磊.高速動(dòng)車(chē)組牽引系統(tǒng)無(wú)動(dòng)力回送發(fā)電功能的研究[J].機(jī)車(chē)電傳動(dòng)，2017，16（1）：46-50.

[2]梁建英.CRH_2型動(dòng)車(chē)組主回路系統(tǒng)性能優(yōu)化研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2016，26（10）：60-62.

（作者單位：北京鐵路集團(tuán)天津動(dòng)車(chē)客車(chē)段天津動(dòng)車(chē)所）