第9讲 接触网的电磁兼容与电气计算.ppt

中性线上的耦合电压 中性线上的感应电压只与两个电源的相位关系有关，代入线路实际参数计算。 平衡变压器接线方式下（两相电压相位相差90度），感应电压有效值约为17kV； Yn,d11接线方式下（两相电压相位差120度），感应电压为12kV。与现场测量值吻合。 接触线与中性线的断口电压差 电压互感器等效电感、中性线的T形等效电感和中性线对地电容，三者连接于同一节点并接地，可以视为一个整体的元件。因为中性线等效电感很小，可以忽略，互感器等效感抗远大于中性线的对地容抗，约为后者的30倍，在此，上述三个元件混联的效果为容性，简化为电容C。 零输入响应为： 当有电源激励的时候，设电源激励为： 其中λ，ψ分别为电源的角频率和初相位。 该微分方程的通解由两个分量组成，即非齐次方程的特解和对应的齐次方程的通解之和。非齐次方程的特解一般取电路稳定状态下的电压值，即： 所以零状态响应下，电容电压的表达式为： 代入初始值： 零状态响应下齐次方程的通解表达式为： 进一步推导，得到齐次方程的通解的表达式为： 按照合闸空载线路过电压的计算方法，最大中性线瞬时对地电位为： 代入相关数据可得最大幅值为： 如果在线路电流过零之前，即电弧保持两线连接的状态下，由于电弧短、电阻不大，接触线和中性线的电势差别很小，可以近似认为相等，受电弓前进跨接中性线和接触线，不会产生新的（合闸）过电压。 若刚好在电流过零，电弧熄灭后未能重燃的情况下，受电弓前进跨接中性线和接触线，则相当于第二次合闸，这次合闸的后果将比第一次严重，因为： 等值回路呈容性阻抗，电流和电压相差90度，电流为零时，电压幅值恰好达到最大。 极短时间内（小于0.01s），上一次合闸产生的振荡过电压衰减不大，仍有很高幅值的残余，可以认为基本保持不变。 上一次合闸产生的振荡过电压谐波频率非常高，受电弓连接接触线和中性线的瞬间，振荡过电压的相位不确定，瞬时幅值也难以确定。如果上次合闸产生振荡过电压的瞬时幅值为负的最大值，而电源的电势为正的最大值，差值将非常大。 受电弓第一次离开中性段接触线并与B相接触线同时接触的瞬间 在第一个过渡区(接近一跨)内同时跨接接触线和中性线。在此期间，电感、电容、电源进行能量交换,并且之前合闸产生的过电压，在过渡区域逐渐衰减。 按照一跨的过渡区计算，若机车200km/h的速度通过分相区，则需要1s；若机车以100km/h的速度通过，则需2s。这是一个较长的暂态过程，振荡过电压基本衰减结束，中性线的电压达到稳态，与电源电压一致。 暂态过程与受电弓进入电分相时，第一次通过电弧连接中性线和接触线的过程一致，令 为分离瞬间左侧电源的瞬时幅值，可得第一次分离中性线和接触线时刻，中性线对地电容上的电压全响应为： 那么，电弧是否能够重燃，再次通过受电弓连接到接触线呢？为解决这个问题，将断口电压的上升率和端口距离的变化率进行比较。 理论上二次电弧合闸过电压的幅值的最大值为： 这种情况只发生在受电弓在电源电压为正（或负）峰值时断开，由于容性电流超前电源电压，此时电流为0，不会产生电弧，断开后，受电弓与接触线的断口的电压差逐渐变大，经过半个工频周期，若刚好在电源电压恢复到负（或正）峰值时候，击穿空气间隙，连接受电弓和接触线，此时会产生振荡电压。考虑棒-棒间隙的平均击穿场强为5.36kV/cm,76kV的电压差能击穿的空气间隙是14.18cm,所以要想避免这种情况的发生，则机车必须在半个工频周期内将受电弓与接触线的间隙拉大到14.18cm以上： 正常线路上，电力机车都能满足这个速度要求。但是，货车，尤其是运行于山区的货车，速度本就不高，还需要在过分相之前退级，切断牵引电流，造成速度损失；再考虑到海拔高，空气稀薄的线路条件使得击穿间隙的平均场强还将降低，可见这个速度条件还是比较苛刻。 受电弓第二次跨接中性线与接触线接触的瞬间相对于第一次受电弓跨接，二次受电弓跨接时车顶互感器的电压变化更大，这个电压的突变，更容易导致互感器出现涌流，导致互感器线圈铁磁饱和，使得等效电感降低，接近电容等效值（两者只差一个数量级），进而出现铁磁谐振，产生谐振过电压。 受电弓第二次离开中性线与接触线接触的瞬间 机车的速度损失更大。机车在进入分相前就已经切断了牵引电流，经过长达300米以上的无电运行状态，达到第二次受电弓分离接触线和中性线的位置时，机车的速度损失更大，将更有可能产生二次电弧。令 为分离瞬间右侧电源的瞬时幅值，可得第二次分离中性线和接触线时刻，中性线对地电容上的电压全响应为： 供电臂末端的电分相分析模型 考虑到接触线的长度是中性线长度的近百倍，并且接触线的对地电容始终连