750V1224相整流电路外特性的工程计算(丁复华20130131).doc

750V12/24相整流电路外特性的工程计算 一、12/24相整流电路的非线性特性 12相整流电路是由两组6相整流电路组成的。在理想整流电路中，各整流支路将按导通300，停止导通300，再导通300，再停止导通2700循环通电，这种电路起初是在两个接线组别间轮流导通，其负载率很低。在实际电路中，由于交流回路中存在电感，产生了换相重迭导通，导致12相整流电路变成为两组6相整流并联电路，其外特性呈现非线性。这种非线性关系除与R/X的比值有关外，还与牵引变压器一、二次线圈间的电磁耦合有关。当电路中直流电感远大于交流电感（大于5倍及以上）时，这种非线性关系呈现出一种线形——椭圆形——线形——椭圆形——线形这种五阶段外特性的曲线关系，也被称为第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ运行区。 24相整流电路是由两组12相不同相角组成的等效整流电路。在理想整流电路中，各整流支路将按导通150，停止导通450，再导通150，停止导通2850循环通电，这种电路的负载率更低。24相整流电路的外特性，是由两组12相整流电路外特性并联而成的，除基本与R/X的比值有关外，更与牵引变压器的电磁耦合系数K有关。 变压器电抗耦合系数K，是变压器相与相间和接线组别与接线组别之间的漏电抗与变压器全阻抗之比。K是一个从0到1、但不能等于1的系数。K＝0，表示这种12相整流电路中的两组牵引变压器是彼此完全独立的，如北京地铁一期工程技术改造时采用的电路，是由两台不同接线组别的6相整流变压器构成的等效12相整流电路，并且其电力系统容量要无限大，和线路电抗要无限小。K接近于1，表示这种12相整流电路中的两组牵引变压器的4个线圈是完全彻底耦合的，这在实际上是不可能做到的。目前国内生产的4线圈12相整流变压器和带有移相功能的6线圈组成的等效24相整流变压器的耦合系数K在0.4左右。 由于多相整流电路的这种非线性关系，带来整流电路的输出电流和输出电压之间不能简单地用电流与电压的线性公式来计算。在轨道交通中，直接利用整流电路中的电抗、电阻计算6相整流电流与电压的非线性计算公式，以及钢接触轨系统的短路电流参数，经过1981年北京地铁直流主保护试验研究，已经得到解决，其计算结果与现场试验实际值的误差在5%以内。12相整流电路输出电流与输出电压的非线性关系，在国外1998年的期刊中已有报道。国内有关直接利用整流电路的电抗、电阻计算12相和24相整流电流与电压的工程计算公式至今未见有报道。用计算6相整流电路的计算公式来计算12相整流电路的电流与电压存在不可忽视的误差。 目前设计单位的设计计算现均未考虑多相整流电路的这种非线性关系，而目前城市轨道交通中，普遍运用的整流电路是由2组12相整流电路组成的等效24相整流电路。本文提出的12相整流电路的工程计算公式，不但适用于12相整流电路，而且由于24相整流电路是由2台12相整流变压器组成的，这2台整流变压器之间的电磁耦合关系比较少，因而利用12相整流电路计算公式采用支路法来计算等效24相整流电路，估算其误差较小。 二、计算依据 1、《北京地铁短路电流的计算与保护—关于北京地下铁道主保护试验报告的说明》，北京地铁公司科研所。建立了6相整流电路三种工作状况和直流牵引多机组双边供电的电流和短路时间常数的计算公式，其计算结果经与北京地铁1981年主保护近150次试验所证明，其误差在5%以内。 2、《直流牵引整流电路发生短路故障时的稳态和暂态电流》 ，美国电气电子工程师协会主办的交通技术杂志。建立了12相整流电路五种工作状况的计算公式，当K=0时，其计算结果经与采用6相整流计算公式的结果是一致的。 三、计算公式 1、12相整流变压器低压交流侧短路电流的计算 6相与12整流变压器低压交流侧短路电流的计算公式是一致的。但6相整流变压器只有一组低压线圈，12相整流变压器却有二组低压线圈，因而计算公式虽一致，但计算的参数是不一致的。12相整流变压器发生短路，要考虑和计算变压器低压侧在一组线圈发生短路时的电流。 发生三相短路时电流I3～计算公式为： I3～＝U2～ /√3×√（X～2 ＋R～2）≈U2～ /√3×X～。 整流变压器次边一组线圈发生两相短路时的稳态电流I2～： I2～＝ I3～×√3÷2。 式中，X～＝XC～＋XL～＋XT～。XC～为系统电抗，XL～为35KV（或10KV）中压纲络电缆电抗，XT～为变压器短路阻抗，但对12相整流变压器而言却为半穿越短路阻抗。对三线圈整流变压器而言，是一组高压线圈与一组低压线路间的阻抗，对四线圈整流变压器而言，是两组高压线圈并联后与一组低压线路间的阻抗。 R～——交流回路的电阻，包括电缆的电阻和变压器的线圈电阻（可由短路损耗计算出来）。 U2～——变压器二次侧线电压。 2、6相整流电路直流电流的计算 12相整流电路的运