直流系統(tǒng)短路計(jì)算

1、直流系統(tǒng)短路計(jì)算1 計(jì)算意義為使直流牽引供電系統(tǒng)在城市軌道交通中更有效的發(fā)揮作用，必須保證繼電保護(hù)的可靠性、選擇性、靈敏性和速動(dòng)性。而直流系統(tǒng)短路計(jì)算正是城市軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)設(shè)備選型及繼電保護(hù)整定所必須具備的基礎(chǔ)條件。只有在直流系統(tǒng)短路計(jì)算之后，才能夠進(jìn)行直流系統(tǒng)設(shè)備選型與繼電保護(hù)整定。2 計(jì)算內(nèi)容直流系統(tǒng)短路計(jì)算一般需要計(jì)算以下內(nèi)容：(1) 正常情況下雙邊供電時(shí)，各供電區(qū)間任一點(diǎn)的直流短路電流。(2) 任一中間牽引變電所解列時(shí)，由相鄰牽引變電所構(gòu)成大雙邊供電時(shí)的區(qū)間任一點(diǎn)的直流短路電流。(3) 端頭牽引變電所解列時(shí)，由次端頭牽引變電所單邊供電的區(qū)間任一點(diǎn)的直流短路電流。3 計(jì)算方法直

2、流牽引供電系統(tǒng)短路計(jì)算有兩種方法：電路圖法和示波圖法，由于示波圖法是建立在工程實(shí)踐基礎(chǔ)之上，通過對現(xiàn)場短路試驗(yàn)所拍攝的示波圖進(jìn)行數(shù)理分析，而計(jì)算出相關(guān)參數(shù)，因此本文僅應(yīng)用電路圖法進(jìn)行直流系統(tǒng)短路計(jì)算。(1) 電路圖法這一方法是針對城市軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)電源多、供電回路多、供電方式多、回路參數(shù)多的特點(diǎn)，按照實(shí)際供電網(wǎng)絡(luò)畫出等效電路圖、進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)變換，在供電網(wǎng)絡(luò)中只包括電阻。再將網(wǎng)絡(luò)變換后的電路圖利用基本定律歐姆定律、基爾霍夫定律進(jìn)行計(jì)算。該方法只能計(jì)算穩(wěn)態(tài)短路電流I K ，而不能計(jì)算供電回路的時(shí)間常數(shù)和短路電流上升率di/dt, 這是該計(jì)算方法的不足。 用電路圖法進(jìn)行直流短路計(jì)算需要以下兩個(gè)

3、假設(shè)條件：a 牽引供電網(wǎng)絡(luò)中，電源電壓U 相同。b 牽引變電所為電源電壓，其內(nèi)阻 因不同的短路點(diǎn)而改變，不認(rèn)為是一個(gè)固定值。 用電路圖法進(jìn)行直流短路計(jì)算需要輸入以下三個(gè)條件：a牽引變電所直流母線電壓U （V）;b牽引變電所內(nèi)阻（）；c牽引網(wǎng)電阻R （）。（2）牽引變電所內(nèi)阻牽引變電所內(nèi)阻包括以下四個(gè)部分設(shè)備的阻抗：交流中壓電纜、牽引變壓 器、整流器、直流電纜。下面介紹從北京地鐵現(xiàn)場短路試驗(yàn)中心總結(jié)出來的, 便于工程應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)公式（1-1）,其計(jì)算結(jié)果包括了中壓電纜和直流電纜。 經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式如下：2(1-1 )I Ud U；kr100 0.9n8T式中 Un一直流側(cè)額定電壓（kV）;Ud 一牽引

4、變壓器短路電壓百分值；St 變壓器容量（MV- A）n一牽引整流機(jī)組臺數(shù)；k一內(nèi)阻系數(shù)，根據(jù)短路點(diǎn)距離牽引變電所的不同距離，可取不同值4計(jì)算過程分析各種供電方式下直流短路電流計(jì)算公式推導(dǎo)如下：（1） 一座牽引變電所單邊供電（不考慮相鄰牽引變電所的影響） 等效電路圖，如圖1-8所示。圖1-8 一座牽引變電所單邊供電直流短路等效示意圖式中 U牽引變電所母線電壓 （V）；短路電流:U(1-2 )1 R R21牽引變電所內(nèi)阻（）;R,一接觸網(wǎng)電阻（）；R2走行軌電阻（上下行并聯(lián)）（）。（2） 一座牽引變電所單邊供電（考慮相鄰一座牽引變電所的影響）等效電路圖，如圖1-9所示。I 1I1I 2(1-6)式

5、中 U牽引變電所母線電壓 （V)圖1-9 一座牽引變電所單邊供電直流短路等效示意圖（考慮一座相鄰牽引變電所的影網(wǎng)孔電流。根據(jù)KVL定律, 網(wǎng)孔 1: I1R11 網(wǎng)孔 2: I2R22對以上電路圖可列方程:I2 1 UI1 10對以上方程求解得:I1U2凡rTR221-3總短路電流:I111 R221-4I11-5 各變電所短路電流:1-72牽引變電所內(nèi)阻（）；R一接觸網(wǎng)電阻（）；R2、R4一走行軌電阻（上下行并聯(lián)）（）；R3一接觸網(wǎng)電阻（上下行并聯(lián)）（）；%一回路 1 自阻，Riii Ri R2 （）;R22一回路 2 自阻，R22i 2 R3 R （）。（3）兩座牽引變電所雙邊供電（不考慮

6、對側(cè)接觸網(wǎng)的影響，不考慮相鄰牽 引變電所的影響）等效電路圖，如圖1-10所示。圖1-10兩座牽引變電所雙邊供電直流短路等效示意圖（不考慮對側(cè)接觸網(wǎng)及相鄰牽引變電所影響）網(wǎng)孔電流。根據(jù)KVL定律，對以上電路圖可列方程：網(wǎng)孔 1: I1R11 U網(wǎng)孔 2: I2R22 U對以上方程求解得：I1 U（ 1-8 ）R11I2 手（1-9 ）R22總短路電流：Ik I1 I2（ 1-10）式中 U 一牽引變電所母線電壓（V）;R、R2一接觸網(wǎng)電阻（）；R、R5走行軌電阻（上下行并聯(lián)）（）；Ri一回路 1 自阻，Ri1 R R （）；R22一回路 2 自阻，R22i R2 R （）。（4）兩座牽引變電所雙

7、邊供電（考慮對側(cè)接觸網(wǎng)的影響，不考慮相鄰牽引 變電所的影響）等效電路圖，如圖1-11所示。圖1-11兩座牽引變電所雙邊供電直流短路等效示意圖（考慮對側(cè)接觸網(wǎng)的影響，不考慮相鄰牽引變電所的影響）網(wǎng)孔電流。根據(jù)KVL定律,對以上電路圖可列方程:網(wǎng)孔 1：I1R11網(wǎng)孔 2:I2R22對以上方程可求得:I1R11r3r3(1-11 )R22r31 2 I1R22r3(1-12 )饋線短路電流。路圖，如圖 1-12圖中:饋線短路電流如下:總短路電流:星一三角變換電路圖圖 1-12riR1R2R2R3R3RR2rr2R3RR2R3江(I1I 2 )r3I 2r2R(I1I 2)r3IR2福I2r2RR3

8、I K2I KiI KiI K2 各變電所短路電流:I KiIk 3I K2I K3(1-13 )(1-14 )1 1-15 )1 1-16 )1 1-17 )1 1-18 )1 1-19 )1 1-20 )(1-21 )式中 U 一牽引變電所母線電壓（V）;2牽引變電所內(nèi)阻（）；R1、R2、R3 接 觸 網(wǎng) 電 阻 （）R、R5一走行軌電阻(上下行并聯(lián))()；%一回路1自阻，Riii ri自R4 ();R22一回路 2 自阻，%2r2r3R5()(5)兩座牽引變電所雙邊供電(考慮對側(cè)接觸網(wǎng)和相鄰牽引變電所的影 響)等效電路圖，如圖1-13所示。網(wǎng)孔電流。根據(jù)KVL定律,對以上電路圖可列方程:

9、網(wǎng)孔1:I1R11網(wǎng)孔2:網(wǎng)孔3:I 2R22I 3R33網(wǎng)孔4:I 4R44對以上方程求解得:I1(R1 3R11R222 R開3 R332- _2_ 瓦(1-22 )21(1-23 )R33-22R44R113I1R223(a)短路等效示意圖R6R8I3 I1R31-241-25根據(jù)星一三角變換,可得各饋線短路電流:I K1I1r1 ( 11 I2)r31-26I K212r2(I1 I2)r3R21-27I4 I2R41-28I1r112r2R3總短路電流:1-29I K1 I K2各變電所短路電流I K1I K3 I 31-30I K2I K3 I 41-31I31-32I41-33式中 u 一牽引變電所母線電壓（V）;4 牽引變電所內(nèi)阻 （）；R1 、 R2 、 R3、R6 、R8 接觸網(wǎng)電阻（） ；R4 、 R5、 R7 、R9 走行軌電阻（ ） ；R11 回1自阻