城市轨道交通直流供电24脉波整流机组

【摘 要】分析了城市轨道交通直流牵引供电系统24脉波整流机组中的工作原理和接线方式,并应用Matlab仿真工具箱搭建24脉波整流机组仿真模型.在该基础上,分析其运行特性并解释了采用24脉波的直流供电方式在消除谐波中的作用,从而为城市轨道交通牵引供电系统的研究提供参考.

【关 键 词】城市轨道交通；直流供电；24脉波整流；谐波电流

0.前言

为了解决日益拥堵的城市,缓解交通压力,近年来国内的许多城市已经着手或即将开始建设城市轨道交通,提倡绿色出行.直流牵引供电系统作为列车唯一的动力来源,其安全可靠性直接影响着整个城市轨道交通系统的稳定性.典型的城市轨道交通供电系统分为主变电站、牵引降压混合变电所、降压变电所和跟随所.只有牵引降压混合变电所才提供直流,其中整流变压器和大功率整流器是直流供电系统中的重要设备,本文对它们的工作原理、结构特性和运行方式进行分析,是对直流牵引供电系统的故障机理进行深入研究的基础.

整流机组采用三相全波桥式整流技术,运行过程中不可避免的会产生大量高次谐波.从而对城市电网造成污染.为了减少这一不利影响,目前我国新建的轨道交通项目均采用24脉波整流技术.本文首先介绍整流变压器的结构和24脉波整流机组的接线方式,然后采用Matlab仿真工具箱搭建轨道交通使用的24脉波整流机组仿真模型,进而研究整流机组的运行工况和理想状态下的整流特性.

1.24脉波整流机组

1.1典型整流变压器

图1移相+7.5°原理图

图2移相-7.5°原理图

城市轨道交通供电系统根据工程概况,通常采用的系统电压等级为AC35KV和AC10KV两种.整流变压器是一种特种变压器,变压器的元边采用延边三角形进行移相,一台移相+7.5°,另一台移相-7.5°.变压器的次边有两个绕组,一组采用星形接线,另一组则采用三角形接线,两次边绕组线电压相差30°,经三相全波整流,在直流侧两变压器二次侧并联运行,组成2*12相的整流系统,共24脉波.由于此时整流变压器低压绕组采用轴向双分裂结构,减少了两者间的相互干扰,因此桥间一般不再加设平衡电抗.主绕组电压、移相绕组电压和电网电压之间的关系满足正弦定理.如下图1、图2所示,分别是采用延边三角形移相±7.5°的整流变压器的网侧绕组接线.

整流变压器的典型接线中阀侧绕组采用三角形（D）和星型接法（Y）,两次边绕组的电压比为,若电压比差过大会造成两个绕组电压不均匀而使变压器局部过热,导致变压器的烧毁.

1.2整流机组结构

图324脉波整流机组模型

图4网侧A相电压与电流波形图

城市轨道牵引供电系统由2台12脉波整流机组并联运行.每台整流机组由1台三相三绕组变压器和2台全波整流器构成.谐波次数与整流脉波的关系为Q等于6M*P±1.式中Q为谐波次数、P为整流脉波数、M为正整数（1,2,3,4等）.可见,整流脉波数越大,相应的谐波含量越少,从而对供电系统的不利就越小,相应的功率因数越高.根据某城市轨道交通整流机组的参数进行建模,整流变压器额定容量为2500kVA,一次侧电压为35kV,二次侧电压为1180V,额定直流电压1500V,模型如图3所示.得到35kV网侧电压和电流波形如图4所示.直流输出电压仿真结果如图5所示.

图5直流侧输出电压波形图

2.谐波电流含量分析

整流机组产生谐波电流主要是因为网侧绕组移相角a的误差和整流机组2台变压器负荷的不平衡引起的.

由正弦定理可知,要满足移相角a等于7.5°,就必须使网侧绕组的外延匝数与原绕组匝数之比满足下式：

而SIN7.5°/SIN22.5°不是整数,从而造成误差.而且整流机组的每台整流变压器都是一台12脉波整流系统.在实际中,由于绕组匝数必须是整数,由此引起的误差就会导致负荷的不平衡.

3.结论

本文对城市轨道交通直流牵引供电系统中的24脉波整流机组中的接线和结构进行分析.利用Matlab仿真工具箱搭建仿真模型.最后对整流机组引起网侧谐波电流的原因进行了分析.