和諧客運電力機車DC600V列車供電系統接地研究

摘 要 利用MATLAB建立和諧客運電力機車DC600V供電系統的模型，對所實現的閉環仿真系統進行接地判斷方面的研究。通過多方面的仔細研究，并結合現場的高壓試驗，尋找出最佳的系統接地判斷解決方案。

【關鍵詞】和諧客運電力機車 DC600V列車 供電系統 接地 研究

隨著東風11G、韶山8型、韶山7E、韶山9/9改進型這些準高速客運機車的逐步退役，和諧客運電力機車（1D和3D）正逐步成為未來中國鐵路干線準高速客運的主力軍，解決了我國大量普速型直供電車底（主要為25G型車和25T型車，構造時速分別是120km/h和160km/h）的牽引和供電的需求。和諧客運電力機車主變壓器次邊設有兩個獨立供電繞組， 額定輸出單相AC860 V 電壓到列車供電裝置，整流后輸出獨立的兩路DC600V電源供給客車，功率為2×400 kW；客車上裝有逆變器和充電器，將DC600V電壓逆變成三相AC380V電壓后供給空調機組等三相負載，同時將DC600V電壓變換成DC110V電壓后供蓄電池充電、照明和其他控制系統用電。因此旅客列車DC600V供電系統的安全性和穩定性對旅客列車安全運行和正常的服務工作具有極其重要的作用。

針對DC600V列車供電系統接地保護方面存在的系統和部件匹配問題，根據GB/T32587-2016《旅客列車DC600V供電系統》，系統接地方式進行統一規定，力求保證旅客列車供電系統的安全性和穩定性，最大限度地滿足旅客用電的需求。在接地方式統一的基礎上，如何有效地進行接地判斷就成了關鍵問題，既要保證發生接地時能可靠動作，又要保證正常運行時不發生誤動作。

1 DC600V供電系統原理及接地方式

列車供電柜有兩套完全獨立的供電系統，其原理電路完全相同。

主電路：主電路原理圖見圖1。交流輸入電壓860V，經真空接觸器13KM與快速熔斷器11FU到單相整流橋與電流傳感器11SC，通過變壓器內的濾波電抗器13L和柜內的濾波電容器19C輸出直流電壓600V。整流橋的交流側，并聯了由電阻21R，電容17C和壓敏電阻13RV組成的過電壓吸收電路與控制用同步變壓器。同時，在交流側有元件擊穿短路時，快速熔斷器能快速熔斷保護，分斷主電路，避免故障的進一步擴大。直流側還有空載電阻R1、R2（均為600歐），與檢測用電流傳感器11SC，接地限流電阻R3（750歐）、電壓傳感器13SV用于接地保護。

電子電路：給定延時積分環節的預置值與電壓反饋信號比較，進行調節器運算得出晶閘管的觸發角，通過同步處理與功率放大環節控制晶閘管的觸發脈沖模塊，經隔離處理控制晶閘管的開通。

其中，DC600V供電系統采用了無源低阻中點接地的方式。R1、 R2 為600歐的電阻，為供電整流器空載電阻；R3為1.5K電阻100W線繞電阻2個并聯，該電阻由接地保護系統配置。

2 供電系統接地建模及試驗

2.1 基于MATLAB/Simulink仿真

在對機車DC600V供電系統進行接地試驗前，利用仿真來研究系統功能是一種便利的方式。它不僅可以證實系統的工作原理，通過反復調整接地參數來達到系統功能，節省了開發和設計時間，充分利用了試驗站的試驗場地，避免了由于接地參數設計不當而造成的重復試驗。

Simulink是一個在MATLAB環境下運行、用于非線性動態系統分析、用戶友好的通用數字仿真程序，也可用于連續或離散的時間系統以及多級系統的分析，是目前在電力電子與電力傳動中應用最普遍的仿真程序之一。雖然本質上屬于MATLAB程序（Mathworks），但用戶可以通過圖形接口應用子系統模塊建立系統。開始時，用戶必須使用微分方程或代數方程來確定系統的數學模型，并用狀態變量或傳遞函數形式將它們表示出來。在仿真中可以應用模塊或功能模塊庫。

2.2 直流側接地試驗

在機車DC600V供電系統正常工作無接地的情況下，電壓傳感器13SV的半電壓反饋值應在300V左右。而一旦供電系統的直流側發生接地的情況或者電氣絕緣等級下降的情況，供電系統的600V正線或者600V負線對地串入了一個電阻。

根據GB/T32587-2016《旅客列車DC600V供電系統》的規定，當Rx≤1k時，機車DC600V供電系統應該動作，將接觸器斷開，避免事故的進一步擴大。利用MATLAB仿真，可計算出正線或者負線接地時，此時接地電壓傳感器13SV的電壓值。如圖2正線1K接地時半電壓波形圖和圖3負線1K接地時半電壓波形圖?？蛰d和帶負載時波形基本一致。仿真出的結果與理論計算、實際試驗均很接近。圖2、圖3中，藍色曲線表示600V全電壓波形，紅色曲線表示半電壓波形。

2.3 交流側接地試驗

機車DC600V供電系統交流側如果發生接地而控制系統未及時動作，將對電力機車主變壓器造成較為嚴重的后果。因此對交流側接地的仿真尤為重要。600V供電系統的交流側有三個點，分別是晶閘管、二極管和電抗器，它們的接地波形均不同，空載和帶負載時波形又有差別。利用MATLAB仿真可獲得交流側接地的仿真波形，如圖4晶閘管接地時半電壓波形圖（負載）、圖5二極管接地時半電壓波形圖（負載）、圖6電抗器接地時半電壓波形圖（負載）。圖4至圖6中，藍色曲線表示半電壓波形，紅色曲線表示交流側同步信號。

做機車DC600V供電系統高壓試驗時，利用示波器捕捉到交流側三個點的接地波形，基本上與MATLAB的仿真波形很接近。高壓試驗時，交流側接地波形如圖7晶閘管接地時半電壓波形圖（負載）、圖8二極管接地時半電壓波形圖（負載）、圖9電抗器接地時半電壓波形圖（負載）。圖7至圖9中，黃色曲線表示半電壓波形，綠色曲線表示交流側同步信號。

3 結論

本文提出了和諧客運電力機車DC600V供電系統的接地模型， 并利用其進行直流側、交流側接地的仿真試驗，為后續的高壓試驗提供了理論基礎。利用MATLAB仿真，不僅有效提高了現場高壓試驗的效率，而且為以后和諧客運電力機車機車DC600V供電系統的接地改進提供了諸多的便利。

參考文獻

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作者簡介

鄭志剛（1983-），男，上海市嘉定區人。畢業于華東交通大學電力機車牽引與傳動專業。大學本科學歷。工程師。研究方向為電力機車牽引與傳動。

作者單位

上海鐵路局機務處 上海市 200070endprint