冯德平 邹诚 王增辉
中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东青岛 266111
摘要：动车组交流辅助供电系统为全列交流负载供电，其运行稳定可靠，是列车安全稳定工作的前提。列车在运行过程中，由于受到雷击、线缆绝缘损坏、线缆或者元器件掉落金属物交流负载设备故障等原因,会造成交流供电侧接地故障以CRH3型动车组交流辅助供电系统为例,分析了动车组三相三线交流辅助供电系统接地故障的检测方法,构建了检测方法的数学分析模型,并推导出检测方法相关的计算公式,给出了CRH3型动车组交流辅助供电系统接地故障检测判据通过Matlab仿真和试验共同验证了检测方法的正确性,为动车组交流辅助供电系统接地故障检测提供了指导
关键词：动车组；交流辅助供电系统；接地故障
中图分类号:U298 文献标志码:A
1接地故障检测原理
1.1单台辅助变流器工作时的接地检测
CRH3型动车组交流辅助供电系统由多台辅助变流器输出并联构成单台辅助变流器工作时,CRH3型动车组IT系统接地故障等效原理图如图1所示
图1单台辅助变流器工作时IT系统接地故障等效原理图
其中,RURVRWRm为接地检测电阻,且阻值相同;CUCVCW为输出对地电容,且容值相同;Re为等效接地电阻;NN1N2为中性点图1所示的IT系统若无接地故障,且三相交流负载平衡时,N1对地电压为0;当系统发生接地故障时,中性点偏移,N1对地电压不再为0在实际的IT系统中,接地点位置随机,因此通过直接测量Re的电压和电流来确定系统接地情况的方式实施起来较为困难但是可通过间接测量的方式实现,例如,可通过测量Rm电压的方式间接了解系统接地情况对图1进行推导分析,以U相接地为例,设辅助变流器输出三相电压分别为UUUVUW,针对各系统接地回路,由基尔霍夫电压定律可得:
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1.2多台辅助变流器工作时的接地检测
多台辅助变流器工作发生接地故障时,CRH3型动车组IT系统接地故障等效原理图如图2所示
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图2多台辅助变流器工作时IT系统接地故障等效原理图
由于并联运行的多台辅助变流器输出电压的幅值频率一致,且各台辅助变流器输出对地电容和接地检测电阻相同,所以每台辅助变流器输出对地电容电压均表示为UCUUCVUCW,接地检测电阻电压均表示为URUURVURWURm
2接地故障检测方法
为进一步分析接地检测电阻电压等效接地电阻和电流之间的关系,将相关式等效化简为时域下的分析模型:式中:UU—U相电压值;URm—Rm电压值;URe—Re电压值;IRe—Re电流值;f—输出电压频率按照CRH3型动车组IT系统的参数设置如下:正常模式下,输出电压为3AC440V/60Hz,R为680kΩ,C为0.5μF,f为60Hz,n最大为6据此,可以得出UReIReURm随Re的变化曲线,分别如图3图4图5所示
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从图中可以看出,Re越小,IRe越大,URm越大从而,提出的接地故障检测方法为:通过测量URm间接确定系统IRe情况。
3接地故障检测判据
按照GB50054—2011《低压配电设计规范》的有关规定,为减少接地故障引起的电气火灾危险而装设的剩余电流监测或保护电器,其动作电流不应大于300mA但是在供电部位比较重要火灾隐患较大的情况下,线路剩余电流通常不超过100mA因此,为了确保动车组交流辅助供电系统安全稳定运行,系统接地电流应满足IRe≤100mA当全列辅助变流器都正常运行(n=6)且IRe为100mA时,由公式计算可得Re为2.523kΩ,URm为22.1V
结语
综上，本文研究的动车组交流辅助供电系统接地故障检测方法准确有效，可以很好地应用于动车组交流辅助供电系统的设计中，为接地故障保护工作提供可靠指导，更好地保证车辆的安全运行。
参考文献
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