论文部分内容阅读
摘要：地铁接触是城市轨道交通系统中比较重要的组成部分，其将会直接决定地铁能否安全、高效运行。在地铁接触网运行过程中，由于各方面因素影响，不可避免会出现短路问题，其会影响地铁接触网的运行效果和安全性。而在地铁回流网络中，钢轨电位和限压保护装置（OVPD）发挥着至关重要的作用，其不仅可以降低地铁接触网短路带来的影响，而且还可以确保地铁安全运行。
关键词：地铁接触网;短路;钢轨电位;限压保
当地铁接触网出现短路时，将会影响地铁的正常运行，甚至危及乘客和工作人员的生命安全，因此要结合实际情况来对地铁接触网短路问题给予解决。通常情况下，地铁供电系统主要是由牵引整流器、接触网、排流柜、回流网及相关保护装置组合而成。其中，回流网又涵盖了排流网和钢轨两大类，排流网用于对杂散电流进行收集，钢轨用于牵引回流。列车在某个供电臂下运行时，不可避免会在相应供电区段的钢轨产生与之相匹配的对地电位，其将会危及作业人员和设备的安全。此时就需要基于地铁接触网短路状态下，来分析和探究钢轨电位和限压保护装置。
1.直流牵引供电网络概述
1.1直流牵引供电网络
作为地铁接触网，供电系统所选择的单个供电臂通常会采用双边供电模式，其可以借助馈线整流器来实现接触网与电源正极的有效连接，并借助回流线负极来实现与钢轨进行有效连接。对于直流牵引供电网络而言，一般会选择在轨枕下放置排流网，以达到杂散电流搜集效果。多数情况下，排流网不投入工作，且杂散电流很小，同时整流器负极与排流网保持着断开状态。供电臂双边供电原理如图1所示。
1.2供电网络模型及参数
通常情况下，在供电网络中，钢轨、排流网和接触网均具备一定的电阻，将会在排流网和钢轨间产生过渡电阻，以满足地铁接触网运行需求。供电网络模型如图2所示。
1.3单个供电臂供电网络模型
图3描述的是单个供电臂供电网络示意图。如果单个供电臂长度L=2km，并且其包括长度为100m的单元电路20个，在图3中的整流器1正极可以通过單元1中电阻R1和R4来实现与负极的有效跨接。整流器2正极通过单元20中的电阻R1和R4来实现与负极的有效跨接，即通过馈电线整流器正极与接触网连接，通过回流线整流器负极与钢轨连接。由于受到边缘效应的影响，与A处和B处两条虚线相对应的单元电路1至单元电路20均可以在排流网与钢轨间产生比较大的过渡电阻R。
2.钢轨点位和限压保护装置探究
2.1 OVPD保护装置原理
对于地铁接触网而言，OVPD保护装置安装在车站（车辆段）区域内，以便对钢轨和排流网间所产生的点位给予实时、动态监测，但钢轨对地电位超过了规定值时，此时可以通过OVPD保护装置来实现监测点钢轨与地进行短接，进而保证钳制钢轨电位达到零电位状态。OVPD保护装置结构如图4所示。OVPD保护装置运行过程中所对应的保护动作逻辑顺序如表1所示。
通过对表1进行分析可以发现，在OVPD保护装置运行过程中，如果A和B两点间所检测出的电压绝对值幅度大于600V时，将会把触发脉冲马上发送至向晶闸管T1和T2，一旦A点电位比B点电位大时，则会使晶闸管T1导通;反之，将会使晶闸管T2导通。通过对晶闸管实施快速导通处理后，可以实现A和B两点迅速短路，并维持接触器触点保持闭合，以实现对人身和设备的有效保护。
2.2基于短路状态下OVPD装置处电位
图5描述的是A、B两点间电压，其可以借助OVPD保持装置来实现对钢轨对地电位的有效监测。实际上，整流器1和2在实际运行阶段存在正极对负极短路、正极对排流网（地）短路的风险，对应图5中是G对H和J短路，C对D和E短路。对接触网而言，可能会出现接触网对钢轨短路的风险，对应图5中是F点对A点短路。实际上，对1km长接触网而言，每一个接触网都有可能对钢轨产生短路，但是其不存在极值特性，因此可以忽略不计。
基于OVPD保持装装置下，采用Multism软件来对钢轨电位和限压保护装置控制流程进行模拟仿真，这样能够了解和掌握OVPD保护装置在各短路状态下的电位，表2描述的是Multism软件模拟仿真结果。
2.3基于短路状态下通过OVPD装置的短路电流
通过对表1和表2进行分析可以发现，在表2各短路类型中，A点电位一般超过了OVPD动作限值。各短路类型OVPD保护装置所产生的动作如表3所示。
对于地铁接触网而言，OVPD保护装置接触器一般会处于常开状态，并且导通晶闸管触发T2或触点未产生延时闭合时，将会导致A和B两点处于短路状态，这样一来将会在接触网常开触点或晶闸管导通触发产生T2流动时，电阻R3处于短路状态，此时可以短接线来取而电阻R3，且用Ik表示通过OVPD保护装置所产生的短路电流，其对应的方向如图6所示。
基于各短路状态下，通过Multism软件利来对其进行仿真模拟，此时通过导通晶闸管T2或接触器常开触点的短路电流可以用Ik来表示，表4描述的是Multism软件模拟仿真结果。
3.OPVD保护装置晶闸管参数
通常情况下，在对表4中的数据进行分析和总结后得知，如果C点对E点短路时，此时A点对B点所对应的电位将会是最高的。基于地铁接触网短路状态下，接触器导通晶闸管触发T2和常开触点闭合的时间顺序如图7所示。图7中所对应的各参数取值为：ton=9.995ms，t1=0.005ms，t2=10.00ms。
通常情况下，当晶闸管T2受到1463V正向导通电压触发后，将会开始正向导通，导通持续时间接近10.000ms，直至接触器常开触点闭合为止。
实际上，在地铁接触网运行过程中，晶闸管浪涌电流ITSM一般为10.000ms，从而使通过晶闸管中的正向电流达到峰值状态。在对表4进行分析得知，晶闸管T2的流通最大电流为33.7kA，此时一般会选择晶闸管T2，其对应的浪涌电流ITSM2一般是33.7kA，此时在接触网短路状态下，很难重复峰值流过电压UTSM2=1463 V，而且也很难对峰值电压UTSM2=195V重复。在工作过程相同状态下，将会在晶闸管T1流过电流达到130A的最大值，此时可以选择晶闸管T1对应的浪涌电流ITSM1为130A，而且在断态情况下，不会对峰值流过电压UTSM1=195V重复，反向不会对峰值电压UTSM2=1463V重复。
4.结束语
综上所述，基于地铁接触网短路状态下，可以确保OVPD保护装置能够产生与之相匹配的动作，进而达到限制钢轨对地电位的目的。通常情况下，不同的接触网短路均存在一定的危险性，此时就需要定期对地铁接触网进行检修，对存在的问题及时采取有效措施给予解决，以此来降低地铁接触网短路的发生率，进而确保地铁接触网安全、高效运行。
参考文献
[1]李怀志地铁接触网短路状态下钢轨电位和限压保护装置研究[J].城市轨道交通研究，2020，14（5）：52-53.
[2]王侃.西安地铁四号线接触网短路试验浅析[J].百科论坛电子杂志，2019，6（17）：118-119.
关键词：地铁接触网;短路;钢轨电位;限压保
当地铁接触网出现短路时，将会影响地铁的正常运行，甚至危及乘客和工作人员的生命安全，因此要结合实际情况来对地铁接触网短路问题给予解决。通常情况下，地铁供电系统主要是由牵引整流器、接触网、排流柜、回流网及相关保护装置组合而成。其中，回流网又涵盖了排流网和钢轨两大类，排流网用于对杂散电流进行收集，钢轨用于牵引回流。列车在某个供电臂下运行时，不可避免会在相应供电区段的钢轨产生与之相匹配的对地电位，其将会危及作业人员和设备的安全。此时就需要基于地铁接触网短路状态下，来分析和探究钢轨电位和限压保护装置。
1.直流牵引供电网络概述
1.1直流牵引供电网络
作为地铁接触网，供电系统所选择的单个供电臂通常会采用双边供电模式，其可以借助馈线整流器来实现接触网与电源正极的有效连接，并借助回流线负极来实现与钢轨进行有效连接。对于直流牵引供电网络而言，一般会选择在轨枕下放置排流网，以达到杂散电流搜集效果。多数情况下，排流网不投入工作，且杂散电流很小，同时整流器负极与排流网保持着断开状态。供电臂双边供电原理如图1所示。
1.2供电网络模型及参数
通常情况下，在供电网络中，钢轨、排流网和接触网均具备一定的电阻，将会在排流网和钢轨间产生过渡电阻，以满足地铁接触网运行需求。供电网络模型如图2所示。
1.3单个供电臂供电网络模型
图3描述的是单个供电臂供电网络示意图。如果单个供电臂长度L=2km，并且其包括长度为100m的单元电路20个，在图3中的整流器1正极可以通过單元1中电阻R1和R4来实现与负极的有效跨接。整流器2正极通过单元20中的电阻R1和R4来实现与负极的有效跨接，即通过馈电线整流器正极与接触网连接，通过回流线整流器负极与钢轨连接。由于受到边缘效应的影响，与A处和B处两条虚线相对应的单元电路1至单元电路20均可以在排流网与钢轨间产生比较大的过渡电阻R。
2.钢轨点位和限压保护装置探究
2.1 OVPD保护装置原理
对于地铁接触网而言，OVPD保护装置安装在车站（车辆段）区域内，以便对钢轨和排流网间所产生的点位给予实时、动态监测，但钢轨对地电位超过了规定值时，此时可以通过OVPD保护装置来实现监测点钢轨与地进行短接，进而保证钳制钢轨电位达到零电位状态。OVPD保护装置结构如图4所示。OVPD保护装置运行过程中所对应的保护动作逻辑顺序如表1所示。
通过对表1进行分析可以发现，在OVPD保护装置运行过程中，如果A和B两点间所检测出的电压绝对值幅度大于600V时，将会把触发脉冲马上发送至向晶闸管T1和T2，一旦A点电位比B点电位大时，则会使晶闸管T1导通;反之，将会使晶闸管T2导通。通过对晶闸管实施快速导通处理后，可以实现A和B两点迅速短路，并维持接触器触点保持闭合，以实现对人身和设备的有效保护。
2.2基于短路状态下OVPD装置处电位
图5描述的是A、B两点间电压，其可以借助OVPD保持装置来实现对钢轨对地电位的有效监测。实际上，整流器1和2在实际运行阶段存在正极对负极短路、正极对排流网（地）短路的风险，对应图5中是G对H和J短路，C对D和E短路。对接触网而言，可能会出现接触网对钢轨短路的风险，对应图5中是F点对A点短路。实际上，对1km长接触网而言，每一个接触网都有可能对钢轨产生短路，但是其不存在极值特性，因此可以忽略不计。
基于OVPD保持装装置下，采用Multism软件来对钢轨电位和限压保护装置控制流程进行模拟仿真，这样能够了解和掌握OVPD保护装置在各短路状态下的电位，表2描述的是Multism软件模拟仿真结果。
2.3基于短路状态下通过OVPD装置的短路电流
通过对表1和表2进行分析可以发现，在表2各短路类型中，A点电位一般超过了OVPD动作限值。各短路类型OVPD保护装置所产生的动作如表3所示。
对于地铁接触网而言，OVPD保护装置接触器一般会处于常开状态，并且导通晶闸管触发T2或触点未产生延时闭合时，将会导致A和B两点处于短路状态，这样一来将会在接触网常开触点或晶闸管导通触发产生T2流动时，电阻R3处于短路状态，此时可以短接线来取而电阻R3，且用Ik表示通过OVPD保护装置所产生的短路电流，其对应的方向如图6所示。
基于各短路状态下，通过Multism软件利来对其进行仿真模拟，此时通过导通晶闸管T2或接触器常开触点的短路电流可以用Ik来表示，表4描述的是Multism软件模拟仿真结果。
3.OPVD保护装置晶闸管参数
通常情况下，在对表4中的数据进行分析和总结后得知，如果C点对E点短路时，此时A点对B点所对应的电位将会是最高的。基于地铁接触网短路状态下，接触器导通晶闸管触发T2和常开触点闭合的时间顺序如图7所示。图7中所对应的各参数取值为：ton=9.995ms，t1=0.005ms，t2=10.00ms。
通常情况下，当晶闸管T2受到1463V正向导通电压触发后，将会开始正向导通，导通持续时间接近10.000ms，直至接触器常开触点闭合为止。
实际上，在地铁接触网运行过程中，晶闸管浪涌电流ITSM一般为10.000ms，从而使通过晶闸管中的正向电流达到峰值状态。在对表4进行分析得知，晶闸管T2的流通最大电流为33.7kA，此时一般会选择晶闸管T2，其对应的浪涌电流ITSM2一般是33.7kA，此时在接触网短路状态下，很难重复峰值流过电压UTSM2=1463 V，而且也很难对峰值电压UTSM2=195V重复。在工作过程相同状态下，将会在晶闸管T1流过电流达到130A的最大值，此时可以选择晶闸管T1对应的浪涌电流ITSM1为130A，而且在断态情况下，不会对峰值流过电压UTSM1=195V重复，反向不会对峰值电压UTSM2=1463V重复。
4.结束语
综上所述，基于地铁接触网短路状态下，可以确保OVPD保护装置能够产生与之相匹配的动作，进而达到限制钢轨对地电位的目的。通常情况下，不同的接触网短路均存在一定的危险性，此时就需要定期对地铁接触网进行检修，对存在的问题及时采取有效措施给予解决，以此来降低地铁接触网短路的发生率，进而确保地铁接触网安全、高效运行。
参考文献
[1]李怀志地铁接触网短路状态下钢轨电位和限压保护装置研究[J].城市轨道交通研究，2020，14（5）：52-53.
[2]王侃.西安地铁四号线接触网短路试验浅析[J].百科论坛电子杂志，2019，6（17）：118-119.