动车组辅助电源系统接地检测分析.docx

动车组辅助电源系统接地检测分析摘要：动车组的辅助电源系统(auxiliarypowerunit,APU)负责向车中各类常规用电设备进行供电,并负责在整流后供给车上各电压等级的直流设备,同时,车上留给乘客的插座也由APU负责。不同于应用在电网中的绝缘监测设备,APU功能强大且体积庞大,应用于动车组APU的绝缘监测设备功能精简,绝缘等级不高,且不需要超远距离的通信方式,同时车体空间狭小,这也要求设备具有更小的体积。随着人民生活水平的不断提高,对各类交通工具的速度、安全需求也越来越大。高铁已成为大多数人的远途旅行的首选方式,动车组的安全性能和舒适程度备受关注,这就对动车组辅助供电系统的安全性和可靠性提出了更高的要求。关键词：动车组；辅助电源系统；接地检测1构建接地故障分析模型IT系统接地故障分析模型如图1所示。图1中,R1～R4为零序电压测量电阻;RA、RB、RC为各相线对地等效电阻;CA、CB、CC为各相线对地等效电容;ZA、ZB、ZC为各相线对地等效阻抗;UN为电阻R4的对地电压。图1IT系统接地故障分析模型为了更简单地描述动车组上的分布参数,同时简化问题,本文假设图1中的三相电源电压幅值相等,且供电线路与车体之间的绝缘程度用等效阻抗Z表示,而相线间存在的阻抗因与所讨论的问题没有影响则予以略去。1.1零序电压测量电路分析三相电压用相量表示,设A相、B相和C相电压分别为,则对于零序电压测量电路,根据基尔霍夫电流定律(kirchhoff′scurrentlaw,KCL),有又R1=R2=R3=680kΩ,代入式(1),得由式(2)可知,A相、B相和C相的三相电压矢量和为46)UN,又已知零序电压为三相电压矢量和的1/3,则零序电压为(4/3)6)UN,即零序电压为测量电路所测电压6)UN的4/3倍。为分析方便,以下均将6)UN称为零序电压。若负载平衡,则零序电压主要由三相线路中单相或两相接地产生,大小取决于接地程度。金属的接地程度最高,对于非金属接地,随着接地电阻的增加,接地程度不断下降。因此,通过测量零序电压,可以判断三相线路中是否出现接地故障,并通过零序电压的大小来判断接地程度。1.2零序电压计算若有一相电路(如A相)发生金属性接地,则ZA=0,此时,A相接地等效电路如图2所示。图2中,R1、R4为并联电阻,将两者合并后得到A相接地的最简等效电路,A相接地最简等效电路如图3所示。图2A相接地等效电路图3A相接地最简等效电路此时,ZB、ZC变为相间负载,三相电压分别为:。对于R1～R3所在的3条支路,根据KCL,有下面探讨三相对地阻抗更一般的情况,求出具有普适性的零序电压公式。三相电压用向量法表示,在三相线电压保持不变的情况下,设A相电压为6)UA,则B相电压为,C相电压,当ZA、ZB、ZC均不为零时,根据KCL建立的方程组为代入已知数据,解得进一步化简为由式(6)可知,当三相对地阻抗对称(即三相对地阻抗相等)时,,无零序电压产生;当三相对地阻抗不对称时,,有零序电压产生。当A相发生金属性接地情况时,ZA=0,代入式(1)～式(5)中,可求得,这与前面计算的结果相符合。1.3接地短路故障定位由1.2节计算可知,A相发生金属性接地短路故障时,零序电压与A相电压相位相差180°,B相发生金属性接地短路故障时,零序电压比A相电压相位超前60°,C相发生金属性接地短路故障时,零序电压比A相电压相位滞后60°,所以不同相发生接地短路,产生的零序电压相位不同,故可通过零序电压相位的所在区间来定位接地短路故障相。2Matlab仿真根据图1,建立IT系统接地故障分析模型,利用Matlab软件建立仿真模型。Matlab仿真模型如图4所示。图4Matlab仿真模型为验证式(5)的正确性,分别将同一组ZA、ZB、ZC数据输入仿真模型和式(5)中,比对两者输出的零序电压值是否相等。由于实测动车组相线对地电容约为2.4μF,相线对地电阻约为400kΩ,为接近动车组实际情况,将A、B、C三相的对地电容均设为定值2.4μF,将A相和B相的对地电阻均设为定值510kΩ,C相对地电阻均匀的取0Ω～510kΩ之间的5101个值,分别将这5101组ZA、ZB、ZC数据输入仿真模型和式(5)中,仿真模型和式(5)的零序电压输出曲线如图5所示(其中,图5b为从图5a中截取的部分数据)。图5仿真模型和式(5)的零序电压输出曲线图中,蓝线为式(5)的零序电压输出曲线,红线为仿真模型的零序电压输出曲线。由图5可以看出,两者零序电压输出曲线基本重合,验证了式(5)的正确性。且在RC∈0[,510kΩ]区间,两者输出的零序电压及输出零序电压的变化速率随RC的增大而不断减小,当RC=0Ω时,两者输出的零序电压值最大为165V,当RC=510kΩ时,两者输出的零序电压值最小为0V。图6