高速铁路动车组不分闸过电分相动态过程及馈线保护研究

京沪高速铁路是世界上运营时速最快、技术标准最高的高速铁路，其牵引供电系统将采用全并联AT供电、动车组不分闸过电分相等新技术，给继电保护带来了新挑战。动车组在不分闸通过牵引变电所处和分区所处的电分相装置时，地面配合开关相应的频繁切换，接触网－动车组－电分相系统的电气参数不断变化，动车组、牵引供电接触网和电分相系统不断的从一个状态变化到另一个状态，会产生电压电流等电磁参量复杂变化的电气过程，在某些严重情况下会导致馈线保护不正确动作。因此，全面研究分析动车组不分闸过电分相的动态过程，研究该过程中出现的操作过电压、谐振过电压、冲击电流等现象的产生机理以及这些电磁暂态与牵引供电系统的作用关系，建立电源－牵引网－动车组仿真系统，分析既有继电保护的动作行为，针对异相短路故障等问题提出新的馈线保护原理，对正在建设中的京沪高速铁路具有重要的理论和实践意义，将产生较大的社会效益和经济价值。

高速铁路采用锚段关节式电分相，分相区长达数百米。当动车组驶过分相区时，一般需完成退级、关辅助机组、断主断路器等系列操作，靠惯性惰行滑过电分相区，之后再按照相反顺序恢复供电。在高速铁路线路中，动车组每几分钟就要通过电分相一次。动产组负荷的频繁断电会造成列车牵引力和速度的损失，对高速行车以及乘客舒适性都不利，还会导致异相短路等故障的发生。本课题深入研究了动车组不分闸过分相及相关的继电保护问题，对高速铁路的安全可靠运行具有重要意义。.主要内容如下：.（1）动车组不分闸过分相技术研究。针对不分闸过分相系统工作时的各种情况，提出了正向行驶、反向行驶、折返、开关异常、保护跳闸等情况下的控制策略；信号系统是过分相系统的基础，为避免计轴信号给出错误的方向和占用指示，提出了信号工作状态正确性判据，提高了控制的准确性和可靠性；与有关单位合作研制了不分闸过分相控制器和不分闸过分相样机系统，并进行了工厂测试、环线测试、高铁线路测试，各项试验指标均达到要求。.（2）动车组不分闸过分相电磁暂态分析。动车组在不分闸通过电分相装置时，地面配合开关相应的频繁切换，动车组、牵引供电接触网和电分相系统不断的从一个状态变化到另一个状态，会产生电压电流等电磁参量变化。结合各种等效电路，从理论上分析了截流过电压、合闸过电压、冲击电流等问题。.（3）动车组不分闸过分相建模与仿真。利用MATLAB通用软件平台，根据电气化铁路的特殊需要，搭建和创建了牵引变电所、牵引网、动车组等仿真模型。在仿真模型的基础上根据实际不分闸过分相各断路器的操作开合顺序，研究了操作过电压、冲击电流等电磁暂态与牵引供电系统的作用关系，并与理论分析进行对比。.（4）继电保护与故障测距原理研究。针对高速铁路的新特点，分析了既有继电保护的动作行为；针对异相短路故障提出了利用相间电压差及3次谐波含量的新型保护原理；针对高速铁路异相短路故障或末端短路时变电所母线残压高导致的低压启动过电流保护拒动，研究了变压器后备距离保护问题；完成了动车组不分闸过分相导致的差动保护误动分析，针对供电改造采用的双单相变压器组提出了差动保护方案；利用广义对称分量法分析了牵引网各种故障，提出了全并联AT供电牵引网故障测距原理；针对解决电分相问题的同相供电技术，研究了同相供电有功功率差动保护，提出了同相供电设备保护方案。