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ELBAS仿真软件在客运专线牵引变压器安装容量确定中的应用

作者 :王 丽更新时间:2012-10-31

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摘 要:牵引变压器是牵引供电系统的重要设备,其容量确定是牵引供电计算的主要内容。针对沪杭客专,利用ELBAS仿真软件对牵引供电系统进行模拟仿真,根据仿真结果选取合适的安装容量。
关键词:ELBAS;沪杭客专;牵引变压器;有效电流;高峰小时
1 ELBAS软件
ELBAS是一款功能强大的仿真模拟软件,先进的仿真技术为“大系统供电实时仿真”提供了技术保障,真正实现“超前谋划,精细化设计”的目标。软件主要通过以下几个步骤实现牵引供电系统的仿真计算:搭建与实际相符的线路模型,包括车站位置、线路坡度、曲线半径,隧道分布等;搭建与实际相符的供电网络,定义牵引供电设施、接触导线、供电线等相关参数,并按照实际电气连接情况建模,实现供电仿真精确化和精细化设计;根据机车参数模拟与实际相符的动车、拖车模型,定义限速要求、追踪间隔、停站时分等信息,编制运行图;通过行车、供电的联合仿真得到任意时分、任意位置、每一条所定义导线的各种设计所需电气参数,为系统方案设计、设备安装容量的合理选取提供技术依据。
2 沪杭客专牵引供电仿真
笔者以沪杭客专嘉兴南牵引变电所为例,研究利用ELBAS仿真软件确定牵引变电所变压器安装容量。
2.1 列车模拟
利用ELBAS-RollingStockEditor仿真模块对实际列车进行模拟。图1、图2为实际CRH380BL动车组牵引特性曲线及再生制动特性曲线,图3、图4为采用仿真软件对CRH380BL动车组进行模拟,得到的仿真机车牵引特性曲线及再生制动特性曲线。可见ELBAS-RollingStockEditor仿真模块完全可以模拟出实际列车。
2.2 系统仿真
利用ELBAS-WEBANET Editor仿真模块,根据沪杭客专线路参数和牵引供电设施分布搭建线路模型和牵引供电系统模型,为验证仿真模型的准确性,先对单列车的运行工况进行仿真,并与实际列车运行工况进行比较。
图5为模拟杭州开往虹桥G7454次列车取流情况,图6为模拟虹桥开往杭州G7451次列车取流情况。
图7、图8为实际监测到的杭州至虹桥G7454次和虹桥至杭州G7451次列车电流曲线,因CCU数据采集的电流不能区分出再生或牵引,故在列车再生制动时,电流仍然呈现为正。
通过对比图5~图8可以看出,仿真列车和实际列车工况相近但并不完全相同,这主要是因为实际列车运行工况与司机操作习惯有关。在实际运营中,列车只会在较短的时间内达到线路最高允许速度,加减速过程也因人而异;但采用软件仿真时,机车会长时间以线路允许最高速度运行,取流比实际略大。
2.3 设计条件及仿真结果
牵引变压器是牵引供电系统的重要设备,其容量大小关系到能否完成预定的运输任务和运营成本。从安全运行和经济方面来看,容量过小会使变压器长期过载,将造成变压器寿命缩短,以至烧损变压器;反之,容量过大将使变压器长期不能满载运行,损耗增加,从而造成变压器容量浪费,使运营费用增大。确定变压器安装容量分3个步骤:①按正常运行的计算条件求出主变压器供应牵引负荷所必须的容量,确定计算容量;②按列车紧密运行时的计算条件并充分利用牵引变压器的过负荷能力确定校核容量;③根据计算容量和校核容量,按变压器实际产品的规格确定变压器安装容量。
根据TB10621-2009《高速铁路设计规范(试行)》中规定:“牵引变压器安装容量按交付运营后第五年运量确定,并按远期运量预留条件;牵引变压器、自耦变压器过负荷能力应符合高峰小时牵引负荷的需要”。
沪杭客专设计2015年列车对数为153对/日,16辆编组A类车:8辆编组A类车:16辆编组B类车约为10:1:2,追踪间隔为3min。
利用ELBAS确定变压器计算容量。因列车运行图由运营部门统一编制,现尚无2015年沪杭客专实际运行图,无法按照实际运行图编制行车计划。仿真时,考虑将全日车对数平均到全天,用得到的变压器绕组有效电流等效实际有效电流。除去240min天窗时间,153对车平均到20h,追踪间隔约为8min。因列车在1d内均匀发车,取1h内的有效值即为全日有效值。
通过仿真结果可以求出嘉兴南牵引变电所计算容量为(31.65+30.76)MVA。
客运专线牵引变压器安装容量应能满足交通最繁忙时段的牵引负荷需求。嘉兴南牵引变电所高峰小时负荷出现在全16辆编组动车组以速度350km/h,间隔3min追踪,仿真得到变压器绕组有效电流曲线见图9、图10。
考虑变压器过负荷能力后,嘉兴南牵引变电所变压器校核容量为(35.229+34.075)MVA,最终确定嘉兴南牵引变电所变压器安装容量为2×(40+40)MVA。
3 变压器实际运营情况及分析
据调查,在实际运营过程中,嘉兴南牵引变电所变压器容量利用率较低,造成该情况的原因:
①车型:设计为CRH3、CRH2,实际为CRH380、CRH2,通过比较实际列车电流采样数据,CRH380型动车组最大取流和仿真用CRH3型动车组电流差别不大,但实际列车运营平均速度比设计低,实际单车能耗比设计低;②编组:设计为16辆编组和8辆编组均有,实际为16辆编组和8辆编组均有,实际运行16辆编组与8辆编组比例相当,设计大部分为16辆编组动车组,实际牵引负荷比设计小;③追踪时分:设计为最小3min,实际为最小5min,实际供电臂内列车密度比设计小,实际牵引负荷比设计小;④列车对数:设计为初期153对/日,实际为图定82对/日,实际全日车对数比设计全日车对数少,实际牵引负荷比设计小;⑤天窗时分:设计为垂直天窗240min/d,实际为垂直天窗240min/d,实际与设计相同;⑥最高速度:设计为350km/h,实际为354km/h,列车实际运营最高速度比设计速度高,但持续时间短;而实际运营平均速度比设计速度低,实际列车取流比设计小。
参考文献
1 电气化铁道设计手册 牵引供电系统[M].北京:中国铁道出版社,1988
2 新建铁路沪杭甬客运专线上海至杭州段初步设计电气化文件[R]. 武汉:中铁第四勘察设计院集团有限公司,2009
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