摘 要 利用MATLAB建立和谐客运电力机车DC600V供电系统的模型，對所实现的闭环仿真系统进行接地判断方面的研究。通过多方面的仔细研究，并结合现场的高压试验，寻找出最佳的系统接地判断解决方案。

【关键词】和谐客运电力机车 DC600V列车 供电系统 接地 研究

随着东风11G、韶山8型、韶山7E、韶山9/9改进型这些准高速客运机车的逐步退役，和谐客运电力机车（1D和3D）正逐步成为未来中国铁路干线准高速客运的主力军，解决了我国大量普速型直供电车底（主要为25G型车和25T型车，构造时速分别是120km/h和160km/h）的牵引和供电的需求。和谐客运电力机车主变压器次边设有两个独立供电绕组， 额定输出单相AC860 V 电压到列车供电装置，整流后输出独立的两路DC600V电源供给客车，功率为2×400 kW；客车上装有逆变器和充电器，将DC600V电压逆变成三相AC380V电压后供给空调机组等三相负载，同时将DC600V电压变换成DC110V电压后供蓄电池充电、照明和其他控制系统用电。因此旅客列车DC600V供电系统的安全性和稳定性对旅客列车安全运行和正常的服务工作具有极其重要的作用。

针对DC600V列车供电系统接地保护方面存在的系统和部件匹配问题，根据GB/T32587-2016《旅客列车DC600V供电系统》，系统接地方式进行统一规定，力求保证旅客列车供电系统的安全性和稳定性，最大限度地满足旅客用电的需求。在接地方式统一的基础上，如何有效地进行接地判断就成了关键问题，既要保证发生接地时能可靠动作，又要保证正常运行时不发生误动作。

1 DC600V供电系统原理及接地方式

列车供电柜有两套完全独立的供电系统，其原理电路完全相同。

主电路：主电路原理图见图1。交流输入电压860V，经真空接触器13KM与快速熔断器11FU到单相整流桥与电流传感器11SC，通过变压器内的滤波电抗器13L和柜内的滤波电容器19C输出直流电压600V。整流桥的交流侧，并联了由电阻21R，电容17C和压敏电阻13RV组成的过电压吸收电路与控制用同步变压器。同时，在交流侧有元件击穿短路时，快速熔断器能快速熔断保护，分断主电路，避免故障的进一步扩大。直流侧还有空载电阻R1、R2（均为600欧），与检测用电流传感器11SC，接地限流电阻R3（750欧）、电压传感器13SV用于接地保护。

电子电路：给定延时积分环节的预置值与电压反馈信号比较，进行调节器运算得出晶闸管的触发角，通过同步处理与功率放大环节控制晶闸管的触发脉冲模块，经隔离处理控制晶闸管的开通。

其中，DC600V供电系统采用了无源低阻中点接地的方式。R1、 R2 为600欧的电阻，为供电整流器空载电阻；R3为1.5K电阻100W线绕电阻2个并联，该电阻由接地保护系统配置。

2 供电系统接地建模及试验

2.1 基于MATLAB/Simulink仿真

在对机车DC600V供电系统进行接地试验前，利用仿真来研究系统功能是一种便利的方式。它不仅可以证实系统的工作原理，通过反复调整接地参数来达到系统功能，节省了开发和设计时间，充分利用了试验站的试验场地，避免了由于接地参数设计不当而造成的重复试验。

Simulink是一个在MATLAB环境下运行、用于非线性动态系统分析、用户友好的通用数字仿真程序，也可用于连续或离散的时间系统以及多级系统的分析，是目前在电力电子与电力传动中应用最普遍的仿真程序之一。虽然本质上属于MATLAB程序（Mathworks），但用户可以通过图形接口应用子系统模块建立系统。开始时，用户必须使用微分方程或代数方程来确定系统的数学模型，并用状态变量或传递函数形式将它们表示出来。在仿真中可以应用模块或功能模块库。

2.2 直流侧接地试验

在机车DC600V供电系统正常工作无接地的情况下，电压传感器13SV的半电压反馈值应在300V左右。而一旦供电系统的直流侧发生接地的情况或者电气绝缘等级下降的情况，供电系统的600V正线或者600V负线对地串入了一个电阻。

根据GB/T32587-2016《旅客列车DC600V供电系统》的规定，当Rx≤1k时，机车DC600V供电系统应该动作，将接触器断开，避免事故的进一步扩大。利用MATLAB仿真，可计算出正线或者负线接地时，此时接地电压传感器13SV的电压值。如图2正线1K接地时半电压波形图和图3负线1K接地时半电压波形图。空载和带负载时波形基本一致。仿真出的结果与理论计算、实际试验均很接近。图2、图3中，蓝色曲线表示600V全电压波形，红色曲线表示半电压波形。

2.3 交流侧接地试验

机车DC600V供电系统交流侧如果发生接地而控制系统未及时动作，将对电力机车主变压器造成较为严重的后果。因此对交流侧接地的仿真尤为重要。600V供电系统的交流侧有三个点，分别是晶闸管、二极管和电抗器，它们的接地波形均不同，空载和带负载时波形又有差别。利用MATLAB仿真可获得交流侧接地的仿真波形，如图4晶闸管接地时半电压波形图（负载）、图5二极管接地时半电压波形图（负载）、图6电抗器接地时半电压波形图（负载）。图4至图6中，蓝色曲线表示半电压波形，红色曲线表示交流侧同步信号。

做机车DC600V供电系统高压试验时，利用示波器捕捉到交流侧三个点的接地波形，基本上与MATLAB的仿真波形很接近。高压试验时，交流侧接地波形如图7晶闸管接地时半电压波形图（负载）、图8二极管接地时半电压波形图（负载）、图9电抗器接地时半电压波形图（负载）。图7至图9中，黄色曲线表示半电压波形，绿色曲线表示交流侧同步信号。

3 结论

本文提出了和谐客运电力机车DC600V供电系统的接地模型， 并利用其进行直流侧、交流侧接地的仿真试验，为后续的高压试验提供了理论基础。利用MATLAB仿真，不仅有效提高了现场高压试验的效率，而且为以后和谐客运电力机车机车DC600V供电系统的接地改进提供了诸多的便利。

参考文献

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作者简介

郑志刚（1983-），男，上海市嘉定区人。毕业于华东交通大学电力机车牵引与传动专业。大学本科学历。工程师。研究方向为电力机车牵引与传动。

作者单位

上海铁路局机务处 上海市 200070