شکل.Hemmer et al, 2004 and[ ]Tortia, 2006 پژوهشها

Transcript

1 شبکه در الپالس دیل تب روش به کوتاه اتصال جریان گذرای حالت محاسبات اتوترانسفورماتور تغذیه سیستم با AC برقی آهن راه ناریا تهران صنعت و علم دانشگاه آهن راه مهندسي دانشكده استادیار مکاتبات( صندیدزاده)مسئول علی محمد ناریا تهران صنعت و علم دانشگاه آهن راه مهندسي دانشكده ارشد كارشناسي دانشجوي سرآبادانی اصغر علی ایران تهران صنعت و علم دانشگاه آهن راه مهندسي دانشكده استادیار فرشاد سیامک 92/08/15 پذيرش: 92/01/14 دريافت: چكيده: بر عالوه شبکه یک هادیهای است. شبکه یک طراحی مراحل اجزای ترین مهم از الکتریکی های شبکه گذرای حالت و کوتاه اتصال محاسبات داشته را کوتاه اتصال جریانهای تحمل مکانیکی و نظرالکتریکی از باید قبول قابل محدوده در ولتاژ افت تأمین و شبکه نامی جریان تحمل و قطع قدرت با )... و )سوئیچگیزها تجهیزات انتخاب ضمن تا باشد مشخص کوتاه اتصال جریان تغییرات محدوده باید این بر عالوه باشند. در شود. محاسبه شبکه کوتاه اتصال جریان داکثر ح باید راستا این در کند. قطع بموقع و سریع را حفاطتی سیستم کوتاه اتصال جریان تحمل تغذیه روش با AC برقی آهن راه پارچه یک شبکه در کوتاه اتصال جریان گذرای حالت محاسبه منظور به الپالس تبدیل روش مقاله این خطوط و فاز سه شبکه )شامل باالدستی فاز سه شبکه همراه به اتوترانسفورماتور( و باالسری خطوط کشش پست )شامل اتوترانسفورماتور کوتاه اتصال جریان گذرای حالت و شده سازی مدل الپالس حوزه در AC برقی آهن راه سیستم اجزای تمامی است. شده گرفته بکار انتقال( زین عددی حل روشهای الپالس تبدیل روش بر عالوه است. شده محاسبه MATLAB/m-file افزار نرم محیط در نویسی برنامه توسط روش توسط کوتاه اتصال گذرای حالت محاسبه نتایج تأیید منظور به مقاله این در هستند. کوتاه اتصال جریان گذرای حالت محاسبه به قادر )دوش یم استفاده دی عد حل روش از افزار نرم این )در PSCAD افزار نرم در سازی شبیه نتایج با آمده دست به نتایج الپالس تبدیل نایرج گذرای حالت محاسبه منظور به الپالس حوزه در حل و سازی دل م روش مناسب دقت دهنده نشان مقایسه این است. شده مقایسه است. کوتاه اتصال گذرا حالت کوتاه اتصال جریان اتوترانسفورماتوری تغذیه روش AC برقی آهن راه كليدی: هاي واژه بهار / سوم شماره / پنجم سال / نقل و حمل مهندسی 329

2 فرشاد سیامک سرآبادانی اصغر علی صندیدزاده علی محمد است. کوتاه اتصال جریان گذرای حالت بخش محاسبه مقدمه 1. قطارهای برای که زمانی از AC برقی آهن راه مهای سیست لاح در جهان سراسر در اند گرفته قرار استفاده مورد عالسیر سری میان در (.... و زیمباوه و هند استرالیا کره ایتالیا ( هستند گسترش ساختار AC برقی آهن راه سیستم برای ممکن متنوع ساختارهای مانند دلیل دین چن به اتوترانسفورماتور تغذیه روش با 25 2 Kv هب سیستم بازدهی افزایش و موردنیاز کشش پست داد تع کاهش کتنری( و فیدر بین 50 KV )ولتاژ باال انتقال ولتاژ از استفاده سبب بر الکترومغناطیسی داخل ت و ولتاژ افت کاهش همه از تر مهم و گیرد می قرار استفاده مورد بیشتر خط مجاور تجهیزات روی )1( شکل.Hemmer et al, 2004 and[ ]Tortia, 2006 پژوهشها بیشتر ميþدهد. نشان را اتوترانسفورماتور تغذيه سيستم به مربوط کوتاه اتصال جریان محاسبات حوزه در تحقیقات و به که است بوده کوتاه اتصال جریان مانای حالت بخش محاسبه سه به را بخش این در ده ش انجام مطالعات توان می کلی طور و مطالعات به مربوط اول دسته کرد. بندی تقسیم کلی دسته شبکه از مناسب مدلی ارايه نتیجه در و کوتاه اتصال محاسبات مطالعات برای اتوترانسفورماتور تغذیه سیستم با AC برقی راهآهن و ]Battistelli et al, ]2011 مراجع مانند است. کوتاه اتصال.]Battistelli et al, 2011[ و ]Chen and Hsu,1998[ MAT- مانند: سازی شبیه نرمافزارهای از استفاده با دوم دسته برقی راهآهن شبکه در کوتاه اتصال مطالعه به PSCADو... LAB Dolecek[و]Shenoy et al, ]2004 مراجع مانند اند. پرداخته شبیه و محاسبه و مطالعه به نیز سوم and [.دسته Cerny, 2007 مثل کشورها بعضی برقی آهن راه شبکه در کوتاه اتصال سازی ]Lee,et al ]2005 مراجع مانند پردازند می و... تایوان و کره شود می ارايه مقاله این در آنچه اما.]Huang et al, ]2001 و فاز سه شبکه همراه به AC برقی آهن راه سیستم عناصر مدلسازی منظور به الپالس تبدیل از استفاده و الپالس حوزه در باالدستی اتوترانسفورماتور تغذيه سيستم 1. شکل گذرا حالت محاسبه روشهای 2. مقدمه 1-2 منظور به درت ق سیستم یک در داده رخ گذرای حالت محاسبه سیستمهای برای بخصوص سیستم از بموقع و سریع حفاظت یک که هنگامی است. اهمیت پر بسیار AC برقی آهن راه جریان دهد می رخ AC برقی آهن راه سیستم در کوتاه اتصال گذرا حالت و مانا حالت بخش دو به توان می را کوتاه اتصال اتصال جریان مانای حالت دازه ان محاسبه از کرد. دی تقسیمبن یم استفاده... و کلیدها درت ق تعیین و ها رله تنظیم برای کوتاه گذرای حالت محاسبه کاربردهای ترین مهم از یکی ولی شود. برای شاخص تعیین جهت آن از استفاده کوتاه اتصال جریان در کوتاه اتصال جریانهای از قطار اندازی راه جریان تشخیص کشش پست از دور نقاط در زيرا است کشش پست از دور نقاط است ممکن و کرده دا پی چشمگیری کاهش کوتاه اتصال جریان گیرد. قرار کوتاه اتصال جریان محدوده در قطار راهاندازی جریان دسته دو به توان می را گذرا حالت تحلیل روشهای کلی طور به کرد. بندی تقسیم "دامل" روش و الپالس دیل تب الپالس دیل تب 2-2 کی توسط میتواند گذرا حالت در درت ق سیستم یک عملکرد است تجهیزات فیزیکی دل م بیانگر که دیفرانسیل معادالت سری کرد. اعمال معادالت این به را الپالس دیل تب توان می که شود بیان شود: می بیان زیر رابطه توسط f(t( زمانی تابع یک الپالس دیل تب = F( s) f () t dt 0 e st ) 1( 330 بهار / سوم شماره / پنجم سال / نقل و حمل مهندسی

3 برقی... آهن راه شبکه در الپالس دیل تب روش به کوتاه اتصال جریان گذرای حالت محاسبات گره دو به متصل خازن یک رفتار بیانگر معادله خازن: 3- Martinez-Velasco and است], Marti آمده زیر در m و k :]2009 I () s = scv () s Cv (0) )4( است. 0=t در خازن ولتاي v )0) رابطه این در که عددی روشهای 3-2 Dom-[ "دامل") توسط که عددی روش اصول بخش این در الگوریتم ترین معروف که ) ]Dommel, ]1996 و ]mel, 1969 کند می دیل تب s متغیر با دیگری تابع به را f(t( انتگرال این مورد در بیشتر توضیحات است.برای متغیرمختلط یک s که و ]Shenan, ]2005 مراجع به توان می الپالس دیل تب کرد. مراجعه ]Poularikas, ]2000 الپالس حوزه در مدار اصلی المانهای معادلهای طی در m و k گره دو به متصل مقاومت یک رفتار مقاومت: 1- شود. می توصیف زیر معادله توسط گذرا حالت ی پدیده :]Martinez-Velasco and Marti, 2009[ گذرای حالت حل برای سازی شبیه های برنامه در ده ش استفاده این میشود. بیان است درت ق سیستم در الکترومغناطیسی V () s = V () s V () s = RI () s k m )2( m و k گره دو به متصل سلف یک رفتار زیر معادله سلف: 2- کند. می توصیف را گذرا حالت دیده پ طی در :]Martinez-Velasco and Marti, 2009[ )3( است. 0=t لحظه در سلف اولیه جریان i )0) که دست به برای که ای ذوزنقه انتگرال ترکیب اساس بر الگوریتم فشرده استفاده پارامتر مداری المانهای مقاومتی همراه معادل آوردن انتگرال محاسباتی روش با آشنایی است.برای ده ش گردید بنا Martinez-Velasco and[ مرجع به توان می ذوزنقهای کرد. مراجعه ]Marti, 2009 زمانی حوزه در مدار اساسی المانهای معادل تسا شده ارايه زیر در مدار اساسی المانهای مقاومتی همراه معادل V () s = V () s V () s = sli L k m ( s) i (0) :]Martinez-Velasco and Marti, 2009[ جبری معادله توسط مقاومت رفتار که آنجایی از مقاومت: 1- نیست. الزم ای ذوزنقه قانون گیری بکار است توصیف زیرقابل الپالس ی حوزه در سلف معادل دار م شکل 2. است. خودش مقاومت همراه معادل v () t v () t = v () t = Ri () t k m )5( قابل زیر دیفرانسیل معادله توسط سلف یک رفتار سلف: 2- است. توصیف di () t v () t v () t = v () k m t = L )6( dt خواهیم کنیم اجرا باال روابط روی را ای ذوزنقه انتگرال قانون اگر الپالس ی حوزه در خازن معادل دار م شکل 3. داشت: )7( t i () t = i ( t t) + v () t + v ( t t) 2L [ ] بهار / سوم شماره / پنجم سال / نقل و حمل مهندسی 331

4 فرشاد سیامک سرآبادانی اصغر علی صندیدزاده علی محمد داریم: کنیم حل جریان برای را معادله این اگر که )8( شناخته حافظه" دارای "بخش عنوان به راست سمت دوم ترم شود: مي داده نمایش زیر نماد با میشودکه t I ( t) = v ( t t) + i ( t t) )9( 2 L شود نوشته تواند می زیر صورت به جریان معادله بنابراین t i )10( () t = v () t + I () t 2L دارای "بخش که سلف یک نورتن همراه معادل )4( شکل میدهد. نمایش را ده ش تعریف جریان منبع صورت به آن حافظه" داریم: کنیم حل جریان برای را معادله این اگر )13( 2C 2C i () t = v () t v ( t t) + i ( t t) t t "بخش عنوان به راست سمت ترم دومین سلف برای که آنجایی از میکنیم: استفاده زیر نماد از شد می شناخته حافظه" دارای 2C I ( t) = v ( t t) + i ( t t) t )14( شود: نوشته زیر صورت به توان می را جریان معادله 2 i )15( () t = C v () t + I () t t حافظه" دارای "بخش همراه به خازن یک نورتن معادل )5( شکل دهد. می نمایش جریان منبع صورت به را t t i () t = v () t + v ( t t) + i ( t t) 2L 2L t t i () t = v () t + v ( t t) + i ( t t) 2L 2L سیستم تجهیزات دیگر سازی مدل مورد در بیشتر اطالعات برای Watson و] and ]Dommel, ]1996 مراجع به توان می درت ق کرد. مراجعه ]Arrillaga 2007 اتصال جریان گذرای حالت محاسباتی روش که آنجایی از سلف معادل دار م شکل 4. در بنابراين است الپالس تبدیل روش مقاله این در کوتاه پست )شامل AC برقی آهن راه شبکه اجزای مدلسازی به ادامه شبکه همچنین و اتوترانسفورماتور( باالسری خطوط کشش الپالس حوزه در انتقال( پست و انتقال خطوط باالدستی)شامل اتصال جریان گذرای حالت الپالس دیل تب روش با و پرداخته است. شده سازی شبیه و محاسبه کوتاه برقی آهن راه سیستم سازی مدل 3. زاف سه مدار گرفتن نظر در با کشش پست معادل مدار 1-3 اولیه هب منجر اين و ميشود تغذيه تکفاز هصورت ب برقي راهآهن بار ميشود سهفازمتقارن( درت ق )شبکه باالدستي شبکه در نامتقارني خازن معادل دار م شکل 5. است: توصیف زیرقابل دیفرانسیل معادله با خازن یک رفتار 3. d dv () t i )11( () t = C [ v () t v () t ] = C k m dt dt خواهیم کنیم اجرا باال روابط روی را ای ذوزنقه انتگرال قانون اگر داشت: t v () ( ) [ () ( )])12( t = v t t + i t + i t t 2C 332 بهار / سوم شماره / پنجم سال / نقل و حمل مهندسی

5 برقی... آهن راه شبکه در الپالس دیل تب روش به کوتاه اتصال جریان گذرای حالت محاسبات هبو نيستند دیگر يک مشابه دیگر سهفاز از ده ش ده کشي توان بنابراين سپ اند متفاوت مختلف باسهاي در سهفاز ولتاژهاي آن دنبال تکخطي هصورت ب را باالدستي شبکه خطوط توان نمي دیگر يک هر الکتريکي پارامترهاي محاسبه براي بايستي و كرد مدل.درك مدل دقيق هصورت ب اوليه سهفاز مدار اثر گرفتن درنظر با 6 6 Y bus ماتریس یک کشش پست برای مقاله این در بنابراین ل دم در تغییرات اساس بر دل م این است. ده ش گرفته نظر در است. آمده دست به ]Kulworawanichpong, ]2003 مرجع را کشش پست و گرفته درنظر را گره سه هر سهفاز خطوط از وسط سر با فاز تک ترانسفورماتور معادل دار م شکل 6. )16( الپالس حوزه در قوی فشار شبکه کوتاه اتصال امپدانس : Z 0 (s( در ثانويه و اوليه سمت پيچي سيم امپدانس : 1 Z)s( و 2 Z)s( الپالس حوزه و پيچي سيم دو از وسط تپ بين ده ش متصل امپدانس : Z( e )s الپالس حوزه در ريل ترانسفرماتور دیل تب نسبت : a الپالس حوزه در کشش پست اوليه نامي ولتاژ : V )s) O ) Z0) s( + Z1) s(( ZA) s( = Z2 ) s( + 2 a Z ) s( = Z ) s( + 4 Z ) s( B 2 e بهار / سوم شماره / پنجم سال / نقل و حمل مهندسی 333

6 فرشاد سیامک سرآبادانی اصغر علی صندیدزاده علی محمد CF باالسري شبکه خطوط مدل 2-3 هادی نوع سه برگشت فیدر و ریلها باالسری هادی مهای سی تراکشن توان که هستند 25 2 Kv ریلی سیستم یک در اصلی تماس هادی شامل باالسری هادی سیم شود. می جاری آن در متصلاند دیگر يك به یها هاد این چون که است حمال هادی و الپالس حوزه در ریل و تماس هادی متقابل ادمیتانس الپالس حوزه در وفیدر تماس هادی متقابل ادمیتانس : y ) )s الپالس حوزه در ریل ادمیتانس : y ) )s RR RF FF الپالس حوزه در فیدر و ریل متقابل ادمیتانس : y ) )s الپالس حوزه در فیدر ادمیتانس : y ) )s سازی ساده برای نويسندگان هستند. یکسانی پتانسیل دارای 1 سازی مدل هادی یک با را حمال هادی و تماس هادی مجموع اند. كرده AC برقی آهن راه سیستم مورد در که مطالعاتی اغلب در ست ا اه کوت ی سر اال ب ط طو خ ل طو چون د یشو م م ا انج میکنند. پوشي چشم خطوط خازنی اثر از ) Km )حدودا ایفا را اساسی نقش نها خاز گذراها حالت در که آنجایی از محاسبه نیز باالسری خطوط خازنی ظرفیت مقاله این در میکنند است. شده باالسری خطوط خازنی ادمیتانس ماتریس ]Martinez-Velasco and Marti, ]2009 مرجع به توجه با P پتانسیل ضرایب و هادی سه بین خازنی ظرفیت بین ارتباط است: بیان قابل زیر رابطه با ) ماکسول )ضرایب C C C P P P C21 C22 C23 = P21 P22 P23 C31 C32 C33 P31 P32 P33 )18( باالسری خطوط سلفی ادمیتانس ماتریس فاصله : خطوط برای شینه شش سلفی ادمیتانسی ماتریس محاسبه روش Kulworawanichpong,[ مرجع در فازور ی حوزه در باالسری رابطه: این در که زمین سطح تا ام i هادی : h i ام i هادی شعاع : r i روابط آن است کافی فقط که است ده ش داده توضیح 2003[ ماتریس صورت این در که شوند داده انتقال الپالس حوزه به الپالس حوزه در باالسری خطوط برای شینه شش سلفی ادمیتانس بود. خواهد )17( رابطه صورت به )17( روابط: این در که تصویر تا ام i هادی بین فاصله : d ام j هادی تا ام i هادی بین ij است. ام j هادی قابل Y = C )s) رابطه از خازنی ادمیتانس که دانیم می طرفی از الپالس حوزه در خازنی ادمیتانس ماتریس بنابراین است. محاسبه آید: می دست زيربه رابطه از Y 11 Y12 Y13 C11 C12 C13 Y Y Y = ) s( C C C Y 31 Y32 Y33 C31 C32 C33 )19( اتوترانسفورماتور معادل دار م 3-3 روشهاي و است پيچيده بسيار اتوترانسفورماتور تغذيه سيستم Chan,[ و ]SHAO, ]1988 دارد وجود آن آناليز براي متفاوتي : y ) s الپالس ) حوزه در تماس هادی ادمیتانس : y ) s( CR CC 334 بهار / سوم شماره / پنجم سال / نقل و حمل مهندسی

7 برقی... آهن راه شبکه در الپالس دیل تب روش به کوتاه اتصال جریان گذرای حالت محاسبات His و] and ]Bozkaya, و] 1987 ]Hill, 1994[ 1988 [و براساس بايستي اتوترانسفورماتورها درمدار.]Chen, 1999 لکش در ادميتانس اين ميگيرد. قرار ريل اتصال نقطهي در برقي.]Kulworawanichpong, ]2003 است شده داده نشان )8( که نحوی به شود دل م ) )7( )شکل اتوترانسفورماتورها مشخصه باشد آن ثانويه جريان نصف معادل اتوترانسفورماتور اوليه جريان. ]Kulworawanichpong, 2003[ AC برقی آهن راه شبکه در زمین و ریل بین هدایت ادمیتانس شکل 8. اتوترانسفورماتور معادل دار م شکل 7. ثانويه و اوليه سمت پيچي سيم نشتي امپدانس Z: g )s( ميشوند: محاسبه )21( معادله طبق Y 2 (s( و Y 1 )s) که طوري به 1 1 )21( به ريل دايت ه طول واحد امپدانس Z rg )s) معادالت اين در است. خود مجاور شين از قطار فاصله و زمين Y1 () s = Z Y2 () s = Z rg rg ( s). L 1 ( s). L 2 L 2 L 1 کنندگي مغناطيس امپدانس Z: m )s( ثانويه و اوليه سيمپيچی دورهای تعداد : N و N 1 2 ثانوي و اوليه مپيچی سي در القائي ولتاژهای : E 1 (s ( و E (s( 2 ماتریس ریل و فیدر و تماس هادی جریان برای روابط نوشتن با به زیر صورت به الپالس حوزه در اتوترانسفورماتور ادمیتانسی آمد: خواهد دست )20( باالدستی فاز سه سیستم سازی مدل 5-3 الپالس حوزه در فاز سه انتقال خط سازی مدل الپالس حوزه در انتقال خط درگاهی دو مدل مدل منظور به را xδ طول با انتقال خط از بخشی )9( شکل دهد. می نمایش الپالس حوزه در انتقال خط درگاهی دو سازی جریان بین رابطه انتقال خط مورد در تحلیلی مطالعه یک از پس آورده دست به رابطه فرم به الپالس حوزه در انتقال ولتاژخط و.]Nano Dot Tek (N.D.T) 2007[ است شده زمين و ريل بين هدايت ادميتانس 4-3 ر د بنابراين است دايت ه ادميتانس زمين و ريل بين ادميتانس راهآهن AC شبکه شينهاي تمام در سيستم کلي ادميتانس ماتريس xδ طول با خطی انتقال خط از بخشی شکل 9. بهار / سوم شماره / پنجم سال / نقل و حمل مهندسی 335

8 فرشاد سیامک سرآبادانی اصغر علی صندیدزاده علی محمد A B B )25( A B B I ( s) V ( s) I ( s) V ( s) 3 B B 3 = I ( s) 1 A V ( s) I ( s) B B V ( s) I ( s) V ( s) A I ( s) 1 A ( ) V s 6 B B 1 A B B Y ( s) )22( V () s cosh( γ( sl ) ) Z( s) sinh( γ( sl ) ) V () s 1 2 = I () s Y( s) sinh( γ( sl ) ) cosh( γ( sl ) ) I () s 1 2 شود انجام )22( رابطه روی بر ریاضی محاسبات سری یک اگر به )24( رابطه شود نوشته ولتاژها حسب بر جریانها رابطه و طخ درگاهی دو ماتریس Y(s( رابطه این در که آمد خواهد دست است. انتقال کنیم: فرض اگر )23( صورت: این در که انتقال پست معادل دار م )11( شکل با مطابق نهايت بي شبکه بهعنوان انتقال پست منبع يک با يا )الف( سری دانس امپ و ولتاژ منبع يک با بايستي تسپ ادميتانسي مدل شود. مدل )ب( موازی ادميتانس و جريان cosh( γ ( sl ) ) = A Z( s) sinh( γ ( sl ) ) = B Y( s) sinh( γ ( sl ) ) = C متقارن فاز سه انتقال خط درگاهی شش مدل رظن در شبکه ادميتانس ماتريس در )26( معادله صورت به انتقال.]Kulworawanichpong, ميشود] 2003 گرفته Y = I short circuit V AC )26( I short- و انتقال پست فشارقوي شين فاز ولتاژ V AC رابطه اين در است. شبکه کوتاه اتصال جريان circuit A 1 () () )24( I s 1 B B V s 1 = I () s () 2 1 A V s 2 B B Y( s) باشد نیز ترنسپوز و بوده متقارن فاز سه انتقال خط اینکه فرض با طول در انتقال خطوط بین خازنی ظرفیت و سلفی اثر از میتوان سه انتقال خط درگاهی شش مدل بنابراین کرد. پوشي چشم خط هب )10( شکل در ده ش داده نشان های شین شماره به توجه با فاز است. )25( ی معادله صورت متقارن فاز سه انتقال خط دیاگرام بلوک شکل 10. نورتون معادل دار م : ب( تونن معادل دار م : الف( انتقال پست معادل دار م شکل 11. ادمیتانس ماتریس تشکیل نحوه 4. قطار و کشش پست زيادی تعداد شامل برقي آهن راه AC شبکه صورت به شبکه اجزاي تمامي شد اشاره که همانطور است. هب شبکه سراسر ادميتانس ماتريس بنابراين شدند. مدل ادميتانسي توانند مي سيستم اجزاي از يک هر شود. مي محاسبه زير ترتيب کي يا شين دو بين متصل سري ادميتانس صورت دو از يکي به 336 بهار / سوم شماره / پنجم سال / نقل و حمل مهندسی

9 برقی... آهن راه شبکه در الپالس دیل تب روش به کوتاه اتصال جریان گذرای حالت محاسبات باشند. زمين به موازي ادميتانس غيرقطري و قطري عناصر شبکه شين دو عنوان به I, j فرض با محاسبه زير صورت به معادالت) 27 ( از شبکه ادميتانس ماتريس شوند: مي )27( ماتريس بنابراين است. شبکه شينهای کل داد تع NB اينجا در به متصل موازي يا سري اجزاي از اي مجموعه وسيله به ادميتانس شود. مي ساخته سيستم گذرای حالت آوردن دست به برای گره تحلیل 5.روش الپالس دیل تب روش از استفاده با کوتاه اتصال جریان در AC برقی آهن راه سیستم اجزای تمامی سازی مدل از پس توان می سیستم کل Y bus ماتریس تشکیل و الپالس ی حوزه نوشت: را زیر ماتریسی معادله )28( گره ادمیتانس ماتریس عناصر تمامی )28( معادله ماتریس سه از ماتریسها ابعاد است. معلوم کامال ( ]Y[ الپالس) حوزه در شبکه مجموع برابر n که است 1 V] n و Y] n n [ و I] n [ 1 صورت به به متصل گرههای ولتاژ است. شبکه کل بار( )باس گرههای داد تع kv با متقارن فاز سه ( هستند معلوم باالدستی شبکه انتقال پست گرفتهایم نظر در ) v short circuit ( برابر را ]V[ ماتریس در گره دو ]I[ ماتریس در شود نمی وارد گرهها دیگر به جریانی چون و جریانهای از کردن صرفنظر )با صفر مساوی را ها گره بقیه جریان ]V[ ماتریس در ها گره بقیه ولتاژ همچنین و داده قرار ) بار )28( ماتریسی معادله در ترتیب این به اند. ده ش فرض مجهول n دارای شبکه در گره دو بین داده رخ کوتاه اتصال هر برای مجهول n و معادله n این حل با که هستیم مجهول n و معادله و کوتاه اتصال جریانهای معادله به میتوانیم الپالس حوزه در دست اند ده ش کوتاه اتصال دچار که گرههایی ولتاژ همچنین حوزه در )28( معادالت جواب آوردن دست به از پس یابیم. الپالس تبدیل عکس نظر مورد ولتاژهای و جریانها از الپالس زمانی حوزه در نظر مورد ولتاژهای و جریانها معادله تا گیریم می شود. مشخص سازی شبیه نتایج 6. شبکه یک برای سازی شبیه نتایج صحت بررسی منظور به یک )شامل اتوترانسفورماتور تغذیه روش با AC برقی راهآهن شبکه به متصل ) اتوترانسفورماتور دو وسط سر ترانسفورماتور مطالعاتی کوچک 230( Kv شین و انتقال خط )شامل باالدستی محیط در سازی شبیه نتایج با الپالس حوزه در سازی شبیه نتایج است. شده مقایسه PSCAD Y ij [ Y ] ii = Y = NB ij Y ih h= 1 [ I] = [ Y][ V] شده گرفته نظر در مجهول گرهها این جریان و ) V rms L-L =230 کوتاه اتصال حالت در چون مدار گرهي تحلیل مطابق و است اتصال جریان ریل به تماس هادی اتصال مثال گره دو در داده رخ شود. می وارد ریل گره به و ده ش خارج تماس هادی گره از کوتاه در تماس هادی گره به مربوط جریان ]I[ ماتریس در بنابراین در ریل گره به مربوط جریان و ) i short circuit ( نظر مورد بار باس این ولتاژ و گرفته نظر در ( - i ( را نظر مورد بار باس short circuit مطالعاتی ی نمونه برقی آهن راه شبکه شکل 12. بهار / سوم شماره / پنجم سال / نقل و حمل مهندسی 337

10 فرشاد سیامک سرآبادانی اصغر علی صندیدزاده علی محمد ]Kulworawanichpong, ]2003 برقی آهن راه شبکه ورودی پارامترهای جدول 1. kv j Ω/Km e -9 F/Km Kv 27.5 انتقال شبکه ولتاژ انتقال پستهاي تعداد انتقال خطوط امپدانس انتقال خط خازنی ظرفیت AC برقي آهن راه شبکه Ω 2j/3+023/0=Z A Ω Z B =012/0+21/1j MVA 5/8 10 Ω Km Ω j 5/3 Km20 0 Km 1 و j./0997+./1564 kω 4/101+1/297j 2 Km و 20Kmو 10 کشش ترانسفورماتورپست امپدانس کشش پست ترانسفورماتور ظرفيت زمين به دايت ه امپدانس نهايت بي شين امپدانس مسير طول کشش هاي پست موقعيت و داد تع اتوترانسفورماتور نشتي دانس امپ اتوترانسفورماتور دگي کنن مغناطيس امپدانس اتوترانسفورماتور موقيت و داد تع C R F C 1/18 0/0271 0/ 212 C R 0/0271 2/ 35 0/0149 e F 0/ 212 0/0149 0/ = باالسری شبکه های هادی الکتریکی پارامترهای 1-6 با: است برابر C و L و R الکتریکی پارامترهای C R F C 0/ / / R= R 0/ / / F 0/ / / تماس هادی کوتاه اتصال نوع سه هر برای را کوتاه اتصال جریان زا 20 Km فاصله در ریل به تماس هادی و ریل به فیدر ریل به محیط در )12( شکل مطالعاتی نمونه شبکه برای کشش پست الپالس حوزه در سازی شبیه نتایج با و ده ش سازی شبیه PSCAD است. شده مقایسه C R F C 0/ / / )29( L= R 0/ / / F 0/ / / بهار / سوم شماره / پنجم سال / نقل و حمل مهندسی

11 محاسبات حالت گذرای جریان اتصال کوتاه به روش تبد یل الپالس د ر شبکه راه آهن برقی... شکل.13 بيشينه جریان اتصال کوتاه عبوری از هاد ی تماس د راتصال کوتاه بین هاد ی تماس و ریل د ر فاصله 20 Km از پست کشش شبیه سازی شد ه د ر نرم افزار PSCAD شکل.14 بيشينه جریان اتصال کوتاه عبوری از هاد ی تماس د ر اتصال کوتاه بین هاد ی تماس و ریل د رفاصله 20 Km از پست کشش شبیه سازی شد ه توسط برنامه ی نوشته شد ه د ر محیط MATLAB/m-file بر اساس روش تبد یل الپالس شکل.15 بيشينه جریان اتصال کوتاه عبوری از فید ر د ر اتصال کوتاه بین فید ر و ریل د رفاصله ی 20 Km از پست کشش شبیه سازی شد ه د ر نرم افزار PSCAD شکل.16 بيشينه جریان اتصال کوتاه عبوری از فید ر د ر اتصال کوتاه بین فید ر و ریل د ر فاصله 20 Km از پست کشش توسط برنامه نوشته شد ه د ر محیط MATLAB/m-file بر اساس تبد یل الپالس 339 مهندسی حمل و نقل / سال پنجم / شماره سوم / بهار

12 فرشاد سیامک سرآبادانی اصغر علی صندیدزاده علی محمد ششک پست از 20 Km فاصله در فیدر و تماس هادی بین کوتاه اتصال در تماس هادی از عبوری کوتاه اتصال جریان بيشينه شکل 17. PSCAD افزار نرم در شده سازی شبیه برنامه توسط کشش پست از 20 Km فاصله در فیدر و تماس هادی بین کوتاه اتصال در تماس هادی از عبوری کوتاه اتصال جریان بيشينه شکل 18. الپالس دیل تب اساس بر MATLAB/m-file محیط در شده نوشته MATLAB/m-file محیط در شده نوشته برنامه و PSCAD محیط در کشش پست از Km20 فاصله در کوتاه اتصال جریان سازی شبیه نتایج جدول 2. افزار نرم کوتاه اتصال نوع مانا حالت ماکزیمم گذرا حالت ماکزیمم A 8230 A PSCAD ریل به تماس هادی A 8470 A الپالس ی حوزه در سازی شبیه نتایج A 8065 A PSCAD ریل به در فی A A8310 الپالس ی حوزه در سازی شبیه نتایج 5640 A 4300 A PSCAD فیدر به تماس هادی 5700 A A4450 الپالس ی حوزه در سازی شبیه نتایج اختالف که شویم می متوجه )2( جدول اطالعات به توجه با و PSCAD محیط در سازی شبیه نتایج برای جریان بيشينه اندازه بيشينه اختالف و درصد 2 حدود الپالس حوزه در سازی شبیه جریانها دازه ان اختالف این است. درصد 1 از کمتر گذرا حالت حالت حل روش اینکه اول باشد: علت دو از ناشی تواند می حل روش اساس بر )PSCAD )مثل افزارها نرم اکثر در گذرا رب MATLAB در ده ش نوشته برنامه که صورتی در است عددی مو د دلیل است. الپالس حوزه در مدار حل و سازی مدل اساس وجود اجزا سازی دل م میان که کوچکی تفاوت اساس بر یتواند م ترانسفورماتور سازی دل م در مثال طور به که چرا باشد دارد 340 بهار / سوم شماره / پنجم سال / نقل و حمل مهندسی

13 برقی... آهن راه شبکه در الپالس دیل تب روش به کوتاه اتصال جریان گذرای حالت محاسبات دارای است ده ش گرفته نظر در مقاله این در که مدلی وسط سر افزار نرم در که صورتی در است نهایت بی مغناطیسی دانس امپ نيست. گونه اين به PSCAD تقریبا ریل به فیدر کوتاه اتصال در در فی از عبوری نمودارجریان هادی کوتاه اتصال در تماس هادی عبوری جریان نمودار قرینه کرد: ذکر توان می امر این برای دلیل دو که است ریل به تماس برابر ریل و فیدر با ریل و تماس هادی بین ولتاژ اختالف آنکه اول اختالف درجه 180 تماس هادی به نسبت فیدر ولتاژ ولی است باالسری خطوط C و L و R ماتریسهای به اگر آنکه دوم دارد. فاز پارامترهای زیادی بسیار دود ح تا که شویم می متوجه کنیم توجه ریل و فیدر با ریل و تماس هادی مسیر در قرارگرفته الکتریکی است. ریل به تماس هادی به نسبت در فی و کوتاه اتصال نوع 3 هر جریانهای های دازه ان بین بهتر مقایسه برای شامل شکل) 19 ( ( تری گسترده مطالعاتی نمونه شبکه ادامه در در اتوترانسفورماتور( ده و کشش پست سه و 230 Kv شین دو ( مسیر 4 هر برای کوتاه اتصال نوع سه هر است. شده گرفته نظر تا دوم کشش پست داساز : ج پست اولین تا اول کشش پست 1: جداساز پست دومین تا دوم کشش پست 3: جداساز پست اولین شبکه این روی بر ) جداساز پست دومین تا سوم کشش پست 4: و مانا حالت در کوتاه اتصال جریان اندازه و است ده ش انجام )3( جدول در اطالعات این که است ده ش محاسبه گذرا حالت است. شده آورده برای نیز شبکه الکتریکی اجزای بقیه همچنین و هستند مشابه پارامترهای دارای ریل به فیدر و ریل به تماس هادی کوتاه اتصال هستند. یکسان الکتریکی تقریبا ریل به فیدر کوتاه اتصال در در فی از عبوری جریان نمودار هادی کوتاه اتصال در تماس هادی عبوری جریان نمودار قرینه کرد ذکر توان می امر این برای دلیل دو که است ریل به تماس ریل و فیدر با ریل و تماس هادی بین ولتاژ اختالف آنکه اول درجه 180 تماس هادی به نسبت فیدر ولتاژ ولی است برابر خطوط C و L و R ماتریسهای به اگر آنکه دوم دارد. فاز اختالف زیادی بسیار حدود تا که شویم می متوجه کنیم توجه باالسری فیدر با وریل تماس مسیرهادی در قرارگرفته الکتریکی پارامترهای برای نیز شبکه الکتریکی اجزای بقیه همچنین و اند مشابه ریل و پارامترهای دارای ریل به فیدر و ریل به تماس هادی کوتاه اتصال هستند. یکسان الکتریکی متوجه )18( و )14( شکل دو مقایسه به توجه با که نکاتی دیگر از به تماس هادی کوتاه اتصال جریان که است مطلب این شویم می است ریل به تماس هادی کوتاه اتصال جریان نصف تقریبا در فی تماس هادی بین ولتاژ اختالف بودن برابر دو از ناشی امر این که مطالعه مورد ی نمونه برقی آهن راه شبکه شکل 19. یا میله نمودارهای )3( جدول های داده بهتر آنالیز و درک برای نوع سه هر برای گذرا حالت و مانا حالت بيشينه های اندازه برای کوتاه اتصال محل فاصله حسب بر مسیر 4 هر برای کوتاه اتصال در است. ده ش رسم )23( تا )20( های شکل در کشش پست از ریل به تماس هادی کوتاه اتصال مخفف " ه.ر " نمودارها این مخفف " ه.ف و" ریل به فیدر کوتاه اتصال مخفف " "ف.ر و است. فیدر به تماس هادی کوتاه اتصال بهار / سوم شماره / پنجم سال / نقل و حمل مهندسی 341

14 فرشاد سیامک سرآبادانی اصغر علی صندیدزاده علی محمد 2 مسیر برای کوتاه اتصال جریانهای گذرای و مانا حالت دازه ان شکل مسیر برای کوتاه اتصال جریانهای گذرای و مانا حالت دازه ان شکل مسیر برای کوتاه اتصال جریانهای گذرای و مانا حالت اندازه شکل مسیر برای کوتاه اتصال های جریان گذرای و مانا حالت اندازه شکل 22. کوتاه اتصال امپدانس 7. کوتاه اتصال امپدانس محاسبه به مقاله این از بخش آخرین در شود. مي پرداخته )19( شکل مسیر 4 برای ریل به تماس هادی دست به )30( رابطه از خطا امپدانس دانیم می که طور همان آید: می )30( اتصال جریان I sh باز مدار ولتاژ E رابطه این در که ریل به اس تم ی د ا ه اه کوت ل ا ص ات در این ابر ن ب. ست ا اه کوت توان می مسیر 4 برای ریل به تماس هادی کوتاه )4((. جدول کرد) محاسبه را 3 و 1 مسیرهای برای کوتاه اتصال امپدانس شکل و 2 مسیرهای برای کوتاه اتصال دانس امپ شکل و 2 مسیر دو برای و )24( شکل در 3 و 1 مسیر دو برای )24( نمودارهای از که طور همان است. ده ش رسم )25( شکل در Z q پیداست )25( و یابد. می افزایش کشش پست Z q Z q از کوتاه اتصال محل ی فاصله افزایش با Z q E = I Sh اتصال جریان های دازه ان به توجه با است. =E Kv 342 بهار / سوم شماره / پنجم سال / نقل و حمل مهندسی

15 برقی... آهن راه شبکه در الپالس دیل تب روش به کوتاه اتصال جریان گذرای حالت محاسبات مطالعاتی نمونه ی شبکه در کوتاه اتصال جریانهای دازه ان جدول 3. کوتاه اتصال نوع کوتاه اتصال موقعیت مانا حالت ماکزیمم مانا حالت مینیمم گذرا ماکزیمحالت 18050A 10850A 7450A 15100A 8900A 15100A 9520A 6400A 18000A 10460A 17850A 10720A 7370A 14900A 8770A 14900A 9400A 6300A 17800A 10350A A 8560-A 6000-A A 8330-A A 8810-A 6050-A A 8310-A A 8470-A 5935-A A 8250-A A 8710-A 5950-A A 8220-A A 8560A 6000A 13855A 8330A 13860A 8810A 6050A 13710A 8310A 13570A 8470A 5935A 13710A 8250A 13710A 8710A 5950A 13570A 8220A عبوری جریان تماس هادی از کوتاه اتصال در به تماس هادی ریل از عبوری جریان اتصال در فیدر فیدر بین کوتاه ریل و اول کشش پست از 10 Km اول کشش پست از 20 Km اول کشش پست از 30 Km دوم کشش پست چپ ازسمت 10 Km دوم کشش پست چپ ازسمت 20 Km دوم کشش پست راست ازسمت 10 Km دوم کشش پست راست سمت از 20 Km دوم کشش پست راست سمت از 30 Km سوم کشش پست از 10 Km سوم کشش پست از 20 Km اول کشش پست از 10 Km اول کشش پست از 20 Km اول کشش پست از 30 Km دوم کشش پست چپ ازسمت 10 Km دوم کشش پست چپ ازسمت 20 Km دوم کشش پست راست ازسمت 10 Km دوم کشش پست راست سمت از 20 Km دوم کشش پست راست سمت از 30 Km سوم کشش پست از 10 Km سوم کشش پست از 20 Km 9570A 5720A 3800A 8070A 4520A 8070A 5170A 3250A 9530A 5400A 7205-A 4520-A 3035-A 7425-A 4230-A 7425-A 4795-A 3050-A 7190-A 4225-A 7205A 4520A 3035A 7425A 4230A 7425A 4795A 3050A 7190A 4225A عبوری جریان تماس هادی از کوتاه اتصال در تماس هادی بین فیدر و اول کشش پست از 10 Km اول کشش پست از 20 Km اول کشش پست از 30 Km دوم کشش پست چپ ازسمت 10 Km دوم کشش پست چپ ازسمت 20 Km دوم کشش پست راست ازسمت 10 Km دوم کشش پست راست سمت از 20 Km دوم کشش پست راست سمت از 30 Km سوم کشش پست از 10 Km سوم کشش پست از 20 Km رت بزرگ دیگر کوتاه اتصال نوع دو از ریل به تماس هادی کوتاه اتصال جریان اندازه که شویم می متوجه )23( تا )20( های شکل به توجه با.تسا دامنه ترین کوچک دارای فیدر به تماس هادی کوتاه اتصال جریان اندازه و است بهار / سوم شماره / پنجم سال / نقل و حمل مهندسی 343

16 فرشاد سیامک سرآبادانی اصغر علی صندیدزاده علی محمد 4 تا 1 مسیرهای برای خطا امپدانس جدول Km 25 Km 20 Km 15 Km 10 Km 5 Km 0 Km مسیر نوع کشش پست از فاصله 6000 A A A A A A A 1.35 مسیر 1 کوتاه اتصال جریان ماکزیمم ی اندازه ) اهم ( Z q A A A A A 1.35 مسیر 2 کوتاه اتصال جریان ماکزیمم ی اندازه ) اهم ( Z q 6050 A A A A A A A 1.35 کوتاه اتصال جریان ماکزیمم ی اندازه ) اهم ( Z q 3 مسیر A A A A A A A 1.35 مسیر 4 کوتاه اتصال جریان ماکزیمم ی اندازه ) اهم ( Z q گیری نتیجه 8. محاسبات منظور به الپالس دیل تب روش از مقاله این در AC برقی آهن راه سیستم برای کوتاه اتصال جریان حالتگذرای که سیستمی است. ده ش استفاده اتوترانسفورماتور تغذیه روش با آهن راه سیستم یک است گرفته قرار مطالعه مورد مقاله این در تمامی که است فاز سه باالدستی شبکه به متصل AC برقی ماتریس و ده ش سازی مدل الپالس حوزه در سیستم این عناصر اعمال با و است ده آم دست به الپالس حوزه در شبکه کل Y bus نمودارهای ]I]=[Y][V[ ماتریسی معادله برای کوتاه اتصال شرایط افزار نرم محیط در نویسی برنامه توسط کوتاه اتصال جریانهای دست به مطالعاتی شبکه مختلف نقاط در MATLAB/m-file الپالس تبدیل روش از کوتاه اتصال جریانهای مقایسه است. ده آم PSCAD افزار نرم در شده سازی شبیه کوتاه اتصال جریانهای با ار الپالس( دیل )تب مقاله این در ده ش ارايه روش مناسب دقت متوجه کوتاه اتصال جریانهای تحلیل و مطالعه از میکند. تایید بزرگ دارای ریل به تماس هادی کوتاه اتصال جریان که یشویم م طوری به است کوتاه اتصال های جریان دیگر بین در دامنه ترین هادی کوتاه اتصال جریان برابر دو تقریبا جریان این دازه ان که کوتاه اتصال جریانهای مقایسه با همچنین است. در فی به تماس اب که شویم می متوجه کشش پست از مختلف فواصل در داده رخ یافته افزایش کوتاه اتصال دانس امپ کشش پست از فاصله افزایش یابد. می کاهش کوتاه اتصال جریان و مراجع 9. - Battistelli,L., Proto, D. and Pagano, M. (2011) 2 25-Kv 50 Hz High-traction power system: Shortcircuit modeling. IEEE Trans.Power Del., Vol Battistelli, L., Proto, D. and Pagano, M. (2008) Short circuit modeling and simulation of 2 25-Kv high speed railways. IEEE Second Asia International Conference on Modeling and Simulation. - Bozkaya, H.(1987) A comparative assessment of 50 kv auto-transformer and 25 kv booster transformer railway electrification systems, MPHIL Thesis, University of Birmingham, UK. - Cella, R., Giangaspero,G., Mariscotti, A., Montepagano, A., Pozzobon, I., Ruscelli, M. and Vanti, M. (2006) Measurements of AT electric railway system currents at power supply frequency and validation of a multiconductor transmission line model, IEEE 344 بهار / سوم شماره / پنجم سال / نقل و حمل مهندسی

17 محاسبات حالت گذرای جریان اتصال کوتاه به روش تب دیل الپالس در شبکه راه آهن برقی... - His, P. H., Chen, S. L. and Li, R. J.(1999) Simulating on-line dynamic voltage of multiple trains under real operation conditions for Ac railways, IEEE Transaction on Power Systems, Vol. 14, No Huang, S., Kuo,Y., Chen, B., Lu, K.and Huang, M. ( 2001) A short circuit current study for the power supply system of Taiwan railway. IEEE Trans. On Power Del., Vol. 16, No. 4. Trans. Power Del.,vol. 21, no. 3, pp Chan, W.S. (1988) Whole system simulator for AC traction, PhD dissertation, University of Birmingham, UK. - Chen,T. and Hsu,Y.(1998) Systematized shortcircuit analysis of a 2 25-Kv electric TractionNetwork. Electric Power System Research, Vol Kulworawanichpong,T.(2003) Optimizing AC electric railway power flows with power electronic control, PhD dissertation, University of Birmingham. - Courtois,C.(1993) Why the 2 25 kv alternative? [autotransformer tractionsupply], Inst. Elect. Eng. Colloq. 50 kv Autotransformer Traction Supply Systems-the French Experience, pp. 1/1 1/4, Nov Lee, H., Kima, G., Oha, S., Jang, G. and Kwon, S. (2005) Fault analysis of Korean AC electric railway system, Electric Power Systems Research. - Dolecek, R., Cerny,O.(2007) Short-Circuit Simulation at 25 Kv, 50 Hz Contact Line System. Proceedings: ICREPQ Martinez-Velasco, J. A. and Marti, J. R. (2009) Electromagnetic transients analysis ebook. - Nano Dot Tek (N.D.T) Report ( 2007) The Laplace transform approach to linear transmission line analysis. - Shenan, A. L.(2005) Transient analysis of electric power circuits handbook. - Shao, Z. (1988) Auto-transformer power supply system for electric railways, PhD disertation, University of Birmingham, UK,. - Dommel, H.W. (1969) Digital computer solution of electromagnetic transients in single- and multiphasenetworks, IEEE Trans. on Power Apparatus and Systems, 88(2), pp Dommel, H. W. (1996) EMTP Theory Book, 2nd Edition, Microtran Power System Analysis Corporation,Vancouver, BC, Canada. - Hemmer, B., Mariscotti, A. and Wuergler, D. (2004) Recommendations for calculation of the total disturbing return current from electric traction vehicles, IEEE Trans. Power Del., vol. 19, no. 3, pp Shenoy, U., Sheshadri, K., Parthasarathy, K., Khincha, H. and Thukaram, D.(2004) Matlab/PSB based modeling and simulation of 25 Kv AC railway traction system- A particular reference to loading and - Hill, R. J.(1994) Electric railway traction Part 3 traction power supplies, Power Engineering Journal, pp مهندسی حمل و نقل / سال پنجم / شماره سوم / بهار

18 محمد علی صندیدزاده علی اصغر سرآبادانی سیامک فرشاد fault conditions, IEEE Region 10 Conference,. - Tortia, A. M. L. (2006) Turin-Milan high-speed railway-line, 2 25 kv 50 Hz AC electrified EMC problems in earthing of exposed conductive parts, in Proc. SPEEDAM Int. Conf., Taormina, Italy, pp Watson, N., Arrillaga J.(2007), Power Systems ElectromagneticTransients Simulation ebook. 2 nd Edition. 346 مهندسی حمل و نقل / سال پنجم / شماره سوم / بهار