直流自耦变压器（DCAT）牵引供电系统凭借良好的轨道电位和杂散电流治理能力，在城市轨道交通领域具有广泛应用前景。然而当直流牵引供电网络发生短路或直流自耦变压器自身故障时，传统直流自耦变压器由于缺乏故障保护能力，其直流支撑电容和谐振电容可通过故障处放电，进而导致直流自耦变压器器件损坏和故障扩散等。

为此，北京交通大学电气工程学院的研究人员王淼、杨晓峰、李世翔、倪梦涵、郑琼林，在2022年第4期《电工技术学报》上撰文，提出了一种故障保护型直流自耦变压器（FP-DCAT），在分析其工作原理基础上，研究了故障保护型直流自耦变压器系统的故障机理，并提出相应的故障保护方案。故障保护型直流自耦变压器故障保护后系统仍可正常运行，但轨道电位和杂散电流却可能因故障切除而增大，因此他们还研究了故障保护对系统轨道电位和杂散电流的影响。

表：轨道电位和杂散电流的仿真和理论数

研究结果表明：

1）故障保护型直流自耦变压器能够有效地实现故障保护，避免故障扩散，防止其他器件因故障而损坏。

2）当直流牵引供电网络发生接地短路故障，全部设备均断开与直流牵引供电网络之间的电气连接，确保自身安全。

3）当故障保护型直流自耦变压器中的开关管发生短路故障，故障设备断开与直流牵引供电网络之间的电气连接，系统仍可正常运行，但此时轨道电位和杂散电流治理效果降低。

4）当故障保护型直流自耦变压器中的开关管发生开路故障，无需断开故障设备与直流牵引供电网络之间的电气连接，系统仍可正常运行，仅故障设备能量双向流动变为能量单向流动，且此时轨道电位和杂散电流治理效果优于将该故障设备移除出系统。

本文编自2022年第4期《电工技术学报》，论文标题为“城市轨道交通直流自耦变压器牵引供电系统故障保护研究”，作者为王淼、杨晓峰 等。