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电气化铁路无功补偿装置的过电压分析与保护

作　者: 焦剑扬
导　师: 刘明光
学　校: 北京交通大学
专　业: 电工理论与新技术
关键词: 电气化铁道无功功率并联电容补偿过电压电磁暂态过程
分类号: TM761.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

电气化铁路牵引变电所的供电对象是电力机车，由于电力机车是单相脉冲负荷，产生的负序谐波较大，会导致牵引供电网络的功率因数降低并给电力系统带来影响。提高牵引变电所功率因数的方法有很多种，我国普遍采用的方法是在牵引变电所低压侧安装固定并联电容补偿装置，并且大都采用真空断路器来进行投切操作。由于真空断路器具有超强的灭弧能力和高频熄弧能力，在牵引变电所利用真空断路器投切并联电容补偿装置的过程中，曾多次发生烧毁电容器和电抗器的事故，严重地影响到电气化铁道的安全运营，因此迫切需要对电气化铁道并联补偿装置投切暂态过程的过电压进行研究。本文首先介绍了电气化铁道无功功率的现状，并联电容补偿的原理、作用、方案和主接线以及国内无功补偿方式的应用及研究现状。然后对电气化铁道并联无功补偿装置投切的过渡过程进行了理论分析和计算，得出了并联补偿装置投切过渡过程期间电容器和电抗器上的电压及回路电流的数学表达式。根据牵引变电所并联补偿装置的实际参数，对投切过渡过程期间电容器和电抗器上的电压及回路电流进行了工程计算，并对计算结果进行了分析。其次，本文对ATP软件的功能进行了简单地介绍，说明了在ATP中并联补偿装置投切暂态过程仿真模型的搭建方法。利用ATP对并联补偿装置投切过渡过程期间电容器和电抗器上的电压及回路电流进行了电磁暂态仿真，得到了暂态仿真波形，并对波形进行了分析，验证了第三章中关于电气化铁路并联无功补偿装置投切过渡过程的理论分析和计算是正确的。最后，本文提出了几项减小并联补偿装置投切过渡过程期间过电压和过电流的措施，包括断路器的选择、RC保护装置、MOA保护方式和选相投切控制策略，首先对这四种保护措施的原理进行了简单地介绍，然后重点对RC保护装置和MOA保护方式的保护效果利用ATP进行了建模和仿真，最后得出了两种保护方式均能有效地保护并联补偿装置，且MOA的保护效果优于RC保护装置的结论。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-12
1 绪论  12-16
  1.1 电气化铁道无功功率概述  12-13
    1.1.1 功率因数低的不良影响  12
    1.1.2 功率因数标准  12-13
    1.1.3 提高牵引负荷功率因数的措施  13
  1.2 电气化铁路无功补偿装置投切过电压及研究现状  13-14
  1.3 本文研究内容  14-15
  1.4 本章小结  15-16
2 无功补偿方式  16-28
  2.1 并联电容补偿的作用和原理  16-18
  2.2 并联电容补偿方案  18-21
  2.3 并联电容补偿装置主接线  21-22
  2.4 国内无功补偿方案应用及研究现状  22-26
    2.4.1 可控饱和电抗器方案  22-23
    2.4.2 晶闸管投切电容器(TSC)方案  23-24
    2.4.3 固定滤波器+晶闸管调节电抗器方案  24
    2.4.4 静止无功功率发生器(SVG)方案  24-25
    2.4.5 串联可调变比变压器的无功补偿方案  25-26
  2.5 本章小结  26-28
3 电气化铁路并联补偿装置投切过渡过程的分析与计算  28-46
  3.1 并联补偿装置投入时过渡过程的分析与计算  28-39
    3.1.1 并联补偿装置投入时过渡过程的理论分析  28-29
    3.1.2 并联补偿装置投入时过渡过程的数学分析  29-39
  3.2 并联补偿装置切除时过渡过程的分析与计算  39-45
    3.2.1 并联补偿装置切除时过渡过程的理论分析  39-40
    3.2.2 并联补偿装置切除时过渡过程的数学分析  40-45
  3.3 本章小结  45-46
4 工程计算  46-84
  4.1 有关参数计算  46-48
  4.2 合闸过电压计算  48-71
  4.3 分闸过电压计算  71-81
  4.4 计算结果分析  81-83
    4.4.1 合闸过电压计算结果分析  81-82
    4.4.2 分闸过电压计算结果分析  82-83
  4.5 本章小结  83-84
5 电磁暂态过程仿真  84-111
  5.1 电磁暂态程序(ATP)  84-85
  5.2 合闸暂态过程仿真  85-101
  5.3 分闸暂态过程仿真  101-110
    5.3.1 断路器分闸重燃模型  101-103
    5.3.2 分闸暂态过程仿真  103-110
  5.4 本章小结  110-111
6 电气化铁路并联补偿装置过电压保护措施的研究  111-134
  6.1 选择合适的断路器  111-112
  6.2 RC保护装置的研究  112-122
    6.2.1 RC装置的原理及其参数的选择  112-114
    6.2.2 RC装置的保护效果  114-122
      6.2.2.1 并联补偿装置投入时RC装置的保护效果  114-118
      6.2.2.2 切除并联补偿装置时RC装置的保护效果  118-122
    6.2.3 结论  122
  6.3 MOA保护的研究  122-131
    6.3.1 MOA模型及参数简介  122-123
    6.3.2 MOA保护方式接线  123-124
    6.3.3 MOA保护方式的保护效果  124-131
      6.3.3.1 并联补偿装置投入时MOA的保护效果  125-129
      6.3.3.2 切除并联补偿装置时MOA的保护效果  129-131
    6.3.4 结论  131
  6.4 选相投切控制策略  131-133
  6.5 本章小结  133-134
7 结论  134-138
  1.通过对上述内容的深入研究,本文得出的结论如下  134-136
  2.课题展望  136-138
参考文献  138-140
作者简介  140-144
学位论文数据集  144

电气化铁路无功补偿装置的过电压分析与保护

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