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城市轨道直流馈线保护新原理研究

作　者: 曹雅怀
导　师: 郑涛
学　校: 华北电力大学（北京）
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 直流馈线故障检测行波小波变换功率平衡保护算法
分类号: TM773
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 107次
引　用: 2次
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内容摘要

城市轨道交通以其快速、安全、准时及载客容量大等特点而成为解决大中城市交通拥堵的首选方案。城市轨道交通的直流牵引供电系统的电气保护能否及时检测异常、排除故障,是是关系到地铁运营安全、人命关天的大事。分析城市轨道供电系统各种保护的原理可知两个主保护(过流保护和电流变化量保护)存在不足：馈线远端故障的短路电流相对较小,数值上很难与牵引负荷电流区分开,按躲过最大负荷电流整定的过流保护不能识别；暂态特征易与多个机车同时启动时混淆,致使电流变化量保护(电流增量保护和电流变化率保护)不能识别故障。当远端发生经过渡电阻故障时,电流幅值和暂态特征更难以被保护识别。探索更理想的保护算法是目前国内直流馈线保护急需解决的一个问题,具有重要的理论和实际意义。本文根据直流馈线供电系统特性提出了两种新的算法：基于小波分析的直流馈线行波算法；基于功率平衡的直流馈线算法。两种算法原理如下：前者将不受过渡电阻和线路远近影响的行波信息作为保护判据运用于直流馈线保护中；应用小波变换理论处理行波数据。根据电压电流波头极性区分区内外故障；根据机车启动与接地故障的行波不同特性区分两者。该保护是根据城市轨道交通直流馈线负荷特点和行波特征建立,结合了故障瞬态行波信号,具有整定简单,运行可靠。后者针对城市轨道运行特点,把整条馈电线路功率平衡原理作为保护判据信息运用于其直流馈线保护中。根据馈电线路中负荷的特殊性,提出适用于该保护系统的数据传输方案。通过分析机车功率变化值和线路损耗值,设置合理门槛值以躲开各种因素对保护系统的影响。为了检验两种保护的可行性,深入研究直流馈线供电系统各个环节的特性及原理,应用PSCAD/EMTDC建立完整的直流牵引供电系统模型仿真馈线接地故障及机车启动过程。模型包括变电站整流系统,地铁车辆电传动系统以及轨道暂态系统。最后应用仿真数据可以证明上述两种保护算法能够解决现有保护的不足。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-19
  1.1 课题研究背景及意义  9-10
  1.2 城市轨道直流馈线牵引系统概况  10-15
    1.2.1 城市轨道交通的发展  10-11
    1.2.2 城市轨道直流供电系统组成  11-13
    1.2.3 外部供电系统  13
    1.2.4 牵引变电所电气主接线  13-14
    1.2.5 直流配电装置  14-15
  1.3 城市轨道直流馈线牵引系统线路保护综述  15-18
    1.3.1 本体保护(大电流脱扣保护)  15
    1.3.2 电流变化量保护  15-16
    1.3.3 双边联跳  16-17
    1.3.4 过流保护  17
    1.3.5 接触网过负荷保护  17
    1.3.6 低电压保护  17-18
    1.3.7 过电压保护  18
  1.4 本课题主要研究内容  18-19
第2章城市轨道直流牵引供电系统故障分析与建模  19-29
  2.1 城市轨道直流馈线牵引供电系统故障分析概况  19-20
    2.1.1 金属性短路故障  19
    2.1.2 非金属性短路故障  19-20
    2.1.3 非正常运行状态  20
  2.2 城市轨道直流馈线牵引供电系统建模  20-28
    2.2.1 整流变压器的建模  20-23
    2.2.2 故障后直流馈线参数建模  23-24
    2.2.3 机车及其启动过程建模  24-28
  2.3 本章小结  28-29
第3章基于小波变换的直流馈线行波方向保护研究  29-40
  3.1 行波理论  29-31
    3.1.1 线路方程及解  29-30
    3.1.2 波速和波阻抗  30-31
  3.2 暂态行波信号的小波分析  31-33
    3.2.1 小波分析应用于保护的研究  31-32
    3.2.2 小波函数的选择  32-33
  3.3 城市轨道直流馈线行波分析和保护判据构成  33-35
    3.3.1 直流馈线行波分析  33-34
    3.3.2 保护判据的构成  34
    3.3.3 影响因素分析  34-35
  3.4 仿真验证  35-39
  3.5 本章小结  39-40
第4章基于功率平衡的直流馈线保护研究  40-47
  4.1 功率方程分析和保护判据设置  40-41
    4.1.1 正常运行时的功率平衡方程分析  40
    4.1.2 故障时的功率平衡方程分析  40-41
  4.2 影响保护判据的因素分析  41-45
    4.2.1 数据传输方式分析  41-42
    4.2.2 运行负荷功率变化分析  42-43
    4.2.3 馈线功率损耗分析  43-45
  4.3 仿真分析  45-46
  4.4 本章小结  46-47
第5章结论  47-48
参考文献  48-51
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  51-52
致谢  52

城市轨道直流馈线保护新原理研究

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