阻抗匹配平衡变压器保护研究

论文摘要

铁路运输是我国运输行业的主要方式,牵引变压器是铁道电气化系统中重要的电气设备,它的安全运行与否,直接关系到铁道电气化系统能否连续稳定的工作。阻抗匹配平衡变压器是适应我国电气化铁道发展需要的新型牵引变压器,它具有较好的抑制负序电流对电力系统影响、容量利用率较高等优点,已经成为我国电气化铁路牵引变压器的主要接线型式。因此,深入研究阻抗匹配平衡变压器的内部结构和保护原理,对于加快我国高速电气化铁路的建设和发展,研制品质更高、功能更强、性能更好的继电保护装置具有非常重要的意义。文中依据变压器的内部结构和电磁关系,分析了阻抗匹配平衡变压器的基本性质、工作原理以及参数选择,推导了由一次侧三相电压变换为二次侧两相电压的等值电路,讨论了电流、电压的变换关系和阻抗匹配系数的取值,而后对平衡变压器的故障状态进行了分析,并给出了相应的短路电流计算公式。本文简要介绍了常规变压器保护所面临的问题及解决方法,在详细分析现行平衡变压器差动保护原理的基础上,通过比较故障分量电流和全电流的差动判据的灵敏度,尝试提出了新型的基于全电流和故障分量电流相结合的差动保护判据,并结合牵引供电系统的特点给出了基于偶次谐波含量的励磁涌流判据,从而在一定程度上较好的解决了平衡变压器差动保护所面临的问题。本文通过运用PSCAD/EMTDC电磁仿真软件,构建了电气化铁道牵引供电系统模型,通过对此模型在正常运行状态、故障状态以及空载合闸励磁涌流等状况下进行的大量仿真,详细分析了阻抗匹配平衡变压器在各种运行状态下的电气量波形特点和谐波特性,同时对基于全电流和故障分量电流相结合的差动保护判据的灵敏度进行了验证。本文在研究平衡变压器差动保护的基础上,简述了对于配置微机型平衡变压器需要考虑的其他一些保护,并给出了保护逻辑关系方案图,使得平衡变压器保护成为一个整体,为后期的硬件设计提供一些理论依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景和意义
• 1.2 现有课题的研究现状
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 平衡变压器的基本理论
• 2.1 平衡变压器的结构特点
• 2.2 平衡变压器的“阻抗匹配”及实用计算变比
• 2.3 平衡变压器的等效电路
• 2.4 平衡变压器故障情况分析
• 2.4.1 平衡变压器外部故障情况分析
• 2.4.2 平衡变压器内部故障情况分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 平衡变压器差动保护
• 3.1 变压器常规差动保护及其面临的问题
• 3.1.1 变压器励磁涌流分析及其识别技术
• 3.1.2 大短路电流对电流互感器的影响
• 3.2 平衡变压器差动保护
• 3.2.1 传统的平衡变压器差动保护及其缺点
• 3.2.2 基于全电流和故障分量电流相结合的平衡变压器差动保护
• 3.3 本章小结
• 第四章 基于EMTDC的平衡变压器仿真及判据验证
• 4.1 基于EMTDC的平衡变压器模型
• 4.2 基于EMTDC的牵引供电系统模型
• 4.3 基于EMTDC的牵引供电系统模型的仿真结果分析
• 4.3.1 正常运行状态仿真
• 4.3.2 故障运行状态仿真
• 4.3.3 平衡变压器空载合闸励磁涌流仿真
• 4.4 基于综合电流的差动保护判据仿真及结果
• 4.4.1 基于EMTDC的判据仿真模型建立
• 4.4.2 基于综合电流的差动保护判据仿真
• 4.5 本章小结
• 第五章 平衡变压器其他保护配置及框图
• 5.1 本章各符号的意义
• 5.2 保护配置方框图
• 5.3 本章小节
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间所发表的学术论文目录
• 学位论文评阅及答辩情况表