城轨牵引供电系统短路试验及短路特征分析

论文摘要

交通运输行业是整个国民经济的大动脉,发展交通是关乎国计民生的一项战略任务。城市交通运输系统的发展历来都是制约城市发展的最重要因素之一。大城市中,特别是百万人以上的城市,其城市形态很大程度上取决于其交通的发展。特别是作为城市交通运输重要组成部分的轻轨铁路,其发展是未来城市交通运输的重要保障,随着城轨交通在首都及其他大城市的交通体系中发挥越来越重要的作用,作为轻轨的安全稳定运行中最薄弱的一环,轻轨牵引供电系统的安全运行已成为人们关注和研究的热点。城轨牵引供电系统主要由外部供电系统、整流系统和牵引供电线路等三大部分组成,其中牵引供电线路的暂态特性的分析和状态监控与故障识别的研究对于牵引供电系统的故障信号的分析判断、保护与自动控制技术及相关问题的研究具有重要的理论意义和社会价值。在地铁及轻轨牵引供电系统保护方式中,电流变化率及电流增量保护（di/dt-（?）I保护）是地铁供电系统中最常用的保护方式,它的功能是对电流上升的动态过程进行监测,认为当短路故障发生时,短路电流的上升率相对于列车启动时的电流上升率会高一些,且是按照指数规律变化的。然而笔者从城轨故障录波所得到的实际故障波形来看,故障电流一般存在先产生幅值很高的冲击电流而后再振荡衰减的特点。说明di/dt-（?）I保护方式所假设的故障电流按指数规律变化的特点与实际情况是有一定出入的。本文讨论了整流系统的重要组件整流变压器和整流器的等效电路,分析了变压器和整流器对短路电流中的暂态电流如何造成的冲击影响,提出了城轨牵引供电系统整体模型,采集了环形铁道实验以及京津高速城际铁路实际故障波形,并根据波形特点提出了不同于以往的一阶RL电路模型的2阶RLC电路模型,最后将实际采集到的短路电流波形与模型仿真的波形进行比较分析,验证了模型的合理性。最后针对故障波形的小波包能量谱特点,提出了一种新的检测故障波形的方法,对基于电流变化量原理的牵引供电系统保护研究以及系统误动作的排除及其相关问题的研究具有重要的意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景以及选题目的
• 1.2 牵引供电系统概况
• 1.3 牵引供电系统保护原理
• 1.4 本文主要工作与创新
• 1.5 本章小结
• 第二章 牵引供电系统建模方案
• 2.1 牵引供电系统整体建模构想
• 2.2 外部供电系统与整流装置模型
• 2.3 整流变压器模型
• 2.3.1 变压器模型参数的计算
• 2.3.2 变压器模型
• 2.4 牵引供电线路模型
• 2.5 车辆模型
• 2.6 牵引供电系统整体模型
• 2.7 本章小结
• 第三章 数据采集及远程连接
• 3.1 虚拟仪器工具LABVIEW8.6简介
• 3.2 NIPXI-5114卡简介
• 3.3 基于LABVIEW8.6和PXI-5114卡的采集程序设计
• 3.4 采集设备远程控制和实验数据收集
• 3.5 本章小结
• 第四章 实际采集波形与仿真波形比较分析
• 4.1 机车近端启动电流分析
• 4.2 牵引网远端短路电流分析
• 4.3 机车制动电流分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 系统模型的分析与修正
• 5.1 仿真波形和真实故障波形的差异分析
• 5.2 电容矩阵的影响
• 5.3 大地返回阻抗的影响
• 5.4 趋肤效应对内阻抗的影响
• 5.5 圆柱形导体的内阻抗
• 5.6 修正前后仿真波形的比较
• 5.7 本章小结
• 第六章 系统仿真结果分析与验证
• 6.1 小波变换理论
• 6.2 系统仿真结果与验证
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 作者和导师简介
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书