中点抽出式Scott变压器故障仿真模型及保护原理研究

论文摘要

按我国铁路“十一五”规划,将修建时速300km及以上的客运专线超过5000km,这些高速电气化客运专线将主要采用AT供电方式。Scott变压器是国内外电气化铁路常用于AT供电方式下的牵引变压器,然而新型牵引变压器的研究一直是国内输变电技术领域的一个热点。二次侧中点抽出式Scott接线变压器,是对传统Scott接线变压器的改进,能实现三相到两相的变换,属于平衡变压器,有教强的抑制负序能力;用于电气化铁道时,可以省掉变电所内的AT,降低运行费用,在我国高速客运专线建设中具有实用价值。牵引变压器作为牵引供电系统中不同电压等级电能转换的枢纽,其运行状态直接影响着牵引供电系统的安全稳定运行。牵引变压器也是十分贵重的电气主设备,造价昂贵,应根据需要设置相应的保护。近年来,变压器保护动作正确率一直较低,远远低于线路保护和发电机保护,且原因不明,因此从变压器电磁机理出发建立牵引变压器内部故障暂态仿真模型,对进一步认识变压器,配置变压器保护有着重要的作用。本文在前人的基础上,总结各类变压器内部故障的仿真方法,扬长避短提出了以磁路模型为基础的变压器内部故障暂态仿真模型的计算方法,同时明确了磁滞曲线、磁路模型中电感矩阵、漏感矩阵、瞬时磁导率、铁芯损耗、等效电阻等相关参数的计算。本文从一般的Scott变压器接线原理及基本公式出发,推导出中点抽出式Scott变压器各端口电压及电流之间的关系。分析了各种故障情况下一次侧端口电压与三相电力系统之间的关系,及仿真计算所得二次端口电流与负载电流的关系。得出了中性点抽出式Scott变压器发生内部故障时一次侧电流及二次侧电压、电流。本文以差动电流保护为立足点,分析了三种不同的保护接线方式。根据推导所得中点抽出式Scott变压器一二次侧电流关系,给出了三种接线方案下的差动方程与制动方程。通过仿真三种接线方式下的励磁涌流,得出了第三种接线方案更为合理的结论。明确了两段式及三段式动作特性,给出了较为规范的整定计算公式,为后人在中点抽出式Scott变压器的保护方案研究及配置上提供可参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及其意义
• 1.2 国内外研究现状分析
• 1.2.1 变压器内部故障仿真模型研究现状
• 1.2.2 变压器保护技术的研究现状
• 1.3 本文的主要工作
• 第2章 单相变压器故障暂态仿真模型研究
• 2.1 引言
• 2.2 Jiles-Atherton理论在磁滞回线数学模型中的应用
• 2.3 单相变压器暂态仿真模型
• 2.3.1 单相变压器耦合磁路模型
• 2.3.2 变压器的的可饱和非线性运算
• 2.3.3 变压器铁芯损耗的计算
• 2.3.4 单相变压器等效的串联电阻确定方法
• 3.3.5 变压器正常运行时漏磁导的确定
• 2.4 单相变压器内部暂态故障仿真模型
• 2.4.1 变压器本身或电源有无接地点的影响分析
• 2.4.2 变压器内部故障磁路模型
• 3.4.3 变压器内部故障时漏磁导的确定
• 2.5 仿真算法及仿真计算
• 2.5.1 微分方程求解算法—Runge-kutta
• 2.5.2 仿真算法及仿真流程
• 2.5.3 变压器正常运行时的仿真及简化计算
• 2.6 本章小结
• 第3章 中点抽出式Scott变压器故障仿真模型研究
• 3.1 引言
• 3.2 中点抽出式Scott变压器接线原理及基本方程
• 3.2.1 Scott变压器接线原理及阻抗匹配平衡特性
• 3.2.2 中点抽出式Scott变压器接线原理
• 3.3 中点抽出式Scott变压器故障仿真模型
• 3.3.1 Scott变压器铁芯模型选型比较分析
• 3.3.2 中点抽出式Scott变压器正常运行仿真计算
• 3.3.3 中点抽出式Scott变压器内部故障仿真计算
• 3.4 本章小结
• 第4章 中点抽出式Scott变压器保护方案研究
• 4.1 引言
• 4.2 中点抽出式Scot变压器差动保护接线方案研究
• 4.3 中点抽出式Scott变压器差动保护整定原则
• 4.4 计算机仿真
• 4.5 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果