电力机车牵引变压器综合测试及故障诊断系统的设计与研究

论文摘要

电力机车牵引变压器作为机车上重要设备之一,是电力牵引系统中电压等级变换和电源分配的重要设备,也是电力机车/电动车组中重量和体积最大、价格最贵的单台电器设备,可以说电力机车牵引变压器就是整个列车心脏,是列车动力的来源,其运行状况直接影响电气化铁路系统能否安全、高效的运营。本文首先阐明了电力机车牵引变压器试验和故障诊断的现状和本课题提出的意义。在详细介绍了电力机车牵引变压器的内部结构和电力机车牵引变压器特点的基础上,论文设计了电力机车牵引变压器综合测试及故障诊断系统。文中详细介绍了电力机车牵引变压器综合测试及故障诊断系统的软硬件设计与实现。整个系统由电源系统、上层工控机控制系统、可编程序控制器控制系统以及故障诊断系统组成。系统采用分层设计,由上层工控机负责管理整个测试系统的运行方式,通过PLC控制感应调压器、变压器、以及继电器的不同组合逻辑实现十二种不同的输出电源方式。同时系统建立了基于变压器油中溶解气体分析法的机车牵引变压器故障诊断系统,利用高分子膜油气分离装置,通过MO系列气体传感器阵列,实现牵引变压器油中特征气体信号的采集分析。最终利用BP人工神经网络技术实现对牵引变压器的故障诊断功能。系统首次实现了电力机车牵引变压器的全自动测试与故障诊断,并获得了湖南省2007年科技进步三等奖。现场运行表明,利用该系统可以大大提高工作效率,且各项试验数据精确、可靠性高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 我国列车故障诊断技术及机车车辆维护的现状
• 1.2 机车牵引变压器的作用与运行环境特点
• 1.3 电力牵引变压器故障诊断研究的现状
• 1.4 本课题的提出和研究意义
• 1.5 课题来源和论文结构
• 1.5.1 课题来源
• 1.5.2 论文的主要结构
• 第二章 电力机车牵引变压器基本结构和系统原理
• 2.1 电力机车牵引变压器的基本结构
• 2.2 电力机车牵引变压器试验的主要内容和基本要求
• 2.2.1 电力机车牵引变压器型式试验的主要内容
• 2.2.2 电力机车牵引变压器综合测试系统的基本要求
• 2.3 牵引变压器故障诊断理论的选择
• 2.3.1 根据电磁理论的变压器故障诊断
• 2.3.2 局部放电测量
• 2.3.3 变压器油中气体分析法
• 2.4 电力机车牵引变压器综合测试系统的试验原理
• 2.4.1 综合测试系统的总体结构
• 2.4.2 综合测试系统试验参数测量原理
• 第三章 牵引变压器测试系统的实现
• 3.1 测试系统的总体硬件设计
• 3.1.1 测试系统总体的设计实现
• 3.1.2 测试系统的PLC控制系统实现
• 3.2 测试系统的电源设计
• 3.2.1 电源系统的基本要求
• 3.2.2 电源系统参数设计
• 3.3 测试系统的抗干扰设计
• 3.3.1 屏蔽技术
• 3.3.2 滤波技术
• 3.3.3 接地技术
• 3.4 测试系统的总体软件设计
• 3.4.1 系统上位机软件设计
• 3.4.2 系统PLC控制软件设计
• 第四章 牵引变压器故障诊断功能模块的设计
• 4.1 故障诊断功能模块的总体结构
• 4.2 故障特征信号的提取
• 4.2.1 变压器油中气体的产气原理
• 4.2.2 变压器故障与油中气体的关系
• 4.2.3 油气隔离装置的设计
• 4.3 气体传感器的选择与信号采样
• 4.3.1 气体传感器的选择
• 4.3.2 信号采样电路的设计
• 4.3.3 ARM嵌入式系统的软件设计
• 4.4 故障诊断算法的选择与设计
• 4.4.1 基于油中溶解气体的比值诊断法
• 4.4.2 BP人工神经网络结构的设计
• 4.4.3 训练样本的采集和设计
• 4.4.4 人工神经网络的训练
• 4.5 实验验证
• 第五章 测试系统运行实例及系统误差分析
• 5.1 综合测试系统运行实例
• 5.1.1 绝缘油介电强度测试
• 5.1.2 电力机车牵引变压器空载试验
• 5.2 系统误差分析
• 5.2.1 电压测量误差分析
• 5.2.3 电流测量误差分析
• 5.2.3 功率测量误差分析
• 5.2.4 系统总体误差分析
• 5.3 测试系统的实际运用
• 总结与展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文及科研成果