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牵引供电系统新型保护与测距原理研究

林国松  
【摘要】: 随着我国电气化铁路的发展和高速铁路、客运专线在我国的逐步建设,牵引供电系统的保护与控制日益成为重要的安全保障手段。我国电气化铁路主要有直接供电方式、BT (Boost-transformer)供电方式和AT (Auto-transformer)供电方式,有的直供方式安装串联电容以提高网压。各种运行方式可以采用单线、复线方式,现在我国高速铁路和客运专线大规模采用的是全并联AT运行方式。 在我国,应用最多的是直供和AT供电方式牵引供电系统,论文以此为研究对象,在以下各方面进行了研究: 针对既有变电所改造和新建AT牵引变电所时,采用Scott变压器的情况,根据变压器差动保护平衡方程,从励磁涌流对保护影响、保护的灵敏性和微机保护整定方面比较分析了3种电流互感器接线的影响与优劣。证明了日本早期采用的方案3在确保正确动作情况下可以分相制动,在保护可靠性、灵敏度方面的性能更优。 针对牵引变压器差动保护由于CT暂态饱和出现误动,基于牵引变压器差动保护的CT接线原理,以及内部故障与外部故障在差动电流和制动电流上的不同表现,根据三相制动电流变化量之和较差动电流变化量之和更早出现的情况,提出了判别CT饱和的原理。 针对牵引供电系统馈线发生异相短路故障时,基于对异相短路的分析,发现两相电流故障分量波形呈现反向对称性,可利用相关分析法快速提取此特征,并提出了基于两相馈线电流故障分量波形相关分析的异相短路故障保护新原理。 针对含串联电容补偿装置的供电牵引网发生故障,既有电抗法测距原理存在单个电抗对应多个故障点的问题,根据线路R-L-C参数模型,提出了识别故障在区间电容前或后的方法,并基于数学形态学提出串补电容放电间隙短路的识别原理。 针对并联电容补偿装置上的串联电抗器缺乏必要保护,尤其是匝间故障保护性能的缺陷,通过对电抗器匝间故障和阻抗特性的分析,结合电气化铁路供电系统的特殊性,提出基于测量阻抗或电抗器电压与母线电压的电压比的并补装置串联电抗器的新匝间短路保护原理。 针对全并联AT供电方式的特性,基于广义对称分量法提出计算短路阻抗的方法,并说明常规的电抗法测距原理失效的问题;分析与仿真证明了AT吸上电流比原理的故障测距方法在该供电方式下依然有效;根据该运行方式的广义对称分量模型,提出了基于上下行电流比、横联线电流比的故障测距新原理,并与AT吸上电流比原理进行了比较,表明横联线电流比测距原理更具有优越性。


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