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高速铁路牵引供电系统故障及继电保护系统的仿真研究

窦雪薇  
【摘要】:高速铁路由于高可靠性、高安全性的运营要求,在很多方面与普速铁路有很大差异,尤其是牵引供电方面。高速铁路开通后其牵引供电系统在运行中所表现的电气特征、状态也与普速铁路有很大不同。因此,开展针对高速铁路牵引供电系统的仿真计算分析,深入探讨高铁牵引供电系统运行中出现的各种问题、现象十分必要。本文“高速铁路牵引供电系统故障及继电保护系统的仿真研究”是课题“高速铁路牵引供电运行仿真系统的研究与开发”的子课题之一,通过搭建全并联AT牵引供电系统故障仿真模型对各种短路故障进行仿真计算,并对高速铁路继电保护系统以及电铁故障测距装置进行仿真研究。本文首先分析了全并联AT牵引供电系统的供电方式及原理,以长昆高铁邓家山牵引供电系统为仿真对象,基于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件搭建了全并联AT牵引供电系统故障仿真模型。该模型可对牵引变电所高、低压侧母线,供电线以及接触网的各种短路故障和AT所、分区所的各种短路故障进行仿真计算,并将故障仿真计算数据与现场实测的故障数据进行对比,两者基本一致,说明该故障仿真模型能够准确的仿真牵引供电系统各种短路故障。同时利用该仿真模型能够生成故障仿真数据文件供继电保护仿真程序模拟采样。再有,对高速铁路继电保护系统进行仿真研究。基于VC++6.0编写继电保护仿真程序,可仿真的功能包括:对故障电流、电压波形的采样、滤波,保护算法、逻辑判断、动作告警和跳闸出口等过程,并可实现保护定值操作、生成故障报告等。以现场实测的继电保护动作数据为基准,将发生短路故障时继电保护仿真程序的动作情况和现场保护装置的动作情况进行对比,二者一致。验证了继电保护仿真程序动作的准确性,其仿真结果可为课题“高速铁路牵引供电运行仿真系统的研究与开发”中的故障处理提供依据。最后,对高速铁路故障测距装置进行仿真。仿真程序中提供了多种故障测距方法,可根据系统运行方式和短路故障类型的不同自动选择适合的故障测距方法进行计算。同时,为现场开发了高速铁路故障测距仿真软件。将仿真计算结果和电铁故障测距装置的计算结果进行对比,仿真软件根据不同的测距方法的计算结果比电铁测距装置的测距结果误差更小,该数据可为技术人员提供参考,有助于准确查找故障位置。


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