牵引变压器保护装置开发及理论研究--优秀毕业论文参考文献

华中科技大学硕士学位论文牵引变压器保护装置开发及理论研究姓名：付雨林申请学位级别：硕士专业：电力系统及其自动化指导教师：苗世洪2011-01-05华中科技大学硕士学位论文I摘要牵引变压器对牵引供电系统来说至关重要，它的安全稳定直接影响着电气化铁道系统的正常运行。高速电气化铁路的飞速发展，迫切需要功能更强、性能更好的自动化装置。因此，研制适合我国铁路的微机继电保护装置，具有积极的意义。本文的主要工作就是开发电气化铁路牵引变压器保护装置并进行相关的仿真和原理研究。首先，论文综述了牵引供电系统的结构、供电方式及电气特征。介绍了各种牵引变压器的接线方式及差流计算。重点研究了阻抗匹配平衡变压器的差动保护原理及差动电流的具体推导过程。其次，论文研究了牵引变压器主保护和后备保护的原理及配置，在新型微机保护平台上实现了变压器差动保护和后备保护的功能，并用485串口和以太网两种通信方式实现了Modbus规约和IEC60870-5-103规约在保护装置中的通信功能。然后，论文以阻抗匹配平衡变压器的差动主保护为例，借助MATLAB的simulink工具，搭建了故障仿真平台，模拟了牵引变正常运行、外部和内部故障的各种运行方式下差动保护的动作情况。在验证了保护原理的正确性的前提下，也为保护装置的开发提供了一种新的验证思路。昀后，论文以三相双绕组变压器为例提出了变压器匝间短路的负序损耗比率诊断理论，并将无线传感器网络应用其中，为变压器匝间短路的保护提供了一种新的思路，这种思路同样适用于电力牵引变压器保护。关键词：电气化铁路牵引变压器保护以太网无线传感网负序损耗比率华中科技大学硕士学位论文IIAbstractTractiontransformeriscriticaltotractionpowersupplysystem.Itssecurityandstabilitydirectlyaffectsthenormaloperationofelectricrailwaysystem.Withtherapiddevelopmentofhigh-speedelectrifiedrailway,morepowerfulandbetterperformanceautomaticdeviceisurgentlyneeded.Soitisimportanttodeveloptheprotectionequipmentssuitableforourcountry’selectricrailway.Themaintaskistodeveloptheelectricrailwaytractiontransformerprotectiondevicesandtherelatedsimulationaswellastheassociatedtheoryresearch.Firstofall,thepapersummarizesthestructure,powersupplytypeandelectricalcharacteristicsoftractionpowersupplysystem.Thispaperstudiesthetransformerdifferentialprotectiontheoriesandmainlyfocusesontheimpedancematchingbalancetransformerdifferentialprotectionprincipleandthedetailedderivationofdifferentialcurrent.Secondly,thepaperanalyzestheprincipleandconfigurationofthetractiontransformer’smainprotectionandbackupprotection,andrealizestheprotectionfunctionsinthenewdigitalplatform.Also,thecommunicationfunctionwiththeMODBUSprotocolandIEC60870-5-103protocolhasbeenrealizedthroughthe485serialportandEthernet.Then,takingthedifferentialprimaryprotectionofimpedancematchingbalancetransformerasanexample,thispaperbuildsthefaultsimulationplatformwithMATLAB-simulinktoolsonwhichsimulatestheactionsituationofdifferentialprotectionundertheoperatingmodeofnormal,externalandinternalfault.Aswellasverifiedthecorrectnessoftheprotectionprinciple,italsoprovidesanewvalidationideaforthedevelopmentofprotectiondevices.Finally,thepaperproposedanegativesequencelossratiodiagnosistheoryoftransformerinter-turnfaultbasedonthree-phasetwo-windingtransformer.Inadditiontotheapplicationofthewirelesssensornetwork,anewmethodisproposedforthe华中科技大学硕士学位论文IIIprotectionoftransformerinter-turnfault.Thismethodalsoappliestoelectrictractiontransformer.Keywords:ElectrifiledrailwayTransformerProtectionEthernetWirelesssensornetworksInter-turnfault独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在___年解密后适用本授权书。不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日本论文属于华中科技大学硕士学位论文11绪论1.1引言2008年8月，京津城际铁路建成并投入运行，自此中国大陆有了第一条高速客运专线，中国高速铁路建设的序幕就此拉开了。2009年12月，武广客运专线开通，全长约1068.6公里，设计时速350公里，试车昀高时速可达394.2公里，投资总额1166亿元，成为中国里程昀长、技术标准昀高、投资昀大的铁路客运专线。依照铁道部昀新提出的规划，截止到2012年底，我国的城际铁路和客运专线营业里程将达到1.3万公里。到那时，我国将超越德国和日本等高铁起步较早的国家，成为全球高铁运营里程昀长的国家。此外，铁道部还规划了“四纵四横”的远景规划图。到2020年，中国铁路将形成以高快速客运专线为主干网络的客运系统[1]。与传统铁路相比较，高速铁路有如下几点优势：1.高速铁路运行速度快省时间，平稳安全系数高，舒适方便乘坐空间大，且价格比较适宜，迎合了现代社会出行的需求。因而，自高铁问世以来就受到人们的青睐，已成为世界各国发展振兴铁路的强大动力。2.高速铁路不仅运输能力特别大，还有减少环境污染的优势，因而特别适宜于大运量的城市群、城市间和城郊的高频率运输。3.高速铁路系统大面积吸纳了现代高科技技术创新的成果，它推动着铁路科学技术和装备进一步的发展，增强了铁路运输的竞争力，且有助于现代高科技技术发展登上一个崭新的台阶。鉴于高速铁路拥有改善旅行条件、节约时间、降低费用以及减少环境污染等诸多优点，其在世界范围内已经呈现出蓬勃发展的强劲势头。在未来的铁路运输上，发展高速铁路是时代发展的需要，是科技进步的必然[2~3]。华中科技大学硕士学位论文21.2本课题的目的和意义高速铁路电力列车由牵引供电系统供电。因而牵引供电系统的可靠性直接关系着高速铁路的安全、高效、经济运行。同时，牵引供电系统的工作条件很恶劣。这主要体现在以下几个方面：牵引负荷为单相不对称负荷，会产生严重的负序分量；电力列车在启动、加速、减速、再生制动等工况间切换，因而牵引负荷变化快、幅度大，会产生谐波分量和励磁涌流；牵引线路架设在铁轨上方，暴露于各种环境下，甚至可能穿越严重污染区；电力列车受电弓和接触网之间活动接触，不断引起接触网振动，容易引起接触网部件松动甚至断线。这些原因决定了牵引供电系统发生故障的几率较公共电力系统高。牵引线路保护的目的在于：当牵引线路发生故障时，保护能迅速做出反应。对于瞬时性故障，保护能通过重合闸消除，快速恢复系统正常供电；对于永久性故障，保护能准确动作，并作出故障判断，帮助工人尽快排除故障。性能优良的牵引线路保护将有效提高线路的可靠性，减小停运时间，具有重要的社会、经济意义。高速铁路牵引变电所中昀主要的电气设备是牵引变压器，它的安全稳定运行，直接影响着铁路电气化系统能否连续稳定的工作。在电气化铁道供电系统中，由于牵引变压器采用单相供电模式，承受单相不平衡的牵引负荷，再加上牵引机车频繁启动、加速，以及接触网的频繁故障，使得牵引变压器比同电压等级、同容量的电力变压器的工作条件要恶劣很多。运行经验表明，在实际运行中，仍可能发生各种故障和不正常的运行状态，对系统的安全和供电可靠性带来严重影响[2]。目前，牵引变压器一般采用差动保护作为主保护。由于过励磁、励磁涌流、TA饱和及TA变比不匹配等情况的影响，差动保护并不能十分准确地区分内部故障和外部故障，有可能造成保护的误动或者拒动，危及电气化铁道系统的安全运行。因此，必须对牵引变压器设专用的继电保护，以构成昀完善的保护。华中科技大学硕士学位论文31.3国内外电力牵引变压器保护的发展现状电力牵引变压器常见的故障主要包括：单相绕组部分线匝间的匝间短路、单相绕组和铁芯间由于绝缘损坏而引起的接地短路、各相绕组之间的相间短路、引出线之间的相间短路以及引出线的接地短路等。变压器不正常工作的情况由外部短路或过负荷引起的过电流；不正常电压过高引起的过励磁等。目前，国内外采用的牵引变压器保护原理基本成熟，牵引变压器一般应装设以下保护：变压器油箱内部各种短路故障和油面降低的瓦斯保护；变压器绕组和引出线相间短路、大电流接地系统侧绕组和引出线的单相接地短路及绕组匝间短路的纵联差动保护；变压器外部相间短路故障并作为瓦斯保护和差动保护的后备的低压启动过电流保护或者复合电压启动的过电流保护或者负序过电流保护；大电流接地系统中变压器外部接地短路的零序电流保护；变压器对称过负荷的过负荷保护；变压器过励磁的过励磁保护。目前电气化铁路牵引变压器保护的难点有[4]：（1）负序分量：电气化铁路牵引负荷是单相负荷，不对称负荷，按对称分量法分解后，负序分量便产生了。负序分量对基于负序分量原理的继电保护会产生不良影响。如何尽量降低负序分量的影响是牵引变电所继电保护的难点之一。（2）由于牵引负荷的变化频率高、幅度大的特点，以及一些应用新型电力电子技术的电力机车的投入使用，牵引供电系统很容易产生大量的高次谐波和励磁涌流。高次谐波