电气化铁道微机故障探测仪及距离保护装置研究

摘要

电气化铁道牵引供电系统是电气化铁路的基础。由于牵引网与电力机车受电系统采用滑动受电的取流方式，决定了牵引网(特别是其中的接触网部分)要承担移动的机车用户频繁操作产生的强大电力与机械的作用，因设计或使用不当造成的牵引网故障时有发生，严重影响电气化铁道安全运行。本文在传统的阻抗法故障保护与测距的基础上，从信号的采集和故障测距算法两个方面提出了新观点。首先，提出了带通滤波器的优化方法——旁瓣重合法，这种形式的滤波器能够以较低的资源代价获取较好的滤波性能，在对馈线信号进行数字滤波时，能够兼顾实时性和精度；其次，提出了改进的故障测距新算法，受过渡电阻、故障阻抗角和线路分布电容的影响小，具有较高的测距精度和较强的鲁棒性。在理论分析基础上，设计了一套用于直接供电单线和复线的故障保护与测距装置，装置硬件部分分为电源电路、信号采样电路、主控制DSP电路、监控DSP电路及人机接口电路等5部分；采用C语言和汇编语言编写了各软件模块，对数据算法模块、通讯模块和采样模块进行了调试。研究结果表明：论文所提出的新型故障保护与测距装置方案，可快速精确起保护和确定故障点，不仅可以提供稳定的运行数据储备，而且可以减少损失，对于电气化铁道牵引网的安全经济运行是十分重要的。围绕该方案所采用的技术都是经过检验的、是切实可行的。关键词：牵引网，距离保护，分布参数算法，保护与测距装置

目录

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第1章绪论

1.1课题研究的背景和意义

1.2现代牵引网故障保护与测距的研究方法

1.2.1阻抗法故障测距

1.2.2行波法故障测距

1.2.3故障保护

1.2.4各种测距方法特点分析

1.3国内外故障保护与测距产品的研究现状

1.4本文的主要内容

第2章电气化铁道牵引网结构

2.1牵引网供电系统常用结构

2.2牵引变电所

2.2.1三相牵引变电所

2.2.2单相牵引变电所

2.2.3三相—两相牵引变电所

2.3牵引供电系统向接触网的供电方式

2.4电气化铁路接触网结构特点

2.4.1架空式接触网

2.4.2接触轨(第三轨)

2.5牵引负荷的特点

2.6本章小结

第3章电气化铁道牵引网建模与仿真

3.1仿真模型的建立

3.1.1牵引变电所模型

3.1.2牵引网模型

3.2基于PSCAD/EMTDC的系统仿真模型

3.2.1 PSCAD/EMTDC简介

3.2.2单线直供牵引供电系统仿真模型

3.2.3直供复线牵引供电系统仿真模型

3.3本章小结

第4章故障保护原理与算法

4.1本系统故障保护配置方案

4.2电流保护原理

4.2.1电流速断保护

4.2.2按电流增量构成的交流△I型保护

4.2.3自适应△I型保护

4.2.4阶段反时限过电流保护原理

4.3距离保护

4.3.1距离保护原理

4.3.2阻抗继电器特性比较

4.4非递归型数字滤波器优化

4.4.1非递归型数字滤波器结构加窗特点和频响特性

4.4.2针对牵引馈线电信号特征的非递归型数字滤波器的优化

4.5本章小节

第5章故障测距原理与算法

5.1阻抗法故障测距原理

5.2降低过渡电阻影响的算法

5.2.1过零测量法电抗法

5.2.2利用复线上、下行牵引网末端并联消除过渡电阻影响的方法

5.3基于分布参数模型的单线牵引网故障测距新算法

5.3.1测距原理

5.3.2测距算法的实现

5.3.3数字仿真

5.4基于分布参数模型的复线牵引网故障测距算法

5.4.1测距原理

5.4.2测距算法的实现

5.4.3数字仿真结果

5.5本章小节

第6章电气化铁道牵引网故障保护与测距装置的硬件和软件设计

6.1硬件电路的设计

6.1.1系统总体设计

6.1.2 DSP芯片介绍

6.1.3信号采样电路的设计

6.1.4控制电路的设计

6.1.5人机接口电路的设计

6.1.6电源电路的设计

6.2软件设计

6.2.1监控DSP程序设计

6.2.2主DSP程序设计

6.2.3采样与保护程序设计

6.2.4串口通讯程序设计

6.3本章小结

第7章结论

7.1结论

7.2进一步工作的方向

致谢

参考文献

个人简历在读期间发表的学术论文与研究成果