基于IEC61850的高速铁路供电臂网络保护方案

摘要

牵引供电系统是高速铁路的重要组成部分，其供电可靠性对铁路的正常运营影响重大，这就要求当牵引供电系统发生故障时保护方案能有选择性的快速切除故障。而当前高速铁路牵引网保护方案中，牵引网任意一处发生故障时，上下行线路都要跳闸，然后再通过一系列保护配合实现故障区段的隔离。这种保护方案会影响到非故障线路的正常供电，并且会增加非故障线路上断路器的分合次数，这样会减少断路器的使用寿命，对牵引供电系统的安全可靠运行带来一定的影响。
　　本文针对当前保护方案的不足，提出了基于IEC61850的高速铁路供电臂网络保护方案，通过在AT所和分区所内安装功率方向元件，当牵引网发生短路故障时，利用GOOSE报文将AT所和分区所内的功率方向信息传输到牵引变电所内的馈线保护装置，馈线保护装置对收集起来的故障信息进行判断，判断出故障所在的区段，向故障区段对应断路器的保护装置发送跳闸信号，直接断开故障区段而不影响非故障区段的正常运行。
　　利用MATLAB搭建了全并联AT供电方式仿真模型，通过仿真得出在牵引网中不同地点发生不同类型短路故障(T-R、T-F、F-R)时AT所和分区所内功率方向分布情况，利用这些功率方向分布信息作为判断依据，配合保护启动信号，判断出故障所在区段，从而实现有选择性的隔离故障。
　　最后为了保证网络保护方案能够在时限上满足要求，利用OPNET网络仿真软件对牵引网通信网络进行仿真，在传统网络结构不能满足要求的情况下，提出了装置之间直联的专用网络，仿真并验证了专用网络的正确性和可靠性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文主要工作

第2章 高速铁路牵引网保护配置及保护动作过程分析

2．1 高速铁路牵引网保护配置

2．2 高速铁路牵引网保护原理

2．2．1 距离保护

2．2．2 电流速断保护

2．2．3 过电流保护

2．2．4 电流增量保护

2．2．5 自动重合闸

2．2．6 失压保护

2．3 高速铁路牵引网保护动作过程

2．4 本章总结

第3章 高速铁路牵引网故障建模仿真

3．1 全并联AT供电方式仿真模型建立

3．1．1 牵引变电所仿真模型设计

3．1．2 AT所仿真模型设计

3．1．3 分区所仿真模型设计

3．1．4 牵引网仿真模型设计

3．1．5 牵引网短路故障模型设计

3．1．6 阻抗测量模型设计

3．1．7 全并联AT供电方式仿真模型设计

3．1．8 牵引网阻抗特性验证

3．2 牵引网短路故障时功率方向分布情况

3．2．1 AT所和分区所均投入运行

3．2．2 AT所投入运行但分区所退出运行

3．2．3 AT所退出运行但分区所投入运行

3．3 AT所或分区所内部故障时功率方向分布情况

3．3．1 AT所内部故障时功率方向分布情况

3．3．2 分区所内部故障时功率方向分布情况

3．4 故障位置与功率方向分布关系

3．5 本章总结

第4章 基于IEC 61850的高速铁路供电臂网络保护方案

4．1 IEC 61850标准介绍

4．2 供电臂网络保护方案设计

4．2．1 供电臂网络保护方案总体设计

4．2．2 供电臂网络保护方案算法

4．3 本章总结

第5章 基于OPNET的供电臂网络仿真

5．1 网络传输延时对网络保护方案的影响

5．2 OPNET网络仿真软件介绍

5．3 传统网络结构下的网络通信

5．4 专用网络结构下的网络仿真

5．4．1 节点模型的选取

5．4．2 仿真场景搭建

5．4．3 仿真配置

5．4．4 仿真结果分析

5．5 本章总结

总结和展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文