城市轨道交通直流牵引供电系统短路故障辨识及定位研究

摘要

近年来，城市轨道交通快速发展，逐渐成为人民日常出行最重要的交通工具，保障直流牵引供电系统的安全可靠运行是城市轨道交通安全稳定畅行的基础，对直流牵引供电系统直流侧结构的分析、短路故障的及时高效可靠的识别以及短路故障发生后的快速定位问题成为我们重要的研究课题。本文重点提出直流牵引供电系统金属性短路时短路故障电流有效辨识方法。针对城市轨道交通直流牵引供电系统定位难的问题，分别提出一种利用故障发生后的暂态数据进行故障测距的算法以及考虑到工程实际，直流牵引供电系统中存在轨地回流系统，提出一种考虑轨地回路分布式参数的双端稳态测距算法。　　本文在对直流牵引供电系统进行了介绍，包括24脉波整流器、钢轨及接触网、电力机车、交流传动模块。利用MATLAB/Simulink模块搭建了城市轨道交通直流牵引供电系统仿真模型。得到机车起动电流及牵引网与钢轨发生短路时的故障电流波形。　　利用小波辨识对信号的奇异性检测，结合两种电流的特性，提出利用小波分析区别机车起动电流及短路故障电流。利用db4小波的四层分辨率分析验证了多组仿真数据及实测短路数据，结果证实了本文提出辨识方法的有效性。　　针对短路故障发生后的快速定位问题，本文提出利用分布式参数模型中的贝瑞隆模型对直流牵引供电系统中的接触网进行等效，利用短路点电压最低的原理进行故障定位。考虑到实际运营线路中接触网参数可能发生改变，避免牵引网参数不准确对测距结果造成影响，进一步提出利用参数估计的方法。大量仿真结果表明：本文提出的基于贝瑞隆模型的时域故障定位算法定位精度较几种传统的测距算法精度高，且不受故障发生位置的影响。　　传统的故障测距方法都是利用故障发生后的暂态电气量，但钢轨的集肤效应、采样装置的延时性等问题都会对利用暂态数据的故障定位法的定位精度产生较大的影响。因此本文提出在发生短路故障后，利用故障区间相邻牵引变电所馈线开关柜的线路测试电路将直流牵引网电压加在接触网与钢轨之间，利用两次测量的牵引网端口电阻进行故障测距。本文在CDEGS仿真软件模拟直流牵引供电系统故障，讨论了不同接触电阻、故障点位置以及过渡电阻对于测距精度的影响。实验室小功率平台上采用裸导线模拟完全绝缘和较低过渡电阻的两种情况，验证了该双端稳态测距算法的有效性和实用性。

目录

声明

第1 章 绪论

1.1课题研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

第2 章 城市轨道交通直流牵引供电系统建模

2.1城市轨道交通供电系统概述

2.2牵引变电所

2.2.1 牵引变压器模型

2.2.2 12脉波整流机组模型

2.2.3 24脉波整流机组模型

2.3牵引网及钢轨

2.3.1 接触网模型

2.3.2 钢轨模型

2.4 电力机车

2.4.1 直流侧滤波单元

2.4.2 逆变器模块

2.4.3 控制模块

2.4.4 交流机车模块

2.4.5 牵引负荷模块

2.5仿真及结果分析

2.5.1直流侧短路故障仿真

2.5.2短路故障电流

2.5.3机车起动电流

第3 章 基于小波分析的短路故障辨识方法

3.1小波理论

3.1.1时域局部化特性

3.1.2多分辨率分析

3.1.3小波包

3.2 电流信号的奇异性检测

3.3 基于小波分析的短路故障辨识方法

3.3.1辨识原理

3.3.2仿真数据验证

3.3.3实测数据验证

3.4 本章小结

第4 章基于贝瑞隆模型的城市轨道直流短路故障定位研究

4.1原理分析

4.2 贝瑞隆线路模型

4.2.1 无损线路的贝瑞隆模型

4.2.2 有损线路的贝瑞隆模型

4.3 基于贝瑞隆模型的直流牵引故障定位原理

4.3.1 沿线电压分布

4.3.2 故障定位原理

4.3.3 仿真验证

4.4.1 算法原理

4.4.2 仿真验证

4.5 本章小结

第5 章考虑轨地回路分布式参数的直流牵引供电系统双端稳态测距算法

5.1直流开关的线路测试

5.1.1 线路测试原理

5.1.2利用直流开关柜测试电路实现双端稳态测距的步骤

5.2基于回流系统分布参数的直流牵引供电系统故障测距分析

5.3 基于CDEGS 的直流牵引供电系统模型建立

5.4 仿真测距结果

5.4.1接触电阻及故障发生位置对测距精度的影响

5.4.2测距区间在线路的相对位置对测距精度的影响

5.4.3过渡电阻对测距精度的影响

5.4.4电压/电流测量误差对测距精度的影响

5.5 模拟实验

5.6 本章小结

总结与展望

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果