重载铁路牵引供电系统雷击干扰识别方法研究

摘要

牵引供电系统是重载铁路的重要组成部分，雷击是引起牵引供电系统跳闸的重要因素之一。雷击对于牵引供电系统的影响可分为故障性雷击(雷击故障)和非故障性雷击(雷击干扰)。雷击故障作为一种永久性故障，发生时继电保护应当快速可靠动作。雷击干扰是指并未引发牵引供电系统永久性故障，作为一个瞬时性故障，虽然继电保护装置也会发生动作，但当雷电流通过对地通路完成泄漏后，可通过自动重合闸恢复供电，可视为牵引供电系统的一种干扰。而由于雷击牵引供电系统所形成的雷击波常常是单极性的脉冲波，上升与衰减时间极短含有大量的高频分量，雷击干扰信号属于高频干扰，对于基于行波或暂态量的线路保护无法准确判别雷击干扰，保护不可避免的会受到其干扰从而发生误动作。可见，并非所有雷击都会导致系统永久性故障，若能有效地识别雷击干扰信号，就能大大减少不必要的跳闸，降低继电保护误动可能性，从而有效地提高铁路系统的供电可靠性与经济效益。因此，围绕重载铁路雷击干扰问题，研究了重载铁路牵引供电系统雷击干扰识别方法。　　首先运用PSCAD/EMTDC电磁仿真软件搭建了重载铁路牵引供电系统仿真模型，仿真了正常运行、雷击干扰、雷击故障、接地短路故障与并联电容补偿装置投切五类工况，利用FFT分析暂态电压与电流信号的频率特征，研究了雷击距离、短路距离、过渡电阻等因素对暂态电压与电流信号频率分布特征的影响，为研究重载铁路牵引供电系统雷击干扰识别方法奠定基础。　　其次基于小波能量分布系数研究了一种雷击干扰识别方法，结合实测与仿真信号，获得具有实际运行特征的雷击干扰等暂态信号，并采用小波能量分布系数求解各信号的能量统计图，依据各暂态等信号的能量分布差异，利用K1=20、K2=14、K3=11三个阈值实现了对5类暂态电流信号的快速准确识别，并运用多组仿真验证了该识别方法准确有效。　　最后实现了雷击干扰识别方法的样机验证，在牵引变电所安装雷击干扰识别样机，将识别方法在样机系统中进行验证，验证雷击干扰识别方法的有效性。验证结果表明识别样机能够准确识别正常运行、雷击干扰与雷击故障，具有一定的准确性与工程实用性，可有效地识别雷击干扰等暂态信号，减少了牵引变电所不必要的跳闸，对保障重载铁路牵引供电系统供电可靠性极为重要。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题的提出和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 牵引供电系统雷电特性研究现状

1.2.2 电力系统雷击暂态信号识别研究现状

1.2.3 牵引供电系统仿真建模研究现状

1.3 本文主要完成的工作

第2章 重载铁路牵引供电系统模型及仿真

2.1 引言

2.2 牵引供电系统

2.3 牵引供电系统元件模型

2.3.1 外部电源模型

2.3.2 牵引变压器模型

2.3.3 牵引网模型

2.3.4 电力机车模型

2.3.5 雷电流模型

2.4 牵引供电系统仿真结果与分析

2.4.1 正常运行

2.4.2 雷击干扰

2.4.3 雷击故障

2.4.4 接地短路故障

2.4.5 并联电容补偿装置投切

2.5 本章小结

第3章 基于小波能量分布系数的雷击干扰识别方法研究

3.1 引言

3.2 小波能量分布系数的概念

3.2.1 小波变换基本原理

3.2.2 小波能量分布系数

3.3 基于小波能量分布系数的暂态信号特征提取

3.3.1 实测正常工频电流信号

3.3.2 雷击干扰电流信号

3.3.3 雷击故障电流信号

3.3.4 接地短路故障电流信号

3.3.5 并联电容补偿装置投切暂态电流信号

3.4 雷击干扰识别方法与验证

3.4.1 识别判据

3.4.2 识别判据阈值整定

3.4.3 识别算法

3.4.4 识别算法仿真验证

3.5 本章小结

第4章雷击干扰识别方法的样机验证

4.1 引言

4.2 雷击干扰识别样机结构及功能

4.2.1 样机结构

4.2.2 样机功能

4.3 雷击干扰识别样机设计方案

4.3.1 硬件设计

4.3.2 软件设计

4.3.3 样机布局结构

4.4 雷击干扰识别方法的样机验证与分析

4.4.1 正常运行识别效果分析

4.4.2 雷击干扰识别效果分析

4.4.3 雷击故障识别效果分析

4.5 本章小结

结论与展望

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间的科研成果