牵引供电系统故障仿真模型及保护仿真的研究

摘要

目前，牵引变电所一次及二次设备的自动化及运行可靠性已经达到相当高的水平，但是相应的所内运行人员的技术培训工作水平还较低，仍采用以概念性培训为主的培训模式。项目“牵引变电所操作仿真系统的研究与开发”正是针对目前牵引供电系统技术培训工作中存在的针对性不强、无故障应对培训等现状，基于目前先进的计算机软件仿真技术，研究并开发出与昆明铁路局各牵引变电所的一、二次设备系统以及所内计算机监控系统相一致的计算机仿真系统，用于铁路局各变电所进行针对性的人员培训。
　　本文“牵引供电系统故障仿真模型及保护仿真的研究”是项目“牵引变电所操作仿真系统的研究与开发”的子课题，通过建立牵引供电系统故障仿真模型进行各种故障的仿真计算，并对牵引变电所的继电保护系统进行仿真，从而为该项目中故障应对方面的操作模拟提供支撑。
　　本文首先简要分析牵引供电系统，对五种接线牵引变压器（单相、V/V、三相、斯科特、阻抗匹配平衡）的接线原理进行分析。采用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件，建立了基于以上五种接线形式的牵引变压器的牵引供电系统暂态模型，并对所建立的故障模型进行短路故障的仿真计算，包括变压器高压侧、低压侧短路故障，牵引变电所牵引母线的短路故障，牵引网的短路故障，并补电容器组的故障，并将故障仿真计算结果与现场实际故障数据进行比对，两者基本一致。
　　对牵引变电所的继电保护系统的仿真进行研究。基于Visual C++6.0编写了变压器主保护程序、变压器高后备保护程序、变压器低后备保护程序、馈线保护程序、电容器保护程序，并将上述故障仿真计算结果数据波形传送至上述各种保护程序，验证保护动作的正确性及保护间的相互配合，从而较真实的反应牵引供电系统的故障现象以及故障处理过程。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 研究背景与意义

1．2 研究现状

1．2．1 牵引供电系统故障仿真模型

1．2．2 保护仿真

1．3 本文主要工作

2 牵引供电系统故障仿真模型

2．1 牵引供电系统介绍

2．1．1 单相接线牵引变压器接线原理及特点

2．1．2 V／V接线牵引变压器接线原理及特点

2．1．3 三相Yn／d11接线牵引变压器接线原理及特点

2．1．4 斯科特接线牵引变压器接线原理及特点

2．1．5 阻抗匹配平衡接线牵引变压器接线原理及特点

2．2 PSCAD／EMTDC电磁暂态软件

2．3 基于PSCAD／EMTDC的牵引供电系统故障模型

2．3．1 外部电源

2．3．2 牵引变压器

2．3．3 牵引网

2．3．4 无功补偿装置

2．4 本章小结

3 牵引供电系统故障仿真计算

3．1变压器故障

3．1．1 变压器高压侧三相短路

3．1．2 变压器高压侧两相短路

3．1．3 变压器低压侧单相接地短路

3．1．4 变压器空载合闸

3．2 牵引母线故障

3．3 牵引网故障

3．4 电容器组故障

3．4．1 电容器组内部故障

3．4．2 电容器组端部故障

3．5 故障仿真数据文件

3．6 本章小结

4 保护算法的程序设计

4．1 变压器主保护

4．1．1 变压器主保护原理

4．1．2 变压器主保护算法流程图

4．2 变压器高后备保护

4．2．1 变压器高后备保护原理

4．2．2 变压器高后备保护算法流程图

4．3 变压器低后备保护

4．3．1 变压器低后备保护的原理

4．3．2 变压器低后备保护算法流程图

4．3 馈线保护

4．4．1 馈线保护原理

4．4．2 馈线保护算法流程图

4．5 电容保护

4．5．1 电容保护原理

4．5．2 电容保护算法流程图

4．6 本章小结

5 牵引变电所保护仿真

5．1 变压器故障

5．1．1 变压器高压侧两相短路

5．1．2 变压器空载合闸

5．2 牵引母线故障

5．3 牵引网故障

5．4 电容器组故障

5．4．1 电容器组内部故障

5．4．2 电容器组端部故障

5．5 现场安装运行

5．6 本章小结

6 结论与展望

参考文献

作者简历

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