直流牵引馈线微机保护装置.ppt

直流牵引馈线微机保护装置的研制 导 师 ：秦立军 学 生 ：崔运海 选题意义 由于我国城市轨道交通起步较晚，所需设备大多由国外公司提供，因此，国内开发设计出相应的装置就具有很高的价值，一方面可以为国家节省投资，同时还可以为生产厂家带来经济效益. 城市人口增加使轨道交通系统所承担的运量不断加大，机车出现过载现象，现有微机保护装置由于定值整定困难会出现无法正确区分机车起动状态和远端短路故障状态的现象，从而使整个系统的安全运行出现隐患. 论文所做的主要工作 直流牵引网故障时短路电流的计算 对机车起动过程进行仿真计算 提出一种基于小波变换的区分机车起动电流和远端短路故障电流的保护方法 直流牵引馈线微机护装置软硬件的设计及调试 一 直流牵引网故障时短路电流的计算 短路电流是设备选择、保护定值整定的重要依据，传统的计算方法没有考虑或者较少考虑轨道的集肤效应，因此，计算电流与实测电流有很大的差异。本文通过分析轨道的特性，采用等效圆柱体法考虑了轨道的集肤效应，通过计算求得频域短路电流，再通过傅立叶反变换计算时域短路电流。 1.1 轨道特性分析 轨道容易受到集肤效应的影响是由其组成材料和形状所决定的，轨道是由钢和少量的添加剂制作而成。常使用 “透入深度”d来表示集肤效 应的大小 1.2 轨道阻抗值的计算 考虑直流和高频交流电流两种极限状态，直流时电流均匀分布截面上，截面面积A决定电阻；高频交流时集肤效应使得电流分布到导体的表面上， 截面的周长P决定电阻。 1.3 等效圆柱体阻抗 外电感是导电体以外，空气中的磁链引起的电感。整个直流牵引网的外电感可以由牵引网的正极导体（三轨）和电流回流的负极铁轨（走行轨）引起在空气中的磁链来计算。 由于三轨、走行轨位于地铁涵洞内下方并偏于一侧，洞体结构内四周钢筋密集，可视为边界磁导率无限大，以镜象法来计算其外电感。 轨道位置结构图 轨道直角双镜象图 A＝ 1.5 短路电流 二 机车起动过程仿真计算 机车起动系统示意图： 2.1 机车仿真模块图 2.2 仿真起动电流与实测电流比较 三 基于小波变换的区分机车起动电流和远端短路故障电流的保护方法 目前使用的馈线保护装置中常用增率保护（di/dt）来区分机车起动电流和远端短路故障电流，该方法是根据两种电流的特点而设定的，一般有两个保护定值E、F，EF，当检测到di/dtE时，保护开始计时，若tT(时间定值)时仍有di/dtF，则认为馈线发生短路故障，否则，认为机车起动状态，保护不动作。基本原理图如下： 小波变换是一种信号的时间一尺度(时间一频率)分析方法，在时频两域都具有表征信号局部特征的能力，很适合识别信号中的暂态扰动、突变以及不连续点。 3.2 小波变换特点 由于采用小波变换仅仅是检测突变点，因此小波函数的选取没有特殊要求，可以采用现有的小波函数，不需要自己设计新的小波函数 与传统区分方法di/dt保护相比 ,小波变换的方法检测的是电流突变的次数，与电量的大小和变化率无关，因此解决现在di/dt保护存在的问题 3.3 存在的问题 分析信号中干扰(噪声)的影响 对信号分析时数据窗边界小波变换系数震荡现象 单片机中计算时间的问题 四 直流牵引馈线继电保护装置的软硬 件的设计及调试 直流牵引继电保护装置采用模块化设计思想，装置由两部分组成：位于直流断路器处的隔离放大数据采集单元和位于保护柜体上的保护中心单元。硬件基本结构图如下 直流馈线微机保护装置的软件编写除了保护判别程序外其它的程序如自检程序、A/D采样程序、通信程序等与目前电力系统广泛采用的交流保护装置基本一致 ，所以，可以借鉴现有的交流保护设计思想。除了上述提到的di/dt保护外还包括保护近端短路故障、过负荷等保护方法。 4.1.1 Imax+,Imax- 保护方法 即最大电流保护，保护范围为近供电车站馈线短路故障。保护特点是电流定值大、动作时间短，类似交流保护中的电流速断保护。 4.1.2 标准反时限保护 按照BS 142/IEC 255 3/10 标准，反时限保护动作时间由以下公式确定： 4.1.3 时限过流保护 时限过流保护类似交流三段式电流保护中的二段保护，其保护原理和Imax保护一致，但保护电流定值小于Imax电流定值，时间定值长于Imax的时间定值，可以作为Imax的后备保护。 4.1.4 过负荷保护 过负荷保护电流定值一般较小，防止机车过载长时间运行烧毁设备，一般可设置一个告警信号，当发生过负荷现象时，发出告警信号而不跳闸。当长时间过负荷时，保护要实现跳闸功能。 4.2