牵引变压器微机主保护系统设计研究

论文摘要

牵引变压器是电气化铁道牵引供电系统中的重要电气设备之一,担负着向电力机车连续不间断供电任务,它的稳定、可靠运行直接关系到整个铁路运输的安全。随着电气化铁道的不断发展和高速铁路的兴起,对牵引变压器微机保护系统的性能提出了更高的要求。阻抗匹配平衡变压器能够很好的抑制负序电流对电力系统的影响和容量利用率高等优点在我国电气化铁道中得到了广泛的应用,已成为我国牵引变压器的主要接线型式。目前我国牵引变压器主保护都采用差动保护原理,但是牵引变压器空载合闸时的励磁涌流和外部短路时的不平衡电流给差动保护带来了很多干扰,导致差动保护不能准确的区分牵引变压器的内部故障和外部故障,从而造成保护的误动作或拒动作。因此,很多专家学者都致力于探索牵引变压器保护的新原理。本文基于阻抗匹配平衡变压器差动保护原理局限性的分析,提出了基于参数辨识的牵引变压器保护原理,建立了阻抗匹配平衡变压器的辨识模型,并通过仿真验证了该原理用于牵引变压器保护的可行性,设计了基于参数辨识牵引变压器微机保护的软、硬件平台。本文完成了以下研究工作:①基于阻抗匹配平衡变压器结构特点、工作原理及其一次侧和二次侧电流、电压变换关系研究,重点分析了牵引变压器差动回路不平衡电流和空载合闸时的励磁涌流使纵联差动保护用于牵引变压器保护的局限性。②在无需鉴别励磁涌流及易于区分牵引变压器内外部故障的前提下,提出了一种新的基于牵引变压器高压侧绕组参数辨识的牵引变压器微机保护原理。③基于阻抗匹配平衡变压器电磁特性分析,建立了阻抗匹配平衡变压器的辨识模型。④利用MATLAB和最小二乘递推算法,对阻抗匹配平衡变压器高压侧绕组电阻和短路电抗作了辨识仿真研究,验证了基于参数辨识牵引变压器微机保护的可行性;⑤设计了基于参数辨识牵引变压器微机保护装置的软、硬件平台。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 牵引变压器微机保护的研究现状
• 1.1.1 微机保护的研究现状
• 1.1.2 牵引变压器微机保护的研究现状
• 1.2 本课题研究的目的和意义
• 1.3 本文的主要研究工作
• 1.4 本章小结
• 2 牵引变压器主保护的基本原理
• 2.1 阻抗匹配平衡变压器的结构特点与工作原理
• 2.1.1 平衡变压器的结构特点
• 2.1.2 平衡变压器的基本工作原理
• 2.2 牵引变压器的差动保护原理
• 2.2.1 普通电力变压器的纵联差动保护原理及接线
• 2.2.2 平衡牵引变压器的差动保护原理
• 2.3 牵引变压器差动回路的不平衡电流
• 2.4 牵引变压器差动保护中的励磁涌流问题
• 2.5 差动保护用于变压器保护的局限性
• 2.6 本章小结
• 3 参数辨识在变压器保护中的应用
• 3.1 系统参数辨识的基本概念
• 3.2 最小二乘辨识法
• 3.2.1 最小二乘法原理
• 3.2.2 最小二乘参数估计的递推算法
• 3.3 等值回路法原理
• 3.4 基于参数辨识的变压器保护
• 3.5 本章小结
• 4 基于参数辨识的牵引变压器保护原理
• 4.1 引言
• 4.2 阻抗匹配平衡变压器的电压平衡方程
• 4.3 基于最小二乘递推算法的变压器参数辨识
• 4.3.1 阻抗匹配平衡变压器的线性模型
• 4.3.2 阻抗匹配平衡变压器的辨识模型
• 4.3.3 辨识过程及初值的选取
• 4.4 实验仿真及分析
• 4.5 本章小结
• 5 微机主保护系统的硬件平台设计
• 5.1 硬件平台的功能结构
• 5.2 电源插件
• 5.3 CPU 插件
• 5.3.1 CPU 选型
• 5.3.2 MCF52235 最小系统
• 5.3.3 通信模块
• 2C 模块'>5.3.4 I²C 模块
• 5.3.5 A/D 转换电路
• 5.4 模拟量输入插件
• 5.4.1 交流电压变换电路
• 5.4.2 交流电流变换电路
• 5.5 开关量输入插件
• 5.6 开关量输出插件
• 5.7 人机交互接口电路
• 5.8 本章小结
• 6 微机主保护装置的软件平台设计
• 6.1 软件平台的总体构架
• 6.2 主程序模块
• 6.3 中断服务子程序模块
• 6.3.1 定时器中断程序
• 6.3.2 通信中断程序
• 6.4 功能子程序模块
• 6.4.1 故障处理程序
• 6.4.2 A/D 采样程序
• 6.4.3 液晶显示程序
• 6.5 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A 作者在攻读学位期间发表的论文目录
• B 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录