地铁供电系统直流侧短路故障研究

论文摘要

地铁供电系统,是地铁工程中重要机电设备系统之一,它担负着为地铁列车和各种辅助设备供电的重要任务。供电系统的安全性,关系着乘客安全、运营人员安全、行车安全、设备安全等多个方面。直流系统短路故障分析即是地铁供电系统设备选型及继电保护整定计算的依据,同时也是保证继电保护可靠性、选择性、灵敏性及速动性的基本条件,为地铁供电系统的安全性提供了必不可少的保障,具有重要意义。本文对地铁供电系统的结构进行了分析,结合地铁供电系统的主变电所、牵引变电所、牵引网三大部分的结构特点,将从城市电网到主变电所部分采用阻抗等效的计算方法,着重分析以牵引变电所与牵引网作为基础结构的供电系统直流侧短路电流的计算方法。首先在分析各种牵引变压器及整流器的基本结构的基础之上,着重分析当前应用较为广泛的24脉波整流器在不同负载情况下的导通过程及短路电流计算方法。以此为基础,研究了将整个牵引供电系统作为一个整体的短路电流计算方法,建立仿真计算模型,并形成算法。然后采用LU分解法,在VC++/MFC基础上开发了地铁供电系统短路计算软件。最后通过仿真结果与上海地铁3号线的短路实验结果的对比,验证了软件计算结果的可靠性。在仿真计算的基础之上,通过理论分析得到,24脉波整流电路在轻负载或短路的情况下,桥臂三相电流趋于对称的特点。提出了24脉波整流电路近端短路电流计算方法,并推到了简化计算公式,最后通过Matlab仿真验证了计算方法的正确性。然后以6脉波整流电路远端短路电流理论计算方法为基础,推导了24脉波整流电路远端短路电流计算方法。建立了较完善的24脉波整流电路理论分析方法,可为地铁供电系统短路分析及设备选型的理论分析提供基础。本文短路故障分析是建立在各种牵引网线路保护方式基础之上的,如大电流脱扣保护、电流变化率及电流增量保护、过电流保护等。文中针对以上几种保护方式的若干关键问题进行了详细分析,如电流变化率、最大短路电流、供电回路时间常数、稳态短路电流等。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本论文所做的工作
• 第2章 地铁供电系统结构
• 2.1 地铁供电系统概述
• 2.2 牵引变电所
• 2.2.1 6脉波整流电路
• 2.2.2 12脉波整流电路
• 2.2.3 24脉波整流电路
• 2.2.4 24脉波整流电路导通过程分析
• 2.3 牵引网
• 2.3.1 牵引网的布局
• 2.3.2 牵引网阻抗
• 2.3.3 直流供电系统短路保护
• 第3章 地铁供电系统仿真模型
• 3.1 直流供电系统短路仿真模型
• 3.1.1 牵引变电所仿真模型
• 3.1.2 牵引网暂态仿真模型
• 3.1.3 直流供电系统网络解算
• 3.1.4 仿真计算结果
• 3.2 直流供电系统直流侧短路特性分析
• 3.2.1 暂态短路电流电流分析
• 3.2.2 稳态短路电流电流分析
• 第4章 地铁供电系统直流侧短路故障分析
• 4.1 近端暂态短路电流
• 4.1.1 各相短路电流计算
• 4.1.2 整流桥直流侧电流
• 4.1.3 整流电路直流侧电流
• 4.1.4 近端短路电流简化计算公式
• 4.1.5 短路电流幅值
• 4.2 远端暂态短路电流计算
• 第5章 地铁供电系统短路故障分析软件
• 5.1 软件功能分析
• 5.2 软件编写
• 5.3 仿真实例与验证
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研实践