直流牵引馈线微机保护装置.

论文所做的主要工作
1. 直流牵引网故障时短路电流的计算
2. 对机车起动过程进行仿真计算
3. 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 4. 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 * log(( D (c d * j )) * ( D (c d * j )) * ( D (c d * j )) * ( D (c d * j ))) 4
1 * log(( D (e d * j )) * ( D (e d * j )) * ( D (e d * j )) * ( D (e d * j )))) 4
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.
A( D D0 ) A( D a b * j) LA I
A( D D0 ) A( D e d * j ) LC I 4
A( D D0 ) A( D c d * j ) LB I 4
L外
1 LA 1 LB 1 LC
1.5 短路电流
4.1 软件设计
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。
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， E>F，当检测到di/dt>E时，保护开始计时， 若t>T(时间定值)时仍有di/dt>F，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：
VDC 1 i( ) * j R f ( ) Rs Req j ( L f ( ) Ls Leq )
二 机车起动过程仿真计算
机车起动系统示意图：
三轨
机车 交 流 系 统 输 电 线 路 换 流 站
走行轨
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
r2 P 2

1.3 等效圆柱体阻抗
z r jl
i I 0 (a i ) 2a I1 (a i )
1.4 外电感的计算
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。
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 2 1 d f
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。 A r 1
2
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
3.1 基于小波变换的保护方法 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
1 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
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：
0.14 t 0.02 *T I 1
轨道位置结构图
轨道直角双镜象图
I+ I4 I4 A
667.5
I+ B I4 C I4
509
2100
-665
-567.5
567.5
665
2100
I4
I4 I+
-509
Fra Baidu bibliotekI4 I+
I4
-667.5
A＝
0 I (log((D (a b * j )) * ( D (a b * j )) * ( D (a b * j )) * ( D (a b * j ))) 2 *