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原文传递新型电气化铁路馈线保护装置设计

论文题名：	新型电气化铁路馈线保护装置设计
关键词：	电气化铁路;馈线保护装置;保护动作;基波数据
摘要：	馈线保护装置是电气化铁路牵引综自保护系统中最重要的保护单元，牵引变电所供电臂距离长，接触网发生短路故障时谐波含量大，且容易造成频谱泄漏产生间谐波，影响保护动作精度，根据故障数据计算出的故障距离偏差较大，因此本文研究开发一款能够从谐波中准确提取基波数据，改进保护动作精度并满足故障测距要求的新型馈线保护装置。　　首先，对原有装置硬件全部重新设计。原有装置只能采集2电压+2电流，不满足AT(Autotransformer)牵引供电方式保护需求，因此将模拟量采集增加到采集4电压+4电流，满足了所有供电方式下保护需求。原有装置采用点数少，采样精度差，不能处理高次谐波，将AD采样点数增加到64点，提高了采样精度，可以提取2~31次谐波。为了提高数据计算速度和精度，选择一款主频120MHz的MCU(MicrocontrollerUnit)，数据计算全部采用浮点数方式，整个保护判断处理过程从原来的5ms缩短到3ms以内。为了减轻保护处理MCU的负担，增加通讯接口和数据存储能力，本文设计了一块独立的核心板，专门负责数据存储和通讯，实现了64条故障录波和事故报文、1024条事件记录存储的目标，满足了2个100/10M自适应且光/电可选对上通讯口设计需求，解决了现场只有100M网络或者光纤通讯时无法兼容的问题。继电器板设计时将跳合闸监视回路和控制回路分开，解决了现场跳合闸监视信号误判的难题。　　其次，对保护算法和测距算法等软件功能进行了研究改进。为了解决故障时谐波含量大、频谱泄漏产生的间谐波导致装置计算出的故障距离偏差大的问题，不仅从硬件上作出改进，还改进了分段测距原理、研究TLS-ESPRIT算法提取基波分量进行测距计算。为了更好的滤除故障前期的暂态直流分量，保护计算选择了半波傅里叶和差分傅里叶相结合的计算方式。在调试过程中为了解决装置在受到浪涌、振荡波等电磁兼容干扰导致保护误动的难题，研究出了突变量判别和奇偶差值法。原有的网络校时方式站内系统误差通常在100毫秒以上，本文增加的SNTP(SimpleNetworkTimeProtocol)和IRIG-B码校时方式可以达到站内误差2ms以内。为提高保护可靠性，改善了重合闸元件，增加了断路器失灵保护和PT断线动态调整定值功能。　　最后，将研究开发的新型馈线保护装置型号定为DPR-LP(T)。样机测试时电流速断出口时间24ms，受二次谐波闭锁和高次谐波抑制的自适应距离保护元件动作精度在0.1Ω以内。各回路均通过了快速瞬变、浪涌和振荡波等最高等级的电磁兼容实验。故障报文和COMTRADE格式录波以文件方式存储，所有数据均可以通过触摸屏或网页方式查看。短路故障存在间谐波时，原有装置采用的傅式算法提取基波进行电抗法测距误差达到1.77千米，采用TLS-ESPRIT算法计算出的误差在200米以内。新型馈线保护装置既满足了当前电气化铁路的发展需求，又解决了电抗法测距偏差大的难题。
作者：	马永波
专业：	电子与通信工程
导师：	李文渊
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2021