外文文献翻译 译文

兰州交通大学毕业设计（英文翻译）同步电源牵引变电所保护和控制系统郑庆汉*，邢玉曹*，高宝*，志前波西南交通大学电气工程学院，四川成都610031阿尔斯通电网自动化，Stafford St17 4LX，英国摘要：为了给列车供电，牵引供电系统的结构与公用电网截然不同。单相牵引负载导致一些问题，如负序，谐波，无功功率和交叉中性部分。基于现有的牵引供电系统，有源电力滤波器用于构建同相牵引供电系统。它不仅消除了牵引变电站附近的中性部分，还补偿了谐波电流和无功功率。 在完美的运行条件下，从HV侧看，单相和非线性牵引负载大致相当于三相对称电阻负载。本文介绍了同相电源测试系统。同时介绍了同相牵引变电站的保护和控制功能。关键词：同相供电系统；电力流量控制器；牵引变电站；防护功能；控制功能1介绍如今，交流电气化铁路往往采取同步方式为中国电力机车供电。因此，在牵引变电站或分段柱附近有中性部分。由于中性部分的机械和电气缺陷，列车将引起牵引力和速度的损失。在某些关键条件下，穿过中性线路的电车可能会导致异常衬衫电路故障。作为单相非线性负载，交流电力机车对公用电网造成了大量的电力质量问题，如三相不平衡，无功功率，谐波等。 为了解决这些问题，必须提高牵引供电方式。基于对称补偿技术的同相牵引电源的提供方法，从根本上克服了这些问题。本文首先简要介绍了同相供电系统和中国同相供电测试系统的基本原理。 在此基础上，介绍了同相供电系统的保护和控制方案。2同相供应的基本原则为了减少总负电流，公用电网的三相交替定期供电交流电气化铁路牵引变电所。也就是说，牵引变电站变压器的HV侧按照适当的顺序连接到公用电网的不同阶段。 异相供应系统方案如图1所示。为了实现相位切换并防止相间短路，不同的馈电部分被中性部分分开。基于现有的牵引供电系统，有源电力滤波器用于构建同相牵引供电系统。牵引变压器的绕组连接与同相电源的构造有关。基于阻抗匹配平衡变压器和回波馈送系统的同相供电系统如图21所示。图1 异相供电系统图2 基于阻抗匹配平衡变压器和回波馈送系统的同相供电系统与图1相比，同相供电系统的变压器连接到图2中的公用电网的相同阶段，中性部分被拆除，同相供电设备安装。在图2中，馈电部分连接到相牵引母线。同相供电设备连接在相和相牵引母线之间，将有源电力从端口传输到alpha端口，并补偿电力系统的无功功率。同相供电系统具有以下特点：(1) 采用跟踪回馈系统，节省投资，经济效益好。(2) 使用阻抗匹配平衡变压器可以获得良好的变压器容量利用率。当LV侧两端的负载相同时，变压器HV侧的三相电流对称。(3) 使用同相电源设备产生谐波电流和无功供电电力列车。(4) 铁路线全部供电段由一个公用电网供电时，可保证相位同步。因此，位于牵引变电站附近的中性部分可以被去除，并且位于部分柱附近的中性部分可以被断裂更换，这更方便维护。(5) 同相电源设备不工作时，只有变压器的阿尔法端口供电给火车。异常运行状态会导致三相公用电网变压器过载和不平衡问题的端口。因此，需要通过接通/断开相关的断路器和开关来尽快地将同相电源模式改变为异相供电模式。图2中的s相电源设备主要由有源电力滤波器，隔离变压器和电缆组成，如图3所示。图3 相供应系统结构有源电力滤波器在本文中也称为功率流量控制器（PFC），由功率转换器，指令电流运算电路，控制电路和驱动电路组成。对于阻抗匹配平衡变压器的两个端口之间的角度差为90，则使用单相背对背转换器结构。 为了容易理解和简化电路回路，变压器的两个输出端口如图3所示。 由于牵引变压器LV侧的额定电压为27.5 kV，隔离变压器T1和T2用于转换电压以满足电力转换器的电压容限级别。隔离变压器LV侧的额定电压通常为5002000V。为了降低PFC直流部分的100Hz电压波动，采用LC串联电路滤除谐波，保持平滑的直流电压，调节系统动态性能。在图3中，和代表LV侧变压器电流，和表示流过同相供电设备的电流,表示负载电流。3相电源测试系统目前，同步牵引供电系统正在中国试运行。 测试系统方案如图4所示。 牵引供电系统采用回波馈送系统和阻抗匹配平衡变压器。图4中的实线部分是现有的异相供电设备，其他虚线部分是两套同相供电设备。在图4中，PFC1和PFC2是功率流量控制器。T1，T2，T3和T4是隔离变压器。B1，B2，B3和B4是母线，B3是B1的辅助母线，B4是B2的辅助母线。QS1和QS2是负载开关。 B2通过QS1连接到B4，B3通过QS2连接到B4。同相供电设备连接在B3和B2之间。QF1，QF2，QF3，QF4，QF5，QF6和QF7是断路器，TV1，TV2和TV3是电压互感器，TA1，TA2，TA3和TA4是电流互感器。图4 同相供电测试系统方案当QF1，QF2和QS2闭合并且QS1打开时，同相供电设备在使用中，并且系统处于同相供电模式。同相供电设备发生故障或维护时，QF1，QF2和QS2打开，QS1关闭，系统切换到异相供电模式。在同相电源模式下，变压器的Alpha端口输出所有牵引负载的基本有功功率的一半，变压器的EHWD端口通过同相电源设备输出所有牵引负载的基本有功功率的一半。此外，同相供电设备还生产基本的无功功率和谐波功率，以提供所有牵引负载。因此，通过整流和反相转换，PFCs发送有功功率并补偿无功功率和谐波分量。通过使用Matlab / Simulink，建立了一个模拟同相供电系统的模型。在同相电源模式下，平衡变压器HV侧三相电压和电流的仿真结果如图5所示。图5 LV侧电压和电流的仿真结果图5显示同相电源系统可以平衡变压器HV侧的三相电压和电流，并减少谐波。从变压器的HV侧看，单相和非线性牵引负载大致相当于三相对称电阻负载。4保护和控制系统同相牵引变电站的保护和控制自动化系统，类似于异相牵引变电所的自动化系统，由湾层，网络层，变电站层组成，如图6所示。自动化系统的功能包括继电保护，数据采集，运行控制，故障和事件日志，故障定位，HMI功能等。图6 保护和控制自动化系统假设系统可以处于同相供电模式或同相供电模式。 因此，继电器和控制器的所有功能和设置必须满足两种模式的要求。PFCs的工作电压在22kV到31kV之间。PFCs通过变压器TV1和TV2检测母线B1和B2的实时电压。如果任一电压不在工作范围内，两个PFC都将停止工作在几毫秒。4.1进料器继电保护同相供电牵引变电所馈线的保护功能与常规异相牵引供电系统的保护功能相似2激活的保护功能包括距离区域1和区域2，过流第一级和第二级，过电流和自动重合闸。距离保护是馈线故障的主要保护，启动自适应四边形特性和二次谐波阻塞标准，以避免重载引起的故障。为了满足两种供电方式，距离保护必须使用图4中通过变压器TV3的母线B4的电压，其等于同相模式下的TV1，并且在异相模式下等于TV2。过流保护是馈线故障的备用保护，也激活了二次谐波阻塞标准，以避免重载引起的故障。三角过电流保护被激活，为馈线故障提供更敏感的过流保护。三角形过电流的拾取电流约等于过电流第二级的起动电流的一半。自动重合闸用于清除主要由电弧短路引起的瞬态故障。4.2牵引变压器继电保护牵引变压器的保护功能也与传统的异相牵引供电系统相似。 激活的保护功能包括电流差动保护，母线低压启动的HV侧过流保护，母线低压启动的低压侧过流保护，反时限过流保护，气体保护。电流差动保护和气体保护是牵引变压器的主要保护，与公用电网电力变压器相似。母线低压启动的低压侧过电流保护是母线故障和馈线故障备用保护的主要保护。母线低压启动的HV侧过流保护是变压器故障和母线故障的备用保护。反时限过流保护用作过载保护，以防止长时间重负载引起的过热损坏。4.3同相电源设备的继电保护为了提供隔离变压器T1-T4，功率流量控制器PFC1和PFC2以及它们之间的电缆的完美保护，每个PFC电路分支都安装有独立的主保护继电器和备用保护继电器。激活的保护功能包括过流保护，欠压保护，气体保护和有功功率差动保护。任何保护功能将跳闸QF1和QF2两侧断路器。此外，根据隔离变压器的容量，应提供电流差动保护。然而，由于隔离变压器LV侧的电压仅为500V，额定电流接近一万安培，因此难以安装匹配的电流互感器。因此，隔离变压器未配置电流差动保护等LV侧保护。过流功能不仅可以保护隔离变压器和PFC之间的电缆，还可为PFC提供备用保护。当空载接通时，隔离变压器可能产生大的浪涌电流。为避免浪涌电流引起的过流保护误动作，二次谐波阻塞功能与过电流标准相结合。过电流保护装置安装在同相电源设备的每一侧，其中相过流保护原理图如图7所示，与阶段类似。图7 相过流保护原理在图7中，和分别表示相电流的基波和二次谐波RMS值，表示拾取电流，是百分比因子，通常设置为15%，是延迟时间。母线故障或断电时，欠压保护主要用于切断同相供电设备。相欠压保护原理图如图8所示，与相类似。图8 相欠压保护原理在图8中，是相的基本RMS电压值，为拾取电压，为延迟时间。气体保护用于保护蓄电池内部故障的隔离变压器。同相供电设备仅传输但不产生有功功率。因此，引入有源电源差动保护，如图9所示。图9 有功功率差动保护原理图9中，和表示有功功率的基本RMS值，为拾取阈值，设置为避免同相电源设备的有功功率损耗和仪表变压器故障引起的故障，为延迟时间。4.4从同相供电到异相供电的自动切换功能在图4中，保护继电器跳闸断路器QF1和QF2后，同相电源系统故障。 在这种情况下，所有的喂养线由牵引的alpha端口提供变压器。有必要尽快将电源系统更换为异相模式。引入了从同相供电到异步供电的自动切换功能，由保护