毕业设计-外文翻译 外文翻译

外文翻译毕 业 设 计（文献翻译）英文题目 Analysis of 220kV Line Distance Protections Measuring Impedance When V/X Traction Trans- former is in Short Circuit 中文题目 V/X牵引变压器在短路时 对220kV线路距离保护的测量阻抗分析 学 院 自动化与电气工程学院 专 业 电气工程及其自动化 姓 名 廖廷雄 学 号 201209743 指导教师 李 红 2016 年 6 月 12 日摘 要南京-上海城际铁路与上海-北京高速铁路的两个牵引变压器连接双单相牵引变压器，其为V/X接线，形成了一个完整的牵引力变压器。其中一个是工作用的，另一个是备用的。首先，这篇论文分析了低压侧V/X接线牵引变压器的短路电流计算以及相间的测量阻抗接地阻抗元件的220kV供电侧变电站的距离保护。此外，它分析了V/X接线相间的测量阻抗和接地阻抗元件在低压侧接线牵引变压器的短路阻抗。通过仿真实验，验证了这一结论是正确的。所有的分析和实验表明，当电网短路时的阻抗牵引电路发生在低压侧变压器时，220kV线路距离保护变电站电源侧最小测量阻抗比最小测量阻抗小得多。因此，应注意设置保护值，以避免设置错误。这结论也适用于V/X牵引线牵引110kV和220kV变压器的使用，包括上述电压等级铁路供电网。总的来说，本文提出了一些重要的意见，如应注意设置220kV线路距离保护。关键词：220kV线路距离保护；牵引变压器；V/X接线；短路测量阻抗分析南京-上海城际铁路和上海-北京高速铁路正在建设中。南京-上海城际铁路的长度为300.209km，其牵引供电系统采用AT供电方式。在这一行列车的最高速度已经设计到了350km/h。在江苏省，5台220kV牵引变电站是新建的，每个牵引变电站的功率是由两个独立可靠的220kV线路供电，彼此互为热备用。牵引变压器是由V/X接线连接，具有节省空间，投资小的优点。因此，上海-南京城际铁路和上海-北京高速铁路上所有的变压器均采用V/X接线。根据这一设计，为每个变电所配置四台单相变压器，采用V/X接线连接两相牵引变压器，形成一个完整的牵引变压器操作，其他V/X接线牵引变压器是固定的待命状态。两个220kV电源线配置两全光纤分相电流差动保护和一些后备保护，如相间接地距离保护，零序电流保护等。采用V/X接线的牵引变压器使220kV供电系统的负荷失衡。在平时，除了负序电流可以影响距离保护，220kV线路距离保护在电力供应方面，它也可以在低压侧的V/X接线牵引变压器短路时，测量阻抗和动作特性。这是不一样的短路电网中常规变压器的电路情况。所以我们不可以按常规变压器设置保护值，否则设置的保护值将是错误的。由于V/X接线是由V/V接线改进而来，所以我们首先分析了在短路时V/V接线的电压互感器在低压侧的短路电流和220kV线路距离保护的测量阻抗。此外，我们分析了220kV线路V/X接线牵引变压器在低压侧短路时的距离保护测量阻抗。由继电保护，所有的分析可为设定计算提供理论依据。1. 低压侧短路时，V/V接线牵引变压器短路电流的分析 由于V/X接线时由V/V接线改进而来，我们首先应分析V/V接线牵引变压器的短路电流及其对线路距离保护测量阻抗的影响。如图1所示为220KV铁路牵引供电系统，采用了 V/V接线变压器和220kV铁路牵引变电所供电的三相备用电流。牵引变压器是由2个V/V接线形式单相牵引变压器组成的一个完整的牵引变压器。这个低压侧牵引变压器的B相连接于轨道和A相连接列车电气化机车的负载，C相连接下列车电气化机车的负载。图1 铁路牵引V/V接线供电系统图图2所示为铁路牵引供电系统的等效电路图，所有参数都转换到牵引变压器高压侧。在图2中，ZXT是系统的正序列等效阻抗，ZL是正序列的线路等效阻抗；ZB是单相变压器的正序列等效阻抗（已转换到高压侧）。EA、EB、EC是电功率；在图2中，在 ABC和abc之间的部分是牵引变压器的等效电路。图2 V/V型电缆铁路牵引供电系统等效电路1.1 V/V型牵引变压器低压侧两相短路在图2中，假设电力系统是对称的，系统的等效阻抗和阻抗线是对称的，则有：EA=aEB=a2EC，其中，a=e j120 。例如带牵引变压器的低电压相位短路时，对220kV电源线，则有：IA=-IB，IC=0，所以，220kV线路没有零序电流。根据回路电压，则有：EA-EB=IAZxt+ZL+ZB-IB(Zxt+ZL) (1)IA=EA(1-a2)2Zxt+2ZL+ZB=3EAej302Zxt+2ZL+ZB (2)IB=3EAej302Zxt+2ZL+ZB (3)因为中性点的电功率是0，所以220kV变电站的母线电压为：同理，当低压侧牵引变压器的BC相、CA相短路时，可以推导得出220kV线路上的电流和220kV电源变电站的母线电压，如表1和表2所示。表1 V/V型220kV变压器低压侧两相短路电流表2 220kV母线上变电站V/V接线牵引变压器低压侧两相短路电源供电电压1.2 V/V接线牵引变压器低压侧三相短路在图2中，假设电源系统是对称的，则EA=aEB=a2EC，其中，a=e j120。根据回路电压，则有：按公式8，当V/V型牵引变压器的低压侧是三相短路时，220kV电源线没有零序电流。根据方程7、8和10，可以得出：因为中性点的电功率是0，则220kV变电站的母线电压为：2 V/V型牵引变压器短路时对测量阻抗的分析2.1 V/V型牵引变压器两相短路时对测量阻抗的分析在图2中，根据以上的短路电流分析结论，以AB相短路为例分析220kV电源线路保护的测量阻抗。根据表1和表2的结论，220kV电源线路保护AB相测量阻抗可以推导得出，如下：同理， BC和CA相的测量阻抗是：用同样的分析方法，根据以上表1和表2中的短路电流的分析，220kV电源线路的接地距离保护的测量阻抗可以推导如下：同样，当在BC相或CA相短路时，220kV电源供应线相间和接地距离保护的测量阻抗可以推导如下表3所示。表3 V/V型牵引铁路牵引低压侧两相短路220kV线路距离保护测量阻抗2.2 V/V型牵引变压器三相短路时的测量阻抗分析在图2中，根据上述对短路电流的分析结果，我们分析了220kV电源线路保护动作。根据对三相短路电流的分析，220kV电源线路保护AB相测量阻抗可推导如下：ZAB=UA-UBIA-IB=IAZL+ZB-IBZLIA-IB=ZB1-IBIA+ZL=ZB1-3a2(Zxt+ZL+ZB)3Zxt+ZL+(1-a2)ZB+ZL (21)同理， BC，CA相的测量阻抗如下：ZBC=ZB1-3a(Zxt+ZL+ZB)3Zxt+ZL+(1-a)ZB+ZL (22)ZCA=ZL+ZB (23)根据以上三相短路电流的分析，用相同的分析方法，可以推导得出220kV电源线路接地距离保护时的测量阻抗如下：ZA=UAIA+K3I0=EA-IAZxtIA=(Zxt+ZL+ZB)1-a2ZB3Zxt+3ZL+ZB-Zxt (24)类似地，B相和C相的测量阻抗可以推导出如下：ZB=ZL+ZB/3 (25)ZC=(Zxt+ZL+ZB)1-aZB3Zxt+3ZL+ZB-Zxt (26)2.3分析220kV线路距离保护的测量阻抗在表3中可以发现，在低压侧铁路牵引变压器的AB或BC相发生短路时，对220kV线路相间距离保护的距离测量阻抗总是ZL+ZB/2，这是最小值，其他两相测量阻抗都比这个值大。当在低压侧的铁路牵引变压器CA相发生短路时，220kV线路相间阻抗距离保护距离测量阻抗为ZL+ZB，这也是最小值，其他两相测量阻抗都比这个值大。因为当两相短路发生在铁路牵引变压器的低电压侧时，系统阻抗是远小于2ZL+ZB，220kV线路接地距离保护的测量阻抗等于相间距离保护最小测量阻抗的 23 ，它有一个30度偏移角。因为（Zxt+ZL）比ZB小得多，（Zxt+ZL）可以忽略不计，根据式21和式22，AB和BC相的最小测量阻抗如下：ZABZB1-3a21-a2+ZL=ZB1-3e-j150+ZL=77ZBe-j19.1+ZLZBCZB1-3a1-a+ZL=ZB1-3e j150+ZL=77ZBe j19.1+ZL (27)所以当三相短路发生在铁路牵引变压器低压侧时，ZAB和ZBC两测量阻抗值都比（ZL+ZB/3）大，并接近于（ZL+ZB/3），但小于（ZL+ZB）。因为（Zxt+ZL）比ZB小，（Zxt+ZL）可以忽略不计，根据公式23和公式25，A相和C相的最小测量阻抗如下：ZAZB1-a2+ZL=13ZBe-j30+ZL (28)ZCZB1-a+ZL=13ZBej30+ZL (29)因此，当三相短路发生在铁路牵引变压器低压侧时，ZA和ZC两个测量阻抗的值都要大于（ZL+ZB/3），而ZB的值等于（ZL+ZB/3）。 3 V/X接线牵引变压器短路时对线路距离保护测量阻抗的分析3.1 V/X接线牵引变压器绕组分析一般情况下，城际铁路变电所有2个牵引变压器，一个是用于供应电力用的，另一个是备用的。每个变压器由两个V/X接线连接的单相变压器组成（如图3）。一个单相变压器的T和F分别连接向南京的上列车和下列车，另一单相变压器的T和F分别连接开往上海的上列车和下列车。每一个单相变压器有一个一次绕组和两个二次绕组，一次绕组和二次绕组是结构对称的，T和F的极性相反。两个绕组的另一头与大地、钢轨连接在一起，使绕组的参数对称。典型的单相电压互感器铭牌参数为：DQY-40000 / 220，功率为40 / 25 / 25 MVA，额定电压为220/227.5kv，接线组别为Iioio，短路阻抗为10.3810.42%。图3 V/X接线牵引变压器接线图3.2 V/X接线牵引变压器的短路类型V/X接线牵引变压器短路类型主要有如下几种：(1)一个二次绕组或引线的单相变压器接地短路，这是最常见的类型；(2)两个单相变压器同时有一个二次绕组或引线接地短路，但这种类型是很少见的；(3)一个单相变压器的2个二次绕组或引线在同一时刻接地短路（对单相变压器短路来说这种类型很少），如跨接铁路的电力线，或通信线路中断和牵引线下垂或接地；(4)两单相变压器的两个二次绕组或引线接地短路（在所有短路类型中，这种类型是少见的），这种情况主要是发生在变压器检查时，某人忘记移除接地线；(5)一个单相变压器的两个二次绕组或导线之间的短路（短路发生在单相变压器的导线之间是很少的），如跨接铁路的电力线，或通信线路中断和下降的牵引线，但不能掉在地上的情况；(6)两单相变压器的两个二次绕组或者导线之间的短路，这种短路是罕见的。3.3 V /X接线牵引变压器短路分析分析V /X布线牵引变压器的短路类型(1)和(2)，等效电路图见图2，最后得出的结论是类似于V/V接线变压器。分析了V /X布线牵引变压器的短路类型(3)和(4)，等效电路也类似于图2，因为每个单相变压器的绕组参数是对称的，唯一的区别是，ZB被ZB替换。并且ZB=Z1+Z2/Z3（Z1、Z2、Z3是单相变压器的一次绕组和二次绕组被转换到高压侧的等效阻抗）。因此，对V/V接线变压器的短路和220K V线路距离保护的测量阻抗的分析也适用于V/X接线变压器系统，唯一的区别是，ZB被ZB替换。分析V/X接线牵引变压器短路类型(5)和(6)的等效电路是也类似于图2，因为每一个单相变压器的绕组参数是对称的，唯一的区别是用ZB被ZB替换，ZB=Z1+(Z2+Z3)0.52（两个二次绕组是串联的，其电压为55kV，即单相变压器的单位值的比例为0.5）。所以有ZB=ZB，即V/X接线牵引变压器的短路类型(3)和(5)有相同的结论，同理，类型(4)和类型(6)也是。4. 仿真实验图4是MATLAB的仿真模型，它使用了两个单相变压器组件来模拟一个V/X接线变压器。它通过改变低压侧的连接方式，可以建立不同类型的短路故障。在图4中，单相变压器一次绕组或导线的短路故障类型为接地短路。它通过傅立叶变换，转换测量到的电流和电压，以获得其幅度和相位，从而计算测量阻抗。图4只显示了A相和BC相的测量阻抗和其他阻抗的相位元素也采用相同的方法。为了证明这些推论和上面的结论，它需要做AB相、CA相、ABC三相的短路实验（BC相的推导与AB相是相同的）。为了证明V/X接线变压器的两个二次绕组或导线接地短路时ZB变成了ZB，三相短路试验时需要考虑这两个单相变图4 MATLAB仿真模型图压器的两个二次绕组或导线都接地短路的情况。实验参数为：Zxt=0.44+j5.97 , ZL=0.33+j2.13 , Z1=j18.15Z2=Z3=j102.85 , ZB=j121 , ZB=ZB=j69.575仿真试验和理论计算结果比较如下：(1) 当一个单相变压器（连接系统的AB相）的一个二次绕组接地短路时，在表3中可以看出，关于AB相的短路情况的理论表达式。得出的结论与表4相比：表4 两相短路的比较(2) 两个单相变压器的每一个二次绕组的相间短路，在表3中可以看出，关于CA相的短路情况的理论表达式。得出的结论相比于表5：表5 两相短路的比较(3) 当两个单相变压器的两个次级绕组都接地短路时，理论表达式为式21到25，ZB换成了ZB。这个结论相比较表6：表6 三相短路的比较从表4到表6，可以得出结论：理论推导结果与仿真实验结果相似。5. 关于220kV线路距离保护设置的注意事项当V/X接线铁路牵引变压器低压侧短路，220kV线路相间距离保护的最小阻抗（ZL+ZB/2）；然而，当所有牵引变压器的低压侧都短路时，220kV线路相间距离保护的最小阻抗比（ZL+ZB/3）大，接近于（ZL+ZB/3）。因此，如果相间距离的第一段和第二段保护的设置是为了避免铁路牵引变压器低压侧短路，那么，为了可靠，保护应根据以下公式30设置，同时，相间距离保护二段的灵敏性应大于1.513。ZzdKKZL+KKbZB/3 (30)式30中，KK和KKb是可靠系数，一般取0.70.8。以同样的方式，当铁路牵引变压器的低压侧发生三相短路时，有确定的接地阻抗ZB=ZL+ZB/3，所以如果接地保护第一段和第二段的保护设置是为了避免短铁路牵引变压器低压侧电路短路，应根据公式30设置保护，同时，接地保护段的敏感度应大于1.513。6. 结论理论分析和仿真实验表明当低压侧的牵引变压器短路时，在供电变电站220kV线路距离保护下，V/X接线铁路牵引变压器使相间保护和接地保护的测量阻抗要远小于常规变压器系统测量阻抗。应该注意：在220kV线路距离保护中，避免设置错误或跳闸事故。它需要指出的是，这一结论也适用于110kV和220kV以上电压等级包括铁路供电网的V/X接线牵引变压器。参考文献1 GB-14285,Technical regulation of relay protection and safe automatic deviceS.2 DLlT 584-2007,Operating regulations of relay protection in 3 110kV electric networkS.3 DLI T 594-2007,Operating regulations of relay protection in 220750 kV electric networkS.4 Cui Jia-pei, etc. Setting-calculation of Relay Protection and Automatic Security Device of Power SystemM.China Electric Power Press.2003.6.5 Yang Zhen-long. Comparison Between Engineering Application of V/X Wiring and Scott Wiring Traction TransformerJ. Electric Railway. 2006.03,4-7.6 Wang Hui-fang, He Ben-teng. Calculation Method of Maximal Current Mutation in Electrical Railway LoadJ.Automation of Electric Power Systems. 2008.9,79-82,1037 QIAN Hai. Discussion of 220kV line-protection operation in Ha-Da electrified railway roadJ. Electric Power Automation Equipment. 2002-12,68-71.about the author:1,Tang Da-hai(1963-), Male, the native in