(完整版)電氣工程開題報(bào)告-最終版資料

1、西南交通大學(xué)碩士研究生選題報(bào)告姓名*學(xué)號(hào)*導(dǎo)師姓名*職稱教授專業(yè)電氣工程研究方向*題目*2015 年* 月 * 日開題報(bào)告的內(nèi)容應(yīng)包括（ 1） 課題的研究意義、國內(nèi)外現(xiàn)狀分析。（ 2） 課題研究目標(biāo)、研究?jī)?nèi)容、擬解決的關(guān)鍵問題。（ 3） 擬采取的研究方法、技術(shù)路線、試驗(yàn)方案及其可行性研究。（ 4） 課題的創(chuàng)新性。（ 5）計(jì)劃進(jìn)度、預(yù)期進(jìn)展和預(yù)期成果。注：（ 1）開題報(bào)告由各院（系、所、中心）組織實(shí)施，專家組成員由副高以上人員組成，邀請(qǐng)導(dǎo)師和督導(dǎo)組相關(guān)專家參加，導(dǎo)師擔(dān)任組長(zhǎng)。（ 2）專家組的作用是幫助導(dǎo)師和研究生執(zhí)行選題論證，論證意見以“通過” 、“不通過”結(jié)論。通過者按計(jì)劃開展論文工作，不通過

2、者，在半年內(nèi)需重新開題。選題報(bào)告主要內(nèi)容1. 課題的研究意義近年來， 我國高速鐵路迅速發(fā)展， 為我國社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展發(fā)揮了極大的推動(dòng)作用。我國電氣化鐵路采用工頻單相交流制，工頻單相交流制電氣化鐵路有可以使電力牽引節(jié)約能源、提高列車的牽引重量、 提高列車的運(yùn)行速度等優(yōu)點(diǎn)。 但是由于工頻單相交流制電氣鐵路牽引負(fù)荷的特殊性，存在大量的負(fù)序電流、諧波、無功以及“過分相”等問題。這些都限制了我國電氣化鐵路的發(fā)展。 列車過分相， 會(huì)造成一定長(zhǎng)度的無電區(qū)，使得機(jī)車不能連續(xù)平滑的受流， 嚴(yán)重影響牽引供電系統(tǒng)的整體性能。對(duì)于重載鐵路而言， 這會(huì)使得列車速度進(jìn)一步下降， 若遇到大坡道等特殊情況， 造成重載列車停坡

3、， 則會(huì)給鐵路安全有效運(yùn)營帶來重大影響。此外，由于電分相裝置的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，可靠性低，且成本高，使得電分相成為牽引供電系統(tǒng)中較為薄弱的環(huán)節(jié)， 在很大程度上制約了高速重載鐵路的發(fā)展。另外， 單相工頻交流制鐵路還會(huì)產(chǎn)生以負(fù)序?yàn)橹鞯碾娔苜|(zhì)量問題，使電力部門與鐵路部門相互推諉扯皮，影響我國電氣化鐵路的發(fā)展 1-4 。以電力電子器件和控制理論為基礎(chǔ)的貫通供電系統(tǒng)， 可以實(shí)現(xiàn)電氣化鐵路內(nèi)部的同相聯(lián)網(wǎng)，消除或大大減輕對(duì)電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量影響，徹底解決高速電氣化鐵路電能質(zhì)量問題，是理想可行的新型牽引供電方案 5-8 。該系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢(shì)：(1)不存在電分相問題，適合高速重載機(jī)車運(yùn)行；(2)貫通同相供電模式中變電

4、所主變壓器容量可大幅減小，從而節(jié)省固定容量電費(fèi)；(3)徹底隔離了公用電網(wǎng)與牽引供電網(wǎng)，大大減小因電能質(zhì)量引起的罰款損失，考慮到能量在三相一單相變換器上的雙向流動(dòng)性。機(jī)車的再生制動(dòng)反饋電流可通過接觸線被供給線上其它的負(fù)載使用外，還可由變流器反饋至公用電網(wǎng)；(4)貫通區(qū)間內(nèi)各變電所互為備用。由于牽引負(fù)載功率由貫通區(qū)間內(nèi)所有變電站供給，相比傳統(tǒng)跨區(qū)供電方式，具有更高供電可靠性。2014 年 12 月 28 日，世界首套 “單三相組合式同相供電裝置”在山西中南部鐵路通道沙峪牽引變電所投運(yùn)成功，標(biāo)志著同相供電技術(shù)及裝備進(jìn)入了工程化應(yīng)用階段。作為同相供電投運(yùn)后最為關(guān)鍵的運(yùn)行維護(hù)技術(shù)，現(xiàn)在還處于摸索階段。針

5、對(duì)目前對(duì)同相供電運(yùn)行維護(hù)研究的缺乏， 本課題旨在通過對(duì)同相補(bǔ)償裝置的結(jié)構(gòu)和分區(qū)所雙邊運(yùn)行要求的研究，提出貫通式同相供電系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)原則，建立貫通同相供電系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)體系框架，解決同相供電系統(tǒng)迫切需要的運(yùn)行維護(hù)技術(shù)。2. 國內(nèi)外現(xiàn)狀分析國外發(fā)達(dá)國家對(duì)于牽引供電系統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)維修基本采用狀態(tài)維修。德國高速鐵路實(shí)行的是狀態(tài)維護(hù)、壽命管理模式。對(duì)于牽引供電設(shè)備的狀態(tài)按照周期來進(jìn)行檢測(cè)，包括狀態(tài)檢測(cè)、性能檢測(cè)、全面檢測(cè)，根據(jù)設(shè)備檢測(cè)所確定的設(shè)備狀態(tài)，再進(jìn)行檢修。日本、法國、奧地利等國家，也采用狀態(tài)修這種維修方式9,10 。多年來，我國電氣化鐵路牽引供電設(shè)備維修一直采用周期維修制。 這種修制對(duì)設(shè)備缺陷的發(fā)現(xiàn)

6、雖然具有一定的預(yù)防作用， 但修前完全沒有針對(duì)性。 這種盲目的維修模式在電氣化鐵路運(yùn)行初期，在設(shè)備整體質(zhì)量不高、備用方式不完備(移動(dòng)備用 )的情況下對(duì)及時(shí)保持設(shè)備處于良好狀態(tài)發(fā)揮了積極作用。但隨著技術(shù)的進(jìn)步， 設(shè)計(jì)水平、 設(shè)備制造水平及施工工藝水平的不斷提高， 牽引供電設(shè)備的整體可靠性得到了大幅度提高。在這種情況下， 周期修的弊端日益顯現(xiàn)， 突出表現(xiàn)在維修的盲目性大，效率低。 這不僅因維修任務(wù)量大造成維修任務(wù)難以全面完成， 而且大量的 “盲” 修也給鐵路運(yùn)輸帶來嚴(yán)重干擾。加之鐵路運(yùn)輸不間斷、 高密度、高負(fù)荷的特點(diǎn)， 牽引供電系統(tǒng)必須盡量提高和保障供電設(shè)備以及系統(tǒng)的可靠性，降低其失效風(fēng)險(xiǎn)， 因?yàn)橐?/p>

7、旦牽引供電系統(tǒng)發(fā)生故障或事故，將造成鐵路運(yùn)輸中斷，給國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展造成巨大損失。周期維修制存在多方面弊端11-13 。隨著鐵路跨越式發(fā)展的不斷深化，鐵路發(fā)生了本質(zhì)性的變化， 加之新技術(shù)裝備的層出不窮，運(yùn)輸生產(chǎn)力布局的不斷調(diào)整等變化與既有體制產(chǎn)生了巨大的沖擊，各方面的改革勢(shì)在必行。列車速度快、行車密度大要求供電容量大、供電可靠性高。牽引供電系統(tǒng)作為一種故障多發(fā)性的特殊電力系統(tǒng)， 質(zhì)量變化規(guī)律的確定和非確定性因素同時(shí)存在，其對(duì)設(shè)備的可靠性有著更高的要求， 科學(xué)合理的維修方式也就顯得這關(guān)重要。以狀態(tài)監(jiān)測(cè)為基礎(chǔ)，建立在疲勞累計(jì)損傷理論基礎(chǔ)上的剩余壽命預(yù)測(cè)技術(shù)將是供電設(shè)備可靠性評(píng)估的一個(gè)重要研究方法

8、，同時(shí)結(jié)合貫通同相供電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠性評(píng)估，確定維修的必要性和可靠性，對(duì)維修要求進(jìn)行重新評(píng)估，制訂出實(shí)用、合理的維修計(jì)劃或大綱14-19 。3. 課題研究目標(biāo)、研究?jī)?nèi)容、擬解決的關(guān)鍵問題（ 1）課題研究目標(biāo)針對(duì)貫通同相供電系統(tǒng)同相補(bǔ)償裝置的結(jié)構(gòu)和分區(qū)所雙邊運(yùn)行要求提出貫通同相供電系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)原則， 建立貫通同相供電系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)體系框架，在滿足運(yùn)行要求前提下優(yōu)化貫通同相供電系統(tǒng)運(yùn)行方式； 提出同相補(bǔ)償裝置及貫通同相供電系統(tǒng)相關(guān)運(yùn)行規(guī)范等技術(shù)文件。研究?jī)?nèi)容建立貫通同相供電系統(tǒng)的可靠性模型，基于拓?fù)涞刃У乃枷雽⒇炌ㄍ喙╇娤到y(tǒng)的不同工況等效為系統(tǒng)的不同運(yùn)行拓?fù)溥M(jìn)行建模， 得到相應(yīng)運(yùn)行拓?fù)湎碌?/p>

9、可靠度表達(dá)式并完成系統(tǒng)的總體可靠性建模；建立貫通同相供電系統(tǒng)的疲勞損傷評(píng)估模型， 使用累計(jì)損傷度計(jì)算方法對(duì)貫通同相供電系統(tǒng)變壓器、交直交變流器、接觸網(wǎng)進(jìn)行疲勞損傷分析，最終得到貫通同相供電系統(tǒng)整體的疲勞損傷情況；研究動(dòng)態(tài)維修方法和動(dòng)態(tài)優(yōu)化理論在貫通同相供電系統(tǒng)維護(hù)與維修過程中的應(yīng)用問題；（ 2）擬解決的關(guān)鍵問題 貫通同相供電系統(tǒng)可靠性模型的建立；貫通同相供電設(shè)備的剩余壽命預(yù)測(cè)模型的建立；動(dòng)態(tài)檢修周期以及檢修范圍的確定；4. 擬采取的研究方法、技術(shù)路線、實(shí)驗(yàn)方案及可行性研究（ 1）研究方法 調(diào)研：通過文獻(xiàn)檢索、資料查閱、專題講座、學(xué)術(shù)交流等形式，收集、整理電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)相關(guān)的資料

10、，為本課題的研究準(zhǔn)備翔實(shí)的資料。 理論分析研究：以電氣化鐵路牽引供電知識(shí)和貫通同相供電系統(tǒng)基本理論為基礎(chǔ)，結(jié)合既有電氣化鐵路和大功率電力電子設(shè)備（風(fēng)電變流器、 牽引傳動(dòng)變流器）的運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，建立同相補(bǔ)償裝置和雙邊供電運(yùn)行維護(hù)技術(shù)體系。（ 2）技術(shù)路線、實(shí)驗(yàn)方案以狀態(tài)監(jiān)測(cè)和可靠性分析為基礎(chǔ)，應(yīng)用數(shù)學(xué)建模方法以及疲勞累計(jì)損傷理論、系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法， 結(jié)合貫通同相供電系統(tǒng)在運(yùn)行拓?fù)?、運(yùn)行方式和運(yùn)行工況方面的特殊性，對(duì)其可靠性建模、 壽命預(yù)測(cè)以及進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化維修。運(yùn)用動(dòng)態(tài)檢修模型選擇維護(hù)與維修的時(shí)機(jī)和方式。在牽引供電系統(tǒng)的設(shè)備和元器件使用壽命及可靠性水平已知的條件下，對(duì)牽引供電系統(tǒng)的檢修范圍進(jìn)行動(dòng)

11、態(tài)優(yōu)化。從可靠性最大和維修費(fèi)用最小的角度進(jìn)行多目標(biāo)規(guī)劃，得出基本的預(yù)防維修間隔，然后分析牽引供電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)維修過程，進(jìn)而確定動(dòng)態(tài)檢修周期。在保證可靠性最大的前提下實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最大運(yùn)行效率和最少維護(hù)維修費(fèi)用。（ 3）可行性研究 所在鐵道電氣化與自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室為鐵道部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)期從事電氣化鐵路牽引供電領(lǐng)域的研究，在同相供電系統(tǒng)和牽引供電系統(tǒng)研究方面有扎實(shí)的基礎(chǔ)。目前關(guān)于同相供電理論的研究已經(jīng)非常深入，在西南交通大學(xué)主持承擔(dān)的國家重大科研項(xiàng)目“十一五”國家科技支撐計(jì)劃“電力電子關(guān)鍵器件及重大裝備研制”項(xiàng)目“電氣化鐵路同相供電裝置”落地眉山牽引變電所試驗(yàn)成功。2014 年 12 月 28 日，由西南交

12、通大學(xué)電氣工程學(xué)院李群湛教授主持研制的世界首套“單三相組合式同相供電裝置” 在山西中南部鐵路通道重載綜合試驗(yàn)段沙峪牽引變電所投運(yùn)成功。同年，采用西南交大同相供電技術(shù)的溫州市域鐵路S1 線一期工程獲 “國家示范工程” 。這些既有理論及實(shí)際研究成果都為本課題的順利完成提供了良好的鋪墊。5. 課題的創(chuàng)新性貫通同相牽引供電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了電氣化鐵路在向電力系統(tǒng)取電的同時(shí)能把它對(duì)電力系統(tǒng)的干擾隔離開來， 并在鐵路內(nèi)部使用統(tǒng)一的電壓供電并取消電分相裝置等功能。 目前，對(duì)電氣化鐵路的維護(hù)研究主要集中在異相供電上， 對(duì)貫通同相供電運(yùn)行維護(hù)的研究較少， 作為同相供電裝置投運(yùn)后最為關(guān)鍵的運(yùn)行維護(hù)技術(shù)， 目前還處于摸索階

13、段， 研究適應(yīng)貫通同相供電裝置現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行維護(hù)技術(shù)變得至關(guān)重要且迫在眉睫， 本課題旨在根據(jù)同相補(bǔ)償裝置的結(jié)構(gòu)和分區(qū)所雙邊運(yùn)行要求， 同時(shí)結(jié)合壽命預(yù)測(cè)和可靠性的維修理念， 建立貫通同相供電系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)體系。6.計(jì)劃進(jìn)度及預(yù)期進(jìn)展：2015 年 09 月 2015 年 12 月搜集學(xué)習(xí)相關(guān)資料，明確研究目標(biāo)與內(nèi)容；2016 年 01 月 2016 年 03 月學(xué)習(xí)大功率電力電子的維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，確定同相供電系統(tǒng)所應(yīng)采取的維護(hù)維修原則；2016 年04 月2016 年07 月搭建組合式同相供電變流器的電熱仿真模型，并進(jìn)行結(jié)溫分析；2016 年2016 年08月09 月2016 年 09 月2016 年 10

14、 月建立交直交變流器的可靠性模型，并進(jìn)行可靠性分析；結(jié)合可靠性分析，提出貫通同相供電系統(tǒng)維護(hù)原則，特別是交直交變流器的維護(hù)原則；2016 年 11 月 2017 年 05 月總結(jié)，整理論文，進(jìn)行答辯申請(qǐng)。7. 預(yù)期成果：通過本課題的研究，力爭(zhēng)按時(shí)完成：碩士學(xué)位論文一篇；發(fā)表相關(guān)研究論文 1 2 篇。參考文獻(xiàn)1 曹建猷 .電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng) M. 北京 :中國鐵道出版社 ,1983.2 李群湛 ,賀建閩編著 .牽引供電系統(tǒng)分析 M. 成都 :西南交通大學(xué)出版社 ,2007.3 李群湛 . 論新一代牽引供電系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù) J. 西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)：社會(huì)科學(xué)版 , 2014, (4):559-5

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