臺灣博碩士論文加值系統

當供電系統高壓側發生開關切換時，暫態的突波電壓、電流干擾低壓側之設備，此瞬間過電壓、過電流之衝擊，常造成電子設備的損壞或故障，進而影響到電子設備系統的正常運作。
台北捷運淡水線於85年12月7日通車前測試其投捷主變電站161kV自動開關之切換，造成下游車站內號誌及通訊設備損壞。本論文針對此事件進行研究，蒐集整理國內有關於開關突波的研究文獻，利用電磁暫態分析程式建立台北捷運淡水線及木柵線的供電系統模型，模擬主變電站161kV(淡水線)或22.8 kV(木柵線)開關切換，所造成的高壓(22.8 kV)系統以及下游車站變電站內低壓(380V)系統之開關突波，並與量測結果相比較，驗證此所建立的電磁暫態模型適用於模擬開關突波。對於此事故之防範，首先，比較低壓突波國際試驗標準(ANSI、IEC之試驗標準)以及現行的台北捷運淡水線號誌設備突波規範，依據台北地區實際之突波環境，分析此三項突波試驗標準或技術規範在台北捷運系統的適用性。最後，根據分析結果，提出適用於台北捷運自動化系統(包括號誌、通訊等設備)的突波試驗標準。在突波防護的第二部份，依據突波防護元件特性，設計突波保護電路，利用突波產生器進行測試，驗證對於號誌、通訊等設備的保護效果。

中文摘要………………………………………………………………………I
目錄……………………………………………………………………………II
圖目錄…………………………………………………………………………V
表目錄………………………………………………………………………VIII
第一章 緒論……………………………………………………………………1
1.1 研究背景…………………………………………………………………1
1.2 國內外研究情形…………………………………………………………2
1.3 研究重點…………………………………………………………………3
1.4 各章重點…………………………………………………………………3
第二章 開關突波基本原理……………………………………………………4
2.1 前言………………………………………………………………………4
2.2 突波之干擾模式…………………………………………………………4
2.2.1 開關突波干擾之型態……………………………………………4
2.2.2 突波傳導特性……………………………………………………4
2.2.3 突波干擾模式……………………………………………………4
2.2.4 突波干擾對電力系統及電子設備之影響………………………5
2.3 RLC串並聯振盪…………………………………………………………6
2.4 斷路器開關啟斷之暫態響應……………………………………………9
2.5 變壓器之開關切換特性…………………………………………………11
第三章 台北捷運木柵線開關突波之模擬與量測…………………………18
3.1 前言………………………………………………………………………18
3.2 木柵線供電系統架構……………………………………………………18
3.3 木柵線開關突波之量測…………………………………………………19
3.4 木柵線供電系統電磁暫態模型…………………………………………27
3.5 木柵線開關突波之模擬分析……………………………………………33
第四章 台北捷運淡水線開關突波對低壓迴路之影響分析………………45
4.1 前言………………………………………………………………………45
4.2 淡水線供電系統架構……………………………………………………45
4.3 淡水線開關突波之量測…………………………………………………45
4.3.1量測架構…………………………………………………………45
4.3.2量測前之設備狀態………………………………………………47
4.3.3量測過程…………………………………………………………47
4.3.4量測結果…………………………………………………………48
4.4 淡水線供電系統電磁暫態模型…………………………………………49
4.5 淡水線開關突波模擬與實際量測結果之比較…………………………52
4.6 電磁暫態模型簡化模型之比較…………………………………………54
第五章 低壓突波試驗標準…………………………………………………58
5.1 前言………………………………………………………………………58
5.2 突波試驗標準……………………………………………………………58
5.2.1 ANSI突波標準分類法……………………………………………58
5.2.2 IEC突波環境分類法……………………………………………59
5.2.3 台北捷運捷運淡水線現行的號誌設備突波規範………………60
5.3 適用於台北捷運的低壓突波試驗標準…………………………………60
5.3.1 台北地區低壓用戶突波干擾實際環境…………………………60
5.3.2 建議………………………………………………………………61
第六章 突波防護……………………………………………………………63
6.1 前言………………………………………………………………………63
6.2 突波保護電路設計原則…………………………………………………63
6.2.1 法拉地殼體………………………………………………………63
6.2.2 保護電路的設計原………………………………………………63
6.3 突波防護元件……………………………………………………………64
6.3.1 金屬氧化變阻體…………………………………………………64
6.3.2 避雷管……………………………………………………………66
6.4 突波保護電路設計………………………………………………………68
6.4.1 設計一……………………………………………………………69
6.4.2 設計二……………………………………………………………70
6.4.3 設計三……………………………………………………………70
6.4.4 設計四……………………………………………………………71
6.5 耐突波測試………………………………………………………………71
6.5.1 突波試驗波形……………………………………………………71
6.5.2 ATP模組的電源功率放大線路板………………………………72
6.5.3 備用之直流28V充電機的相位控制線路板測試………………73
6.5.4 穩壓器之測試……………………………………………………76
6.6 高頻抑制功能測試………………………………………………………76
第七章 結論…………………………………………………………………79
7.1 結論………………………………………………………………………79
7.2 未來研究方向……………………………………………………………80
參考文獻………………………………………………………………………81
附錄……………………………………………………………………………84

[1] 周至如、彭榮芳、顏世雄，淡水線投捷主變電站ATS切換與號誌等設備受損事故調查報告，台北捷運公司事故調查報告，86年2月20日。
[2] A. Greenwood, Electrical Transients in Power Systems, 2nd ed., John Wiley, 1991.
[3] A. R. Hileman, Insulation Coordination for Power Systems, Marcel Dekker, 1999.
[4] 電力系統的過渡特性，台灣電力公司訓練所教材之27，郭耀宗編著，台電公司，第三版，民國73年。
[5] V. Brandwajn, H.W. Dommel and I. I. Dommel, “Matrix Representation of Three-Phase Transformers for Steady-State and Transient Studies”, Trans. IEEE, Vol. PAS101, 1982, pp.1362-1378.
[6] M. Krondl and A. Schleik, “Predetermination of Transient Voltages in Transformers Subject to Impulse Voltages,” Bulletin Oerlikon, No.342/343,1960, pp.114 —133.
[7] J. H. McWhirter, C. D. Fahnkopf, and J. H. Steele, “Determination of Impulse Stresses within Transformer Windings by Computer,” Trans. AIEE, Vol.75, Part, 1957, pp.1267-1274.
[8] E. P. Dick and W. Watson, “Transformer Models for Transient Studies Based on Field Measurements,” Trans. IEEE, Vol. PAS-100, 1981, pp. 409-419.
[9] G. Paillet and N.Dufour, “An Investigation of the Natural Frequencies and Surge Impedances of Transformer Windings,” CIGRE Report No. 109,1948.
[10] N. M. Tchernyshev, J. P. Schelglov, and G. A.Dorf, “Experimental Determination of Restriking Voltage on Circuit Breakers in Power Transformer Circuits. Some Data on Restriking Voltage at Interruption of Short Line Fault,” CIGRE Report No. 138, 1966.
[11] J. Lewis, B. M. Pryor, C. J. Jones, I. Irwin, L. C. Campbell, and A. Aked, “Disconnector Operations in Gas Insulated Substations-Overvoltage Studies and Tests Associated with a 420 kV Installation,” CIGRE Report 33.09,1988.
[12] P. Fourmarier, “On the Steep Fronted Overvoltages to which a Cable Connected 3-Phase Motor May be Subjected as a Result of Switching Operations,” Bull. Soc. France Electr., Vol. 3, 1953, p.447.
[13] R. E. Adjaye and K. J. Cornick, “Wave Propagation Characteristics of 3-Phase Distribution Cables,” Electric Power Appl., Vol. 2, 1979, pp. 1-11.
[14] T. H. Lee, “The Effect of Current Chopping in Circuit Breakers on Networks and Transformers, Part Ⅰ, Theoretical Considerations,” Trans. AIEE, Vol. 79,1960, pp. 535-544.
[15] A. N. Greenwood, “The Effect of Current Chopping in Circuit Breakers on Networks and Transformers, Part Ⅱ, Experimental Techniques and Investigations,” Trans. AIEE, Vol. 79, 1960, pp. 545.
[16] W. R. Wilson and L. L. Mankoff, “Short-Circuit Forces on Isolated-Phase Busses,” Trans. AIEE, Vol. 73, Part Ⅲ, 1954, p. 382.
[17] H. W. Dommel and I. I. Dommell, Transients Program User’s Manual, University of British Columbia, 1976, revised, 1986.
[18] T. W. Liao and T. H. Lee, “Surge Suppressors for the Protection of Solid-State Devices,” IEEE Trans. On Industry and General Applications, Vol. IGA-2, No.1, Jan./Feb. 1966, pp. 44-52.
[19] K. C. Lau and W. J. Lee, “Testing and Selecting Suppressors for Low-Voltage AC Circuit,” IEEE Trans. on Industry Application, Vol.26, No.6, 1990, pp. 975- 982.
[20] R.W. Crook, “Suppression of Transient Overvoltage on Instrumentation Wiring System,” IEEE Trans. on Industry Application, Vol.21, No.6, 1985, pp. 1517-1522.
[21] W. H. Lewis, “Recommended Power and Signal Grounding for Control and Computer Room,” IEEE Trans. on Industry Application, Vol. 21, No.6, 1985, pp. 1503-1516.
[22] R. H. Lee, “Grounding of Computer and Other Similar Sensitive Equipment,” IEEE Trans. on Industry Application, Vol.23, No.3, 1987, pp. 408-411.
[23] 蔡坤河，壹765kV系統雷擊突波之數位模擬，清大電機工程研究所碩士論文，71年5月20日。
[24] 陳南鳴、顏世雄、楊金石，雷擊突波對數位電驛的影響，台灣電力公司委託合作研究計劃期末報告，80年12月。
[25] 陳在相、張建忠、廖順安、范振理、廖財昌、陳健賢，適用於電磁暫態程式之多抽頭套管式比流器模型（Ⅰ）：模型推導與參數量測，台電工程月刊，第544期，第42-54頁。
[26] 陳在相、張建忠、廖順安、范振理、廖財昌、陳健賢，適用於電磁暫態程式之多抽頭套管式比流器模型（Ⅱ）：模型測試與應用，台電工程月刊，第545期，第37-57頁。
[27] 廖順安、范振理，開關突波影響低壓電路之對策研究，台灣電力公司82年度研究發展專題報告，82年6月。
[28] 廖順安、范振理，電力系統用RTU之相關介面低壓回路突波保護協調研究分析與設計，台灣電力公司83年度研究發展專題報告，83年6月。[29] 廖順安、范振理、林安志、龔哲瑜、鍾金樹，變電所突波電壓對RTU之影響與策預防措施，台灣電力公司86年度研究發展專題報告，86年6月30日。
[30] Michael F. Stringfellow and Bruce T. Stonely,Coordination of Surge Suppressors in Low-Voltage AC Power Circuit, IEEE 1991 International Symposium on , 1991 , Page(s): 464 —468.
[31] 陳士麟，台北捷運木柵線動力變電站整流變壓器故障分析，台北捷運公司委託合作研究計畫期末報告，88年7月23日。
[32] 王棟樑，捷運供電系統與通訊系統間電力電磁干擾之研究，台灣科技大學電機工程研究所碩士論文，88年7月2日。
[33] 陳士麟，淡水線供電系統161kV回路ATS自動切換開關突波量測分析及防制對策，台北捷運公司委託合作研究計畫期末報告，88年9月5日。