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对城轨牵引供电系统进行故障诊断和保护的主要目的,是在最大程度上保障其供电的可靠性和连续性,缩短系统的停电维修时间。能馈式牵引供电系统作为一种新型的城轨牵引供电系统在国内外尚无应用先例,因而其故障诊断和保护方法上的研究成果较少。本文深入分析了能馈式牵引供电系统的故障诊断和保护方法与现有方法之间的区别,在此基础上对下列三个方面进行了研究：在能馈式牵引供电装置的主回路故障诊断方面,本文研究了大功率PWM整流器主回路故障的电流特征和电压特征,分析了二者的成因,并给出了电流故障特征存在的临界条件及其影响因素的作用规律。文中基于大功率PWM整流器在故障特征上的特殊性,使用标幺化均值分别对其电流故障特征和电压故障特征进行辨识,在城轨牵引供电的复杂工况下实现了对大功率PWM整流器主回路故障器件的准确诊断。在牵引供电系统电网故障元件的定位方面,本文将面向对象的有色Petri网理论(OOCPN)应用于城轨牵引供电系统的结线分析过程,建立了城轨牵引供电系统结线分析的OOCPN模型,并在模型的各令牌中引入了成员属性和成员方法的概念以全面描述结线分析和故障域产生的整个过程。文中结合保护信息对OOCPN模型得到的故障域进行反向推理搜索,最终在城轨牵引供电系统中实现了电网故障模式的识别、故障元件的定位以及对直流开关的误动和拒动情况的评价。在牵引变电所内的直流保护方面,本文分析了能馈式牵引供电系统与传统牵引供电系统在短路特性上的差别,并研究了能馈式牵引供电系统对牵引变电所内的直流保护功能提出的新要求。文中在此基础上深入研究了能馈式牵引变电所直流保护系统的设置原则、整定方法以及动作配合关系,提出了所内直流保护系统各组成部分的详细配置方案。最后,本文基于分层分布的思想构建了能馈式牵引供电系统的综合自动化体系,研究了上述三个方面的成果在综合自动化系统中的实现问题,并提出了一种基于以太网和虚拟仪器技术的主监控单元综合监控软件设计方案。本文的研究成果填补了城轨能馈式牵引供电系统故障诊断和保护方法上的研究空白,在提高城轨牵引供电系统的综合自动化水平方面将起到积极作用