CN101348085B

CN101348085B - 一种基于供电臂差压和超前相电流的电铁馈线阻抗保护方法

Info

Publication number: CN101348085B
Application number: CN2008102223210A
Authority: CN
Inventors: 肖远清; 杨卉卉; 刘志超; 秦应力; 张志强
Original assignee: Beijing Sifang Automation Co Ltd; Beijing Sifang Engineering Co Ltd
Current assignee: Beijing Sifang Automation Co Ltd; Beijing Sifang Engineering Co Ltd
Priority date: 2008-09-17
Filing date: 2008-09-17
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2028-09-17
Also published as: CN101348085A

Abstract

本发明公开了一种牵引变电所供电臂短路故障的保护方法。该方法采用供电臂的差压和超前相的电流构成新型的电铁馈线阻抗保护，新型阻抗保护采用了改进的四边形特性，基于R轴的平行四边形可以保护供电臂间短路故障，同时对于供电臂的任何接地故障不落在动作区域。本发明提出的阻抗保护只需要供电臂的电压和超前相的电流，因此在已经运行或新建的牵引变电所都很容易实现，理论上不受励磁涌流、负荷状态、故障类型、故障时的初始相位角、系统阻抗及过渡电阻的影响。试验结果表明该原理具有很好的灵敏性、选择性、快速性。

Description

一种基于供电臂差压和超前相电流的电铁馈线阻抗保护方法

技术领域

本发明属于电气化铁路供电系统技术领域，具体涉及到两供电臂短路时的保护方法。

背景技术

目前，我国高速铁路的发展进入了一个快速发展的通道，随之而来的是电气化供电系统的可靠性要求越来越重要。准确、快速的故障判别和跳闸有利于消除事故的发展，从而为迅速恢复供电提供了保证。

牵引变电所处的分相绝缘器一般有18-30m的中性区，若电力机车司机在列车通过电分相时按照操作规程要求降弓通过电分相，是不会发生供电臂间短路的。但是，当司机没有降弓运行，发生供电臂间短路的可能性是存在的。分析表明，当发生供电臂间短路故障时，常规原理的馈线保护将拒动，有必要专门研究供电臂间短路的保护方法。

发明内容

为了解决现有技术中存在的使用常规原理的馈线保护无法实现牵引变电所两供电臂短路故障保护的问题，本发明提出了一种基于供电臂差压和超前相电流的电铁馈线阻抗保护方法。该方法采用供电臂的差压和超前相的电流构成新型的阻抗保护。新型阻抗保护采用了改进的四边形特性，基于R轴的平行四边形可以保护供电臂间短路故障，同时对于供电臂的任何接地故障不落在动作区域。

本发明的具体方案如下：

一种基于供电臂差压和超前相电流的电铁馈线阻抗保护方法，牵引变电所通过电铁馈线向电力机车和电牵引网供电，所述电铁馈线包括两个不同相的供电臂b、c，两供电臂通过分相绝缘器连接，该阻抗保护方法用于所述牵引变电所两供电臂之间的短路保护，其特征在于，该电铁馈线阻抗方法包括如下步骤：

(1)在超前相供电臂b保护装置中，实时检测两供电臂的电压瞬时值和超前相供电臂的电流瞬时值，并通过傅氏算法计算电压电流相量值；

(2)按照下式计算测量阻抗值：

其中，Z_j为保护的计算阻抗；U₁₂为超前相供电臂(保护装置安装处)的电压与另一供电臂的向量差；I₁为超前相供电臂线路的故障电流；

(3)当测量阻抗满足以下动作方程时，电铁馈线阻抗保护动作：

\{\begin{matrix} X_{j} < R_{j} \cdot k \\ 0 < X_{j} < X_{set} \\ X_{j} > k \cdot (R_{j} - R_{set}) \end{matrix}

其中，X_set为电抗整定值；R_set为电阻整定值；X_j为计算电抗值；R_jt为计算电阻值；k为图4斜线

的斜率；Z_j＝R_j+X_jj；X_set按线路的出口短路的阻抗整定，考虑1.2倍的可靠系数；R_set按供电臂间短路的最大过渡电阻整定；k称之为k裕度系数，依据线路整定阻抗的阻抗角

来确定，即

本发明提出的阻抗保护方法上不受励磁涌流、负荷状态、故障类型、故障时的初始相位角、系统阻抗及过渡电阻的影响。试验结果表明该原理具有很好的灵敏性、选择性、快速性。

由于本发明公开的阻抗保护方法只需要供电臂的电压和超前相的电流，因此在已经运行或新建的牵引变电所都很容易实现，因此该原理很方便就能够应用于现场。

附图说明

图1所示为牵引变电所两供电臂以及电分相连接示意图；

图2为牵引变电所供电臂间短路示意图；

图3为供电臂间短路的电流电压的向量示意图；

图4为本发明的阻抗动作区域示意图。

具体实施方式

下面根据说明书附图并结合具体实施例对本发明的技术方案进一步详细表述。

牵引变电所的作用是将110kV三相交流电变换成27.5(或55)kv单相交流电，并供电给电牵引网和电力机车，此外，有少数牵引变电所还需担负地区的10kv动力负荷。所以，牵引变电所是接受与分配电能并改变电能电压的枢纽，是发电厂到电力机车之间的重要环节之一。牵引变电所主要由一次侧、变压器、二次侧几部分组成。牵引变电所的一次侧为电源侧，变压器的低压侧为二次侧，不管变压器为何种型式的变压器，二次侧一般为两相供电方式。两供电臂之间有电分相绝缘器。

如图1所示为牵引变电所两供电臂以及电分相连接示意图，b，c为两供电臂，1，2，3，4为电分相。若电力机车不降弓从b相运行至c相，经至各电分相绝缘体时可能引起电弧，进而形成两供电臂间的短路故障。保护安装在b相(超前相)供电臂上。短路时的边界条件为：

\{\begin{matrix} {\overset{\cdot}{I}}_{a} = 0 \\ {\overset{\cdot}{I}}_{b} = - {\overset{\cdot}{I}}_{c} \\ {\overset{\cdot}{U}}_{b} - {\overset{\cdot}{U}}_{C} = R_{g} {\overset{\cdot}{I}}_{b} \end{matrix}

如图2为牵引变电所供电臂间短路示意图。

图3为供电臂间短路的电流电压的向量示意图。

采用常规保护原理的阻抗保护的计算阻抗(以ba相供电臂为例)：

Z_{jba} = (\frac{1}{2} - \frac{\sqrt{3}}{2} j) R_{g} + (1 - \sqrt{3} j) Z_{L} - \sqrt{3} Z_{s} j

其中：Z_L为短路处线路阻抗；Z_s为系统阻抗；

从上式可以看出，其受过渡电阻R_g的影响较大，其是否动作取决于R_g的大小。

同理，可以计算采用供电臂的电压和超前相的电流构成的阻抗保护的计算阻抗为：

Z_{j} = \frac{{\overset{\cdot}{U}}_{b} - {\overset{\cdot}{U}}_{c}}{{\overset{\cdot}{I}}_{b}} = 2 Z_{L} + R_{g}

根据说明书附图4对发明的技术方案详细说明：从以上计算可知Z_j由线路阻抗和过渡电阻两部分组成。构造一个阻抗继电器需要考虑2倍以上的保护范围内线路阻抗和最大的过渡电阻，这样才能使得故障时可靠动作。因此采用说明书附图4的动作区域，测量阻抗Z_j在说明书附图4的动作区域内变化时，保护动作。

从上分析可知，测量阻抗Z_j的计算公式中

而且保护是装在b相供电臂上。

从以上分析可以得出本发明的技术方案具体如下：

(1)在b相供电臂保护装置中，实时检测b、c两供电臂的电压瞬时值和B相供电臂的电流瞬时值，并通过傅氏算法计算电压电流相量值；

(2)按照下式计算测量阻抗值：

其中，Z_j为保护的计算阻抗；U₁₂为b相供电臂的电压与c相电臂电压的向量差；I₁为b相供电臂的故障电流；

\{\begin{matrix} X_{j} < R_{j} \cdot k \\ 0 < X_{j} < X_{set} \\ X_{j} > k \cdot (R_{j} - R_{set}) \end{matrix}

的斜率；Z_j＝R_j+X_jj；X_set按线路的出口短路的阻抗整定，考虑1.2倍的可靠系数；R_set按供电臂间短路的最大过渡电阻整定；k依据线路整定阻抗的阻抗角

来确定，即