CN103311910B - 一种直流牵引供电系统与保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流牵引供电系统与保护方法，利用直流保护装置出口信息和短路故障符号值判据，判断直流侧各种短路故障。在发生短路故障时，令与故障元件最接近的牵引变电所的交流进线断路器分闸：若分闸后测量和计算的该元件的故障符号值的和值大于或等于1，则判定为永久性故障，令全线其他牵引变电所交流进线断路器分闸，再令与相关联直流隔离开关分闸，令全线牵引变电所交流进线断路器合闸，系统恢复供电，否则，为瞬时性故障，令相关联断路器合闸，系统恢复正常供电。本发明可省却直流断路器，减少投资，实施方便，适于在不太长的线路（如20km以内、少于10个牵引变电所的）场合进行新线建设或旧线改造。当线路太长时，可用少量的直流断路器对牵引供电系统进行分区。

Description

一种直流牵引供电系统与保护方法

技术领域

本发明属于交通运输领域，尤其涉及直流牵引供电系统系统与继电保护方法。

背景技术

直流牵引供电系统是指从公用电网的交流电源经整流得到直流电的牵引供电系统，多用于地铁、轻轨等城市轨道交通和地面电车的供电。这种直流牵引供电系统由牵引变电所和牵引网组成，通常，牵引变电所由两路独立的（中压）交流电源和两台并列组成等效24脉波的12脉波牵引整流机组构成，牵引整流机组由牵引变压器和二极管整流器及附件构成，牵引网由接触网（或接触轨）和钢轨构成。直流牵引供电系统在运行中可能发生各种故障，担当发现和切除故障任务的是继电保护装置，其中最常见而且是最危险的故障就是各种类型的短路故障，一般直流牵引供电系统的牵引网的电阻极小致使短路电流极大，如果不能及时发现和切除短路故障，其危害极大，因此，继电保护是城市轨道交通安全运营的重要环节，如何及时、准确地发现、切除、隔离并进一步排除故障，特别是各种类型的短路故障，并最大限度地保证无故障供电区间的正常供电是保障城市轨道安全、良好运行的重要举措。

直流牵引供电系统直流侧所用的直流断路器切断故障时，由于没有电流过零点，因此熄灭电弧、耗散电弧能量以及抑制开断过电压等成为需要解决的难题。为解决这些难题，直流断路器技术相比交流断路器更加复杂，制造难度更大、造价更高，又反过来影响其可靠性以及使用寿命。到目前为止，我国用于城市轨道交通直流牵引供电系统的直流断路器依然依赖进口，也增加了运营和维护费用。显然，省却直流断路器是提高直流牵引供电系统技术性能和经济性能的重要举措。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，尽可能地利用既有成熟、可靠的供电设备，提供一种省却直流断路器的新的直流牵引供电系统，节约投资，提高系统供电可靠性，更好地保障列车安全、正点运行。

本发明解决其技术问题，所采用的技术方案为：直流牵引供电系统由牵引变电所和牵引网组成，牵引网由接触网和钢轨组成；牵引变电所SS_k包括三相交流进线断路器QFJ_k、牵引变压器TT_k、二极管整流器U_k、直流进线隔离开关QSZ_k及其电流互感器LH_k、直流母线B_k及其电压互感器YH_k、直流馈线隔离开关QSZ_k,1、QSZ_k,2及其电流互感器LH_k,1、LH_k,2以及直流母线保护装置、直流馈线故障保护装置；直流馈线故障保护装置包括电流速断保护、电流变化率di/dt及增量保护；电压互感器YH_k的测量端、电流互感器LH_k和电流互感器LH_k,1、LH_k,2的测量端与三相交流进线断路器QFJ_k的控制端、直流进线隔离开关QSZ_k和直流馈线隔离开关QSZ_k,1、QSZ_k,2的控制端均与测控单元MC_k相连；直流母线保护装置出口MJ_k、直流馈线故障保护装置出口KJ_k,1、KJ_k,2与三相交流进线断路器QFJ_k的控制端相连；测控单元MC_k通过测控网络DT与调度控制室DC连接，k=1,2,...,N（N为牵引变电所的总数）。

本发明的目的还在于为上述直流牵引供电系统通过交流进线断路器与直流隔离开关相配合来切除牵引侧各种短路故障的继电保护新方法，以及时、准确地监测系统的运行状态，迅速切除和隔离故障，最大限度地缩小故障的影响范围和时间。其具体做法为：一种直流牵引供电系统与保护方法，在由牵引变电所和牵引网组成的直流牵引供电系统中实现短路故障的判断和切除,其中：

牵引变电所直流母线短路故障的判断和切除方法：牵引变电所SS_k的直流母线保护装置出口MJ_k输出分闸信号时，直接使其三相交流进线断路器QFJ_k分闸；测控单元MC_k把直流馈线电流互感器LH_k,1、LH_k,2测量的大于0的并流入该直流母线Bk的电流标定为该直流母线Bk的短路故障潮流符号值=1，大于0的并流出该直流母线B_k的电流标定为该直流母线B_k的短路故障潮流符号值=-1，等于0的电流标定为该直流母线B_k的短路空载潮流符号值=0，计算该直流母线B_k的短路故障潮流符号值的和值：若三相交流进线断路器QFJ_k分闸后测量和计算的该直流母线B_k的短路故障潮流符号值的和值大于或等于1，则判定该直流母线B_k发生永久性接地短路故障，由测控单元MC_k经测控网络DT将此故障信息上传到调度控制室DC，调度控制室DC令全线其他牵引变电所三相交流进线断路器分闸，再经测控单元MC_k令与该直流母线Bk相连接的直流进线隔离开关QSZ_k和直流馈线隔离开关QSZ_k,1、QSZ_k,2分闸，随后调度控制室DC经测控网络DT令全线牵引变电所三相交流进线断路器合闸，系统恢复供电，调度控制室DC记录：该牵引变电所的直流母线B_k发生了永久性接地短路故障，已被隔离，亟待排除；若三相交流进线断路器QFJ_k分闸后测控单元MC_k经直流馈线电流互感器LH_k,1、LH_k,2测量和计算的该直流母线B_k的短路故障潮流符号值的和值为0，表明系统发生的是瞬时性故障并已消失，则令已分闸的三相交流进线断路器QFJ_k合闸，系统恢复正常供电;

牵引网的接触网支路短路故障的判断和切除方法采用：连接接触网支路T一端的牵引变电所SS_k的直流馈线故障保护装置出口输出分闸信号时，直接使三相交流进线断路器QFJ_k分闸；连接接触网支路T另一端的牵引变电所SS_k+1的直流馈线故障保护装置出口输出分闸信号时，直接使三相交流进线断路器QFJ_k+1分闸；牵引变电所SS_k（SS_k+1）的测控单元MC_k（MC_k+1）对电压互感器YH_k（YH_k+1）测量的三相交流进线断路器QFJ_k（QFJ_k+1）分闸前后的直流母线B_k（B_k+1）电压的差值进行计算，差值大于0标定为该接触网支路T的端口故障电压符号值=1，差值小于0标定为该接触网支路T的端口故障电压符号值=-1，差值等于0标定为该接触网支路T的端口故障电压符号值=0；测控单元MC_k（MC_k+1）根据三相交流进线断路器QFJ_k（QFJ_k+1）分闸前的电压互感器YH_k（YH_k+1）测量的电压和该直流馈线电流互感器测量的电流计算短路电阻和故障点距离；测控单元MC_k（MC_k+1）经测控网络DT将端口故障电压符号值和故障点距离信息上传到调度控制室DC，计算该接触网支路T的端口故障电压符号值的和值，分以下A、B、C三种情形：

A、若牵引变电所SS_k的三相交流进线断路器QFJ_k和牵引变电所SS_k+1的三相交流进线断路器QFJ_k+1均已分闸且计算的该接触网支路T的端口故障电压符号值的和值=2，则判定从牵引变电所SS_k和SS_k+1的直流馈线看进去的该接触网支路T都发生了永久性接地短路故障，调度控制室DC经测控网络DT下传命令到各测控单元，令全线其他牵引变电所三相交流进线断路器分闸，再令与该接触网支路T相连的两端的直流馈线隔离开关QSZ_k,2和QSZ_k+1,1分闸，随后令全线牵引变电所三相交流进线断路器合闸，系统恢复供电，调度控制室DC记录：该接触网支路T发生了永久性接地短路故障，已被隔离，亟待排除，并显示故障点距离；

B、若牵引变电所SS_k的三相交流进线断路器QFJ_k和牵引变电所SS_k+1的三相交流进线断路器QFJ_k+1均已分闸且计算的该接触网支路T的端口故障电压符号值的和值小于1，表明系统发生的是瞬时性故障并已消失，则令已分闸的有关牵引变电所三相交流进线断路器合闸，系统恢复正常供电；

C、若牵引变电所SS_k（SS_k+1）三相交流进线断路器QFJ_k（QFJ_k+1）分闸而牵引变电所SS_k+1（SS_k）三相交流进线断路器QFJ_k+1（QFJ_k）未分闸且计算的该接触网支路T的端口故障电压符号值的和值=1，则说明该接触网支路T从牵引变电所SS_k（SS_k+1）一端看进去发生了永久性接地短路故障，而从牵引变电所SS_k+1（SS_k）一端看进去发生了断路（断线）故障，调度控制室DC经测控网络DT下传命令到各测控单元令，令全线其他牵引变电所三相交流进线断路器分闸，再令牵引变电所SS_k（SS_k+1）一端的直流馈线隔离开关QSZ_k,2（QSZ_k+1,1）分闸，随后令全线牵引变电所三相交流进线断路器合闸，系统恢复供电，调度控制室DC记录：从牵引变电所SS_k（SS_k+1）一端看进去该接触网支路T发生了永久性接地短路故障，已被隔离，亟待排除，从牵引变电所SS_k+1（SS_k）一端看进去的该接触网支路T发生了断路或断线故障，未被隔离，并显示故障点距离；若牵引变电所SS_k（SS_k+1）三相交流进线断路器QFJ_k（QFJ_k+1）分闸而牵引变电所SS_k+1（SS_k）三相交流进线断路器QFJ_k+1（QFJ_k）未分闸且计算的该接触网支路T的端口故障电压符号值的和值小于1，表明系统发生的是瞬时性接地故障并已消失，则令已分闸的牵引变电所SS_k（SS_k+1）的三相交流进线断路器QFJ_k（QFJ_k+1）合闸，系统恢复供电，调度控制室DC记录：从牵引变电所SS_k+1（SS_k）一端看进去的该接触网支路T发生了断路或断线故障，亟待处理，并显示故障点距离。

同理尚可处理复线轨道、两台并列的的牵引整流机组（牵引变压器和二极管整流器）、双直流母线的牵引变电所的直流母线和接触网支路的短路故障。

对于永久性故障，不论是直流母线还是接触网，其短路容量将因最近的牵引变电所供电电源的切除而变弱、减小，短路电流随之减小，危害也随之降低。同时，系统发生短路故障后，网压大大降低，一般无法保证列车正常工作，为消除短路故障可能造成的行车隐患，在短路故障切除、隔离与排除过程中应有行车调整预案，因此，处理永久性故障而极短时内令全线牵引变电所三相交流进线断路器进行分闸与合闸操作所产生的影响是正常的，甚至是可以忽略的。也正因为此，为减少过多的影响，本发明更适于不太长的线路（如20公里以内、少于10个牵引变电所的）场合，但其基本方法仍可使用在较长线路的实践中。此时,为减少长线路发生短路故障时操作过多的牵引变电所三相交流进线断路器而造成不必要的影响，可用直流断路器对长线路的直流牵引供电系统进行分区。此时，用本发明方法判断某分区内的某一直流母线或接触网支路发生永久性接地短路故障时，首先令该分区内的其他牵引变电所三相交流进线断路器分闸，然后断开该分区两端的直流断路器，再使相关直流隔离开关分闸，随后令该分区两端的直流断路器合闸,最后令该分区内所有牵引变电所三相交流进线断路器合闸，系统恢复供电。显然，用于分区的直流断路器远远少于现行的每个牵引变电所都要使用的直流断路器数量。

直流馈线故障保护装置是指现行牵引变电所直流馈线保护配置中的电流速断保护、电流变化率di/dt及增量保护，反映直流馈线短路故障，此外还有其他保护供选配，如牵引变电所联跳保护，接触网热过负荷保护，被直流设备框架泄漏保护联跳等。如果选配这些保护装置，则其出口也应与当地的测控单元及三相交流进线断路器的控制端相连接，再经测控网络进行全线三相交流进线断路器和当地直流进线隔离开关、直流馈线隔离开关相对应的分合闸操作，以隔离故障。

通常，交流断路器开断额定短路电流的分闸次数（电气寿命）大于直流断路器的分闸次数，如交流断路器为50次，直流断路器为20次，而交流断路器开断额定电流的分闸次数（电气寿命）则远远大于直流断路器，如交流断路器为20000次，直流断路器为3000次。牵引侧发生短路故障时，二极管整流器的等值阻抗和牵引网等值阻抗会联合发挥限流作用，牵引变电所的三相交流进线断路器就可以避开在额定短路电流下进行分闸（开断）与合闸操作，距离故障点越远，开断的电流就越小，更接近额定电流，因此，断路器的使用寿命大大延长。

另外，与空载合闸相比，三相交流进线断路器带负载合闸可以更好地避免牵引变压器涌流现象的发生与影响。

显然，采用本发明系统，由于一条线路的各个牵引变电所供电容量基本相同，故障点的短路容量与发生短路后就近切除（分闸）的牵引变电所数量有关，就近切除的越多，短路容量就越小，短路造成的危害就越小，但分闸之际影响正常供电的范围就会越大，因此，二者之间应当予以权衡。例如，为进一步减小短路容量及短路故障造成的危害，可在直流母线B_k发生接地故障时，除牵引变电所SS_k的三相交流进线断路器分闸外，还经牵引变电所SS_k的测控装置MC_k通过测控网络DT令牵引变电所SS_k前后相邻的两个牵引变电所SS_k-1与SS_k+1的三相交流进线断路器一起分闸；在接触网支路T发生短路故障时，不仅令连接接触网支路T的牵引变电所SS_k、SS_k+1的三相交流进线断路器分闸，还可进一步令牵引变电所SS_k、SS_k+1前后的牵引变电所SS_k-1和SS_k+2的三相交流进线断路器一起分闸。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、本发明可省却直流断路器，以避免因直流断路器开断技术难度大而造成开断失败的严重后果，有利于提高系统可靠性；同时避免设备进口，实现轨道交通电气设备全部国产化。

二、本发明能更好地利用交流断路器电气寿命长的优势，避免断路器重合闸对电气设备的冲击影响，有利于减少维护，提高运行经济性。

三、本发明可节约直流断路器发生的高额投资，而相关装置投资较少，实施方便，即便于新线建设，也便于旧线改造。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。

附图说明

图1是本发明实施例的牵引变电所结构示意图；

图2是本发明实施例的牵引变电所测控结构示意图；

图3是本发明的测控网络示意图；

图4是牵引变电所直流母线故障示意图；

图5是牵引变电所直流母线故障判断与处理流程示意图。

图6是两台牵引整流机组、单直流母线结构的牵引变电所示意图；

图7是两台牵引整流机组、双直流母线结构的牵引变电所示意图；

图8是供电区间接触网故障示意图。

图9是供电区间接触网故障判断与处理流程示意图。

具体实施方式

以下以某市3号线地铁工程为例：该线采用1500V直流牵引供电系统，全长18.84km，共9个牵引变电所。上行（下行）方向接触网电阻0.0135Ω/km，上行（下行）方向钢轨电阻0.0137Ω/km，采用两台12脉波整流机组并联组成等效24脉波运行。

图1示出，本发明实施例的牵引变电所结构示意图，图中是两个相毗邻的牵引变电所SS_k和SS_k+1。牵引变电所SS_k包括牵引变压器TT_k、三相交流进线断路器QFJ_k、二极管整流器U_k、直流进线隔离开关QZS_k、直流母线B_k、直流馈线隔离开关QSZ_k,1、QSZ_k,2等。直流馈线隔离开关QSZ_k,1和QSZ_k,2连接接触网OCS，负极隔离开关QSZ_k*一端接钢轨G，直流进线隔离开关QSZ_k与负极隔离开关QSZ_k*之间设置联锁。

图2是本发明实施例的牵引变电所测控结构示意图。在牵引变电所SS_k中，电压互感器YH_k的测量端、电流互感器LH_k和电流互感器LH_k,1、LH_k,2的测量端与三相交流进线断路器QFJ_k的控制端、直流进线隔离开关QSZ_k和直流馈线隔离开关QSZ_k,1、QSZ_k,2的控制端与测控单元MC_k相连：测控单元MC_k通过电压互感器YH_k的测量端、电流互感器LH_k和电流互感器LH_k,1、LH_k,2的测量端获得电气量、标定端口电压故障符号值，计算故障点电阻和距离，进一步判断故障的性质，同时测控单元MC_k通过三相交流进线断路器QFJ_k的控制端、直流进线隔离开关QSZ_k和直流馈线隔离开关QSZ_k,1、QSZ_k,2的控制端进行分合（分闸、合闸）操作并得到其分合状态信息；直流母线保护装置出口MJ_k、直流馈线故障保护装置出口KJ_k,1、KJ_k,2与三相交流进线断路器QFJ_k的控制端相连，利用牵引变电所既有的直流母线保护装置出口MJ_k、直流馈线故障保护装置出口KJ_k,1、KJ_k,2输出的分闸信号直接作用于本牵引变电所的三相交流进线断路器QFJ_k的控制端使其分闸；测控单元MC_k通过测控网络DT与调度控制室DC连接，k=1,2,...,N（N为牵引变电所的总数）。

图3示出为测控网络示意图。测控网络DT负责调度控制室DC与各牵引变电所测控单元MC的实时信息交换。调度控制室DC通过测控网络DT接收各个测控单元MC上传的同步信息，采集、识别和判断系统的运行状态，下达控制命令，每个牵引变电所的测控单元负责接收执行控制命令，采集、传送电流、电压数据及断路器和隔离开关的分合信息、标定故障符号值等。测控网络DT的数据通道一般采用光纤，它可以与微机远动系统及综合保护装置结合运用。

图4为实施例的牵引变电所直流母线故障示意图。

牵引变电所SS_k的直流母线保护装置出口MJ_k输出分闸信号时，直接使其三相交流进线断路器QFJ_k分闸；测控单元MC_k把直流馈线电流互感器LH_k,1、LH_k,2测量的大于0的并流入该直流母线B_k的电流标定为该直流母线B_k的短路故障潮流符号值=1，大于0的并流出该直流母线B_k的电流标定为该直流母线B_k的短路故障潮流符号值=-1，等于0的电流标定为该直流母线B_k的短路空载潮流符号值=0，计算该直流母线B_k的短路故障潮流符号值的和值：若三相交流进线断路器QFJ_k分闸后测量的直流进线短路电流I_k=0（因三相交流进线断路器QFJ_k分闸），两直流馈线电流互感器LH_k,1、LH_k,2分别测量的两直流馈线的短路电流I_k,1、I_k,2的幅值均大于0并如图4中所示的方向均流入该直流母线B_k，则标定两直流馈线对该直流母线B_k的短路故障潮流符号值均=1，计算其和值=2，即和值满足“大于或等于1”的判据，则判定该直流母线B_k发生永久性接地短路故障，由测控单元MC_k经测控网络DT将此故障信息上传到调度控制室DC，调度控制室DC令全线其他牵引变电所三相交流进线断路器分闸，再经测控单元MC_k令与该直流母线B_k相连接的直流进线隔离开关QSZ_k和直流馈线隔离开关QSZ_k,1、QSZ_k,2分闸，随后调度控制室DC经测控网络DT令全线牵引变电所三相交流进线断路器合闸，系统恢复供电，控制室DC记录：该牵引变电所的直流母线B_k发生接地短路故障已被隔离，亟待排除；若三相交流进线断路器QFJ_k分闸后测控单元MC_k经直流进线电流互感器LH_k测量的直流进线短路电流I_k=0（因三相交流进线断路器QFJ_k分闸），两直流馈线电流互感器LH_k,1、LH_k,2分别测量的直流馈线短路电流I_k,1、I_k,2均大于0并在图4中电流I_k,1为“+”而I_k,2为“-”，即I_k,1流入该直流母线B_k计其故障潮流符号值=1，而I_k,2流出该直流母线B_k计其故障潮流符号值=-1，得其和值=0，即和值不满足“大于或等于1”的判据，或者相反地，三相交流进线断路器QFJ_k分闸后测控单元MC_k经直流进线电流互感器LH_k测量的直流进线短路电流I_k=0（因三相交流进线断路器QFJ_k分闸），经直流馈线电流互感器LH_k,1、LH_k,2测量的两直流馈线电流I_k,1、I_k,2均大于0并如图4中所示的方向电流I_k,1为“-”而I_k,2为“+”，即I_k,1流出该直流母线B_k计其故障潮流符号值=-1，而I_k,2流入该直流母线B_k计其故障潮流符号值=1，得其和值=0，即和值不满足“大于或等于1”的判据，表明系统发生的是瞬时性故障并已消失，则令已分闸的三相交流进线断路器QFJ_k合闸，系统恢复正常供电。

考虑到通过直流进线隔离开关QSZ_k和直流馈线隔离开关QSZ_k,1、QSZ_k,2的分闸来切除和隔离发生永久性接地短路故障的直流母线B_k将使该牵引变电所SS_k中断供电，可在两个直流馈线隔离开关QSZ_k,1、QSZ_k,2间设置纵联隔离开关,在全线牵引变电所三相交流进线断路器分闸和合闸间隙，将该纵联隔离开关合闸，实现大双边（越区）供电，以改善因牵引变电所SS_k的直流母线B_k故障而退出运行时的系统供电能力；牵引变电所SS_k的直流母线B_k故障排除后，该纵联隔离开关分闸，恢复该牵引变电所的正常供电。

牵引变电所直流母线故障判断与处理流程总结在图5中。

图6示出的是两台整流机组和单直流母线结构的牵引变电所示意图，每台整流机组由一台牵引变压器和一套二极管整流器串联而成，两台整流机组并列运行。显然，当判定该直流母线故障时，应同时令该牵引变电所的二路三相交流进线断路器同时进行分闸或合闸操作，其他与图4所示情形相同。

图7示出的是在图4和图6基础上两台整流机组、双直流母线结构的牵引变电所，其中，双直流母线B_k,1和B_k,2中每个母线分别发生故障的情形与图4和图6相同，不再赘述。

在图6与图7中，MVB为交流中压母线。

图8为实施例的供电区间(上行方向)接触网支路T故障示意图。

分以下A、B、C三种情形：

A、连接接触网支路T两端的牵引变电所SS_k、SS_k+1的直流馈线故障保护装置出口均输出分闸信号，分别使三相交流进线断路器QFJ_k和QFJ_k+1分闸；测控单元MC_k（MC_k+1）根据三相交流进线断路器QFJ_k（QFJ_k+1）分闸前的电压互感器YH_k（YH_k+1）测量的电压和该直流馈线电流互感器测量的电流计算短路电阻和故障点距离；牵引变电所SS_k和SS_k+1的电压互感器YH_k和YH_k+1测量的三相交流进线断路器QFJ_k、QFJ_k+1分闸前的直流母线B_k、B_k+1电压分别是1179V和1195V，电压互感器YH_k和YH_k+1测量的三相交流进线断路器QFJ_k、QFJ_k+1分闸后的直流母线B_k、B_k+1电压分别是759V和804V，分闸前后的差值分别是420V和391V，二者均大于0，则两端均标定该接触网支路T的端口故障电压符号值=1，测控单元MC_k和MC_k+1经测控网络DT将端口故障电压符号值上传到调度控制室DC，计算该接触网支路T的端口故障电压符号值的和值=2，则判定从牵引变电所SS_k和SS_k+1的直流馈线两端看进去的该接触网支路T都发生了永久性接地短路故障，调度控制室DC经测控网络DT下传命令到各测控单元，令全线其他牵引变电所三相交流进线断路器分闸，再令与该接触网支路T相连的两端直流馈线隔离开关QSZ_k,2、QSZ_k+1,1均分闸，随后令全线牵引变电所三相交流进线断路器合闸，系统恢复供电，调度控制室DC记录：从两端看进去的该接触网支路T都发生了永久性接地短路故障，已被隔离，亟待排除，并显示故障点距离；

B、连接接触网支路T两端的牵引变电所SS_k、SS_k+1的直流馈线故障保护装置出口均输出分闸信号，分别使三相交流进线断路器QFJ_k和QFJ_k+1分闸；测控单元MC_k（MC_k+1）根据三相交流进线断路器QFJ_k（QFJ_k+1）分闸前的电压互感器YH_k（YH_k+1）测量的电压和该直流馈线电流互感器测量的电流计算短路电阻和故障点距离；牵引变电所SS_k和SS_k+1的电压互感器YH_k和YH_k+1测量的三相交流进线断路器QFJ_k、QFJ_k+1分闸前的直流母线B_k、B_k+1电压分别是1179V和1195V，电压互感器YH_k和YH_k+1测量的三相交流进线断路器QFJ_k和QFJ_k+1分闸后的直流母线B_k和B_k+1电压分别是1354V和1321V，分闸前后的差值分别是-175V和-126V，二者均小于0，则两端均标定该接触网支路T的端口故障电压符号值=-1，测控单元MC_k和MC_k+1经测控网络DT将端口故障电压符号值上传到调度控制室DC，计算该接触网支路T的端口故障电压符号值的和值=-2，即和值小于1，表明系统发生的是瞬时性故障并已消失，则令已分闸的有关牵引变电所三相交流进线断路器合闸，系统恢复正常供电；

C、连接接触网支路T一端的牵引变电所SS_k的直流馈线故障保护装置出口输出分闸信号时，直接使该三相交流进线断路器QFJ_k分闸，而连接接触网支路T另一端的牵引变电所SS_k+1的直流馈线故障保护装置出口未输出分闸信号，则说明从牵引变电所SS_k的直流馈线一端看进去该接触网支路T发生了接地短路故障，而从牵引变电所SS_k+1的直流馈线一端看进去该接触网支路T发生了断路（断线）故障，其三相交流进线断路器QFJ_k+1仍保持合闸的正常供电状态；测控单元MC_k根据三相交流进线断路器QFJ_k分闸前的电压互感器YH_k的电压和该直流馈线电流互感器的电流计算短路电阻和故障点距离；考虑牵引变电所SS_k的电压互感器YH_k的测量结果并由此判断该接触网支路T发生的接地短路故障是永久性的还是瞬时性的。如，电压互感器YH_k测得的三相交流进线断路器QFJ_k分闸前的直流母线B_k电压是1050V，分闸后的直流母线B_k电压是759V，分闸前后的差值是291V，大于0，则标定连接牵引变电所SS_k的直流馈线一端的该接触网支路T的端口故障电压符号值为1，测控单元MC_k经测控网络DT将该端口故障电压符号值上传到调度控制室DC，计算该接触网支路T的端口故障电压符号值的和值=1，则判定从牵引变电所SS_k的直流馈线一端看进去的该接触网支路T发生了永久性接地短路故障，调度控制室DC经测控网络DT下传命令到各测控单元，令全线其他牵引变电所三相交流进线断路器分闸，再令与该接触网支路T相连的该端直流馈线隔离开关QSZ_k,2分闸，随后令全线牵引变电所三相交流进线断路器合闸，系统恢复供电，调度控制室DC记录：从牵引变电所SS_k的直流馈线一端看进去的该接触网支路T发生了永久性接地短路故障，已被隔离，亟待排除，另一端发生了断路（断线）故障，未被隔离，并显示故障点距离；若电压互感器YH_k测得的三相交流进线断路器QFJ_k分闸前的直流母线B_k电压是1050V，分闸后的直流母线B_k电压是1354V，即分闸前后的差值是-304V，小于0，则标定连接牵引变电所SS_k的直流馈线一端的该接触网支路T的端口故障电压符号值=-1，测控单元MC_k和MC_k+1经测控网络DT将该端口故障电压符号值上传到调度控制室DC，计算的该接触网支路T的端口故障电压符号值的和值=-1，即和值小于1，表明系统发生的是瞬时性故障并已消失，则令已分闸的牵引变电所SS_k的三相交流进线断路器QFJ_k合闸，系统恢复供电，控制室DC记录：该接触网支路T另一端发生断路（断线）故障，亟待处理，并显示故障点距离。

显然，下行方向接触网支路T故障的判别原理、过程及操作方法与上相同，不再赘述。

供电区间接触网故障判断与处理流程总结在图9中。

需要说明的是：故障切除时间=保护动作时间+断路器动作时间。目前，快速保护动作时间可达60ms，最快达20ms，断路器动作时间可达60ms，最快达20ms，即是说，一般快速切除故障为120ms，最快为40ms。

Claims (2)

1.一种直流牵引供电系统，其构成是：直流牵引供电系统由牵引变电所和牵引网组成，牵引网由接触网和钢轨组成，其特征在于：牵引变电所SS_k包括三相交流进线断路器QFJ_k、牵引变压器TT_k、二极管整流器U_k、直流进线隔离开关QSZ_k及其电流互感器LH_k、直流母线B_k及其电压互感器YH_k、直流馈线隔离开关QSZ_k,1、QSZ_k,2及其电流互感器LH_k,1、LH_k,2以及直流母线保护装置、直流馈线故障保护装置；在牵引变电所SS_k中，电压互感器YH_k的测量端、电流互感器LH_k和电流互感器LH_k,1、LH_k,2的测量端与三相交流进线断路器QFJ_k的控制端、直流进线隔离开关QSZ_k和直流馈线隔离开关QSZ_k,1、QSZ_k,2的控制端均与测控单元MC_k相连；直流母线保护装置出口MJ_k、直流馈线故障保护装置出口KJ_k,1、KJ_k,2与三相交流进线断路器QFJ_k的控制端相连；测控单元MC_k通过测控网络DT与调度控制室DC连接，k＝1,2,…,N；N为牵引变电所的总数。

2.一种采用权利要求1直流牵引供电系统的直流牵引供电保护方法，在由牵引变电所和牵引网组成的直流牵引供电系统中实现短路故障的判断和切除,其特征在于：

牵引变电所的直流母线短路故障的判断和切除方法：牵引变电所SS_k的直流母线保护装置出口MJ_k输出分闸信号时，直接使其三相交流进线断路器QFJ_k分闸；测控单元MC_k把直流馈线电流互感器LH_k,1、LH_k,2测量的大于0的并流入该直流母线B_k的电流标定为该直流母线B_k的短路故障潮流符号值＝1，大于0的并流出该直流母线B_k的电流标定为该直流母线B_k的短路故障潮流符号值＝-1，等于0的电流标定为该直流母线B_k的短路空载潮流符号值＝0，计算该直流母线B_k的短路故障潮流符号值的和值：若三相交流进线断路器QFJ_k分闸后测量和计算的该直流母线B_k的短路故障潮流符号值的和值大于或等于1，则判定该直流母线B_k发生永久性接地短路故障，由测控单元MC_k经测控网络DT将此故障信息上传到调度控制室DC，调度控制室DC下令使全线其他牵引变电所三相交流进线断路器分闸，再经测控单元MC_k使与该直流母线B_k相连接的直流进线隔离开关QSZ_k和直流馈线隔离开关QSZ_k,1、QSZ_k,2分闸，随后调度控制室DC经测控网络DT下令使全线牵引变电所三相交流进线断路器合闸，系统恢复供电，调度控制室DC记录：SS_k牵引变电所的直流母线B_k发生了永久性接地短路故障，已被隔离，亟待排除；若三相交流进线断路器QFJ_k分闸后测控单元MC_k经直流馈线电流互感器LH_k,1、LH_k,2测量和计算的该直流母线B_k的短路故障潮流符号值的和值为0，表明系统发生的是瞬时性故障并已消失，则下令已分闸的三相交流进线断路器QFJ_k合闸，系统恢复正常供电；k＝1,2,…,N；N为牵引变电所的总数；

牵引网的接触网支路短路故障的判断和切除方法采用：连接接触网支路T一端的牵引变电所SS_k的直流馈线故障保护装置出口输出分闸信号时，直接使三相交流进线断路器QFJ_k分闸；连接接触网支路T另一端的牵引变电所SS_k+1的直流馈线故障保护装置出口输出分闸信号时，直接使三相交流进线断路器QFJ_k+1分闸；牵引变电所SS_k和SS_k+1的测控单元MC_k和MC_k+1对电压互感器YH_k和YH_k+1测量的三相交流进线断路器QFJ_k和QFJ_k+1分闸前后的直流母线B_k和B_k+1电压的差值进行计算，差值大于0标定为该接触网支路T的端口故障电压符号值＝1，差值小于0标定为该接触网支路T的端口故障电压符号值＝-1，差值等于0标定为该接触网支路T的端口故障电压符号值＝0；测控单元MC_k和MC_k+1根据三相交流进线断路器QFJ_k和QFJ_k+1分闸前的电压互感器YH_k和YH_k+1测量的电压和直流馈线电流互感器LH_k,1和LH_k,2测量的电流计算短路电阻和故障点距离；测控单元MC_k和MC_k+1经测控网络DT将端口故障电压符号值和故障点距离信息上传到调度控制室DC，计算该接触网支路T的端口故障电压符号值的和值，k＝1,2,…,N-1；N为牵引变电所的总数；分以下A、B、C三种情形：

A、若牵引变电所SS_k的三相交流进线断路器QFJ_k和牵引变电所SS_k+1的三相交流进线断路器QFJ_k+1均已分闸且计算的该接触网支路T的端口故障电压符号值的和值＝2，则判定从牵引变电所SS_k和SS_k+1的直流馈线看进去的该接触网支路T都发生了永久性接地短路故障，调度控制室DC经测控网络DT下传命令到各测控单元，下令使全线其他牵引变电所三相交流进线断路器分闸，再命令与该接触网支路T相连的两端的直流馈线隔离开关QSZ_k,2和QSZ_k+1,1分闸，随后下令使全线牵引变电所三相交流进线断路器合闸，系统恢复供电，调度控制室DC记录：该接触网支路T发生了永久性接地短路故障，已被隔离，亟待排除，并显示故障点距离；

B、若牵引变电所SS_k的三相交流进线断路器QFJ_k和牵引变电所SS_k+1的三相交流进线断路器QFJ_k+1均已分闸且计算的该接触网支路T的端口故障电压符号值的和值小于1，表明系统发生的是瞬时性故障并已消失，则下令使已分闸的有关牵引变电所三相交流进线断路器合闸，系统恢复正常供电；

C、若牵引变电所SS_k或SS_k+1三相交流进线断路器QFJ_k或QFJ_k+1分闸而牵引变电所SS_k+1或SS_k三相交流进线断路器QFJ_k+1或QFJ_k未分闸且计算的该接触网支路T的端口故障电压符号值的和值＝1，则说明该接触网支路T从牵引变电所SS_k或SS_k+1一端看进去发生了永久性接地短路故障，而从牵引变电所SS_k+1或SS_k一端看进去发生了断路或断线故障，调度控制室DC经测控网络DT下传命令到各测控单元，下令使全线其他牵引变电所三相交流进线断路器分闸，再命令牵引变电所SS_k或SS_k+1一端的直流馈线隔离开关QSZ_k,2或QSZ_k+1,1分闸，随后下令使全线牵引变电所三相交流进线断路器合闸，系统恢复供电，调度控制室DC记录：从牵引变电所SS_k或SS_k+1一端看进去该接触网支路T发生了永久性接地短路故障，已被隔离，亟待排除，从牵引变电所SS_k+1或SS_k一端看进去的该接触网支路T发生了断路或断线故障，未被隔离，并显示故障点距离；若牵引变电所SS_k或SS_k+1三相交流进线断路器QFJ_k或QFJ_k+1分闸而牵引变电所SS_k+1或SS_k三相交流进线断路器QFJ_k+1或QFJ_k未分闸且计算的该接触网支路T的端口故障电压符号值的和值小于1，表明系统发生的是瞬时性接地故障并已消失，则命令已分闸的牵引变电所SS_k或SS_k+1的三相交流进线断路器QFJ_k或QFJ_k+1合闸，系统恢复供电，调度控制室DC记录：从牵引变电所SS_k+1或SS_k一端看进去的该接触网支路T发生了断路或断线故障，亟待处理，并显示故障点距离。