CN104325896A - 一种电气化铁路牵引网分段供电分布式保护系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电气化铁路牵引网分段供电分布式保护系统，与铁路的区间相对应，把电气化铁路牵引网中的接触网分为若干分段，在分段处增设分段器和开闭所；开闭所包括断路器及电流互感器、电压互感器和测控单元；断路器通常处于合闸状态；开闭所的电压互感器次边、电流互感器次边、左邻开闭所的电流互感器次边、右邻开闭所的电流互感器次边连接测控单元输入端，测控单元输出端连接该开闭所的断路器控制端；各测控单元通过传输网络与牵引变电所或调度室相连。本发明构成一种牵引网分段的分布式保护方法，与集中式保护方法相比，其实时性不受牵引网分段数量的影响。本发明涉及的相关装置投资较少，实施方便，既便于新线采用，也便于旧线改造。

Description

一种电气化铁路牵引网分段供电分布式保护系统
技术领域
本发明属于交流电气化铁路牵引网保护技术领域,尤其涉及电气化铁路牵引网分段供电保护方法与装置。
背景技术
电气化铁路的牵引供电系统由牵引变电所和牵引网组成。直接供电方式的牵引网由接触网、轨道和地组成。为了提高牵引网的供电能力，减少供电电压及能量损失，又保持上、下行接触网的相对独立性，通常在双线铁路牵引网末端(分区所)将上、下行接触网并联。但是，当上(下)行接触网一处故障时将使牵引变电所上(下)行馈线和分区所跳闸，从而使上(下)行接触网全部停电，这将使上(下)行接触网上全部列车停运。为了最大限度地缩小列车停运范围，申请者提出了“一种双线铁路末端并联牵引网分区段供电及状态测控方法”(发明申请号：201210486947.9)，把上(下)行接触网进一步分段，当故障发生时只切除该分段而其他无故障区段继续正常供电，从而大大提高供可靠性，更好地保障列车运行。该方法是把各分段信息经本地的测控单元通过数据同步采集与传输网络送到牵引变电所或调度室，在牵引变电所或调度室进行集中处理，判断牵引网的故障及其位置后下达切除故障的操作指令。由于现行牵引变电所换相接入电力系统并采用异相供电，其牵引网互不联通，分段数量较小，该方法方便、有效；但当实施同相供电时，牵引网将被联通，分段数量大大增加，数据同步采集与传输、故障信息集中处理的实时性变得困难，甚至无法实现，从而将大大影响该方法的实用性。因此，如何及时、准确地发现、隔离并排除故障，并且实时性不受分段数量的影响，最大限度地保证无故障分段的正常供电是本申请要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足,提供一种电气化铁路牵引网分段供电的分布式保护方法，及时、准确地判断牵引网的故障及其位置，并迅速隔离和排除故障，最大限度地缩小故障及影响范围，提高供电可靠性，更好地保障列车安全、正点运行，并且这种分布式保护方法的实时性不受牵引网分段数量的影响，为电气化铁路同相供电系统的推广应用提供关键技术支撑。
本发明解决其技术问题，所采用的技术方案为：
一种电气化铁路牵引网分段供电分布式保护系统，所述系统的构成和关系是：与铁路的区间相对应，把电气化铁路牵引网中的接触网分为若干分段FD，在分段处增设接触网分段器FDQ和开闭所KB；开闭所KB包括断路器DL及电流互感器LH、电压互感器YH和测控单元CK；断路器DL和与之串联的电流互感器LH跨接于接触网分段器FDQ上，分段器FDQ串接在接触网中，能使列车不间断带电通过；断路器DL通常处于合闸状态；电压互感器YH并接在接触网T上；各开闭所内，电流互感器型号相同、变比相同，电压互感器型号相同、变比相同；其特征在于：开闭所KBk的电压互感器YHk次边、电流互感器LHk次边、左邻开闭所KBk-1的电流互感器LHk-1次边、右邻开闭所KBk+1的电流互感器LHk+1次边连接测控单元CKk输入端，测控单元CKk输出端连接该开闭所KBk的断路器DLk控制端；各测控单元通过传输网络与牵引变电所或调度室相连；开闭所KBk电流互感器LHk次边与左相邻开闭所KBk-1电流互感器LHk-1次边测量的电流差值的绝对值为纵差电流Iz，开闭所KBk电流互感器LHk次边与右相邻开闭所KBk+1电流互感器LHk+1次边测量的电流差值的绝对值为纵差电流Iy，所述测控单元CKk采用如下控制：
当纵差电流Iz≥纵差电流设定值Idz且开闭所KBk的电压互感器YHk次边测量的接触网电压UTk＜特定值Udz时，测控单元CKk判定开闭所KBk与左相邻开闭所KBk-1之间的分段FDk中接触网发生短路故障，测控单元CKk驱动开闭所KBk的断路器DLk控制端使其分闸，否则，开闭所KBk的断路器DLk仍保持合闸状态；
当纵差电流Iy≥纵差电流设定值Idz且开闭所KBk的电压互感器YHk次边测量的接触网电压UTk＜特定值Udz时，测控单元CKk判定开闭所KBk与右相邻开闭所KBk+1之间的分段FDk+1中接触网发生短路故障，测控单元CKk驱动开闭所KBk的断路器DLk控制端使其分闸，否则,开闭所KBk的断路器DLk仍保持合闸状态。
电气化铁路牵引网中的接触网分段与铁路的区间(10km左右)相对应。本发明的工作原理是：接触网电压UT≥特定值Udz时，列车L工作，否则，列车L不再工作；当接触网电压UT＜特定值Udz致使列车不再工作时，接触网的短路将成为电流的唯一通道，据此，由构成低电压(接触网电压UT＜特定值Udz)启动的各分段的接触网纵差电流保护方法来判断故障并经断路器分闸来隔离故障。具体是：开闭所KBk电流互感器LHk次边与左相邻开闭所KBk-1电流互感器LHk-1次边测量的电流差值的绝对值为纵差电流Iz，当纵差电流Iz≥纵差电流设定值Idz且开闭所KBk的电压互感器YHk次边测量的接触网电压UTk＜特定值Udz时，测控单元CKk判定开闭所KBk与左相邻开闭所KBk-1之间的分段FDk中接触网发生短路故障，测控单元CKk驱动开闭所KBk的断路器DLk控制端使其分闸，否则，开闭所KBk的断路器DLk仍保持合闸状态；开闭所KBk电流互感器LHk次边与右相邻开闭所KBk+1电流互感器LHk+1次边测量的电流差值的绝对值为纵差电流Iy，当纵差电流Iy≥纵差电流设定值Idz且开闭所KBk的电压互感器YHk次边测量的接触网电压UTk＜特定值Udz时，测控单元CKk判定开闭所KBk与右相邻开闭所KBk+1之间的分段FDk+1中接触网发生短路故障，测控单元CKk驱动开闭所KBk的断路器DLk控制端使其分闸，否则,开闭所KBk的断路器DLk仍保持合闸状态。
接触网电压特定值Udz由列车动力系统技术参数确定。对于运行在额定电压为25kV电气化铁路上的列车而言，其接触网电压特定值Udz一般在17kV到19kV之间。
纵差电流设定值的选择要考虑接触网的空载对地电容影响、互感器选型、测量误差等因素，一般很小。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
一、本发明可以及时、准确地发现、区分、隔离各种故障，增强了继电保护的选择性、速动性、灵敏性，同时保证无故障分段继续供电、运行，最大限度地减少停电范围，避免故障影响的扩大化，进一步提高牵引网供电的可靠性。
二、本发明属牵引网分段供电的分布式保护方法，与集中式保护方法相比，其实时性不受牵引网分段数量的影响。
三、本发明涉及的相关装置投资较少，实施方便，既便于新线采用，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是本发明实施例的接触网分段供电与开闭所结构示意图；
图2是本发明实施例的开闭所测控单元结构示意图；
图3是本发明实施例的双线铁路供电接触网各分段及开闭所应用示意图；
图4是本发明实施例的工作流程图。
具体实施方式
图1示出，本发明的一种具体实施方式为：与铁路的区间(10km左右)相对应，把电气化铁路牵引网中的接触网分为若干分段FD，在分段处增设接触网分段器FDQ和开闭所KB；开闭所KB包括断路器DL及电流互感器LH、电压互感器YH和测控单元CK；断路器DL和与之串联的电流互感器LH跨接于接触网分段器FDQ上，分段器FDQ串接在接触网中，能使列车不间断带电通过；断路器DL通常处于合闸状态；电压互感器YH并接在接触网T上；各电流互感器型号相同、变比相同，各电压互感器型号相同、变比相同。
图2示出本发明实施例的开闭所测控单元结构示意图。开闭所KBk的电压互感器YHk次边、电流互感器LHk次边、左邻开闭所KBk-1的电流互感器LHk-1次边、右邻开闭所KBk+1的电流互感器LHk+1次边连接测控单元CKk输入端，测控单元CKk输出端连接该开闭所KBk的断路器DLk控制端；各测控单元通过传输网络与牵引变电所或调度室相连。
图3示出本发明实施例的双线铁路供电接触网各分段及开闭所应用示意图。对应图2，上行开闭所KB11的电压互感器YH11次边、电流互感器LH11次边、左邻开闭所(牵引变电所SS)的电流互感器次边、右邻开闭所KB12的电流互感器LH12次边连接测控单元CK11输入端。上行开闭所KB12的电压互感器YH12次边、电流互感器LH12次边、左邻开闭所KB11的电流互感器LH11次边、右邻开闭所(分区所SP)的电流互感器次边连接测控单元CK12输入端。分段FD12发生短路故障时，见图3所示位置，开闭所KB11的电压互感器YH11次边测量的接触网电压UT11＜特定值Udz,纵差电流Iy≥纵差电流设定值Idz,则开闭所KB11的测控单元CK11驱动断路器DL11控制端使其分闸；同时,开闭所KB12电压互感器YH12次边测量的接触网电压UT12＜特定值Udz，纵差电流Iz≥纵差电流设定值Idz，则开闭所KB12的测控单元CK12驱动断路器DL12控制端使其分闸，从而切除分段FD12中接触网的短路故障，而无故障的分段FD11、分段FD13分别由开闭所KB11的左邻开闭所(牵引变电所SS)、开闭所KB12的右邻开闭所(分区所SP)继续供电、运行。L为列车，IL为其电流；ITk为开闭所KBk的电流互感器LHk次边测量的接触网电流。
图4示出本发明的工作流程。依据本发明工作原理：接触网电压UT≥特定值Udz时，列车L工作，否则，列车L不再工作；当接触网电压UT＜特定值Udz致使列车不再工作时，接触网的短路将成为电流的唯一通道，据此，构成低电压(接触网电压UT＜特定值Udz)启动的各分段的接触网纵差电流保护方法来判断故障并经断路器分闸来隔离故障。具体工作流程是：开闭所KBk电流互感器LHk次边与左相邻开闭所KBk-1电流互感器LHk-1次边测量的电流差值的绝对值为纵差电流Iz，当纵差电流Iz≥纵差电流设定值Idz且开闭所KBk的电压互感器YHk次边测量的接触网电压UTk＜特定值Udz时，测控单元CKk判定开闭所KBk与左相邻开闭所KBk-1之间的分段FDk中接触网发生短路故障，测控单元CKk驱动开闭所KBk的断路器DLk控制端使其分闸，否则，开闭所KBk的断路器DLk仍保持合闸状态；开闭所KBk电流互感器LHk次边与右相邻开闭所KBk+1电流互感器LHk+1次边测量的电流差值的绝对值为纵差电流Iy，当纵差电流Iy≥纵差电流设定值Idz且开闭所KBk的电压互感器YHk次边测量的接触网电压UTk＜特定值Udz时，测控单元CKk判定开闭所KBk与右相邻开闭所KBk+1之间的分段FDk+1中接触网发生短路故障，测控单元CKk驱动开闭所KBk的断路器DLk控制端使其分闸，否则,开闭所KBk的断路器DLk仍保持合闸状态。
例如，结合图2、3、4，根据列车L动力系统技术参数知，接触网电压特定值Udz＝18kV，即接触网电压UT≥18kV时，列车L工作，否则，列车L不再工作；根据牵引网参数、电流互感器型号及测量误差范围知，纵差电流Iy的设定值Idz＝0.8A。现已知开闭所KB11的电压互感器YH11次边测量的接触网电压UT11＜Udz＝18kV,纵差电流Iy＝∣IT11-IT12∣≥Idz＝0.8A,则开闭所KB11的测控单元CK11驱动断路器DL11控制端使其分闸；同时,开闭所KB12的电压互感器YH12次边测量的接触网电压UT12＜Udz＝18kV，纵差电流Iz＝∣IT11-IT12∣≥Idz＝0.8A，则开闭所KB12的测控单元CK12驱动断路器DL12控制端使其分闸，从而切除分段FD12中接触网的短路故障；而无故障的分段FD11、分段FD13分别由开闭所KB11的左邻开闭所(牵引变电所SS)、开闭所KB12的右邻开闭(所分区所SP)继续供电、运行。
进一步地，由于纵差电流Iz是开闭所KBk的电流互感器LHk次边与左相邻开闭所KBk-1的电流互感器LHk-1次边测量的电流差值的绝对值，纵差电流Iy是开闭所KBk的电流互感器LHk次边与右相邻开闭所KBk+1的电流互感器LHk+1次边测量的电流差值的绝对值，则相邻开闭所中电流互感器次边测量的电流的大小可以判断发生故障的性质和故障位置测距。例如，纵差电流Iz≥设定值Idz且开闭所KBk的电压互感器YHk次边测量的接触网电压UTk＜特定值Udz时，若开闭所KBk的电流互感器LHk次边与左相邻开闭所KBk-1的电流互感器LHk-1次边测量的电流均大于0(或考虑了选型、测量等误差之后的某个指定值，下同)，则从开闭所KBk和左相邻开闭所KBk-1看进去，分段FDk上的接触网发生了短路故障；若开闭所KBk的电流互感器LHk次边与左相邻开闭所KBk-1的电流互感器LHk-1次边测量的电流有一个大于0，另一个等于0，则大于0的那个开闭所看进去的分段FDk上的接触网发生了短路故障，等于0的发生了断路故障，同时，根据大于0的短路电流和电压互感器YHk次边测量的接触网短路电压可以计算短路阻抗，进一步可换算出短路故障的具体位置。另外，根据规程和实际要求，测控单元驱动断路器分闸后，应进行重合闸，以消除瞬时故障的影响。
以上短路、断路及断路器跳闸信息均由各自的测控单元通过传输网络向就近的牵引变电所或直接向调度室发出报警信号。为节约场地和成本，在实际实施时，测控单元CKk可借助既有微机保护装置或测控装置，通过更换软件的方式加以实现。另外，应采取措施以防止电压互感器和电流互感器次边断线造成保护误动。

Claims (1)

1.一种电气化铁路牵引网分段供电分布式保护系统，所述系统的构成和关系是：与铁路的区间相对应，把电气化铁路牵引网中的接触网分为若干分段FD，在分段处增设接触网分段器FDQ和开闭所KB；开闭所KB包括断路器DL及电流互感器LH、电压互感器YH和测控单元CK；断路器DL和与之串联的电流互感器LH跨接于接触网分段器FDQ上，分段器FDQ串接在接触网中，能使列车不间断带电通过；断路器DL通常处于合闸状态；电压互感器YH并接在接触网T上；各开闭所内，电流互感器型号相同、变比相同，电压互感器型号相同、变比相同；其特征在于：开闭所KBk的电压互感器YHk二次绕组次边、电流互感器LHk次边、左邻开闭所KBk-1的电流互感器LHk-1次边、右邻开闭所KBk+1的电流互感器LHk+1次边连接测控单元CKk输入端，测控单元CKk输出端连接该开闭所KBk的断路器DLk控制端；各测控单元通过传输网络与牵引变电所或调度室相连；开闭所KBk电流互感器LHk次边与左相邻开闭所KBk-1电流互感器LHk-1次边测量的电流差值的绝对值为纵差电流Iz，开闭所KBk电流互感器LHk次边与右相邻开闭所KBk+1电流互感器LHk+1次边测量的电流差值的绝对值为纵差电流Iy,所述测控单元CKk采用如下控制：
当纵差电流Iz≥纵差电流设定值Idz且开闭所KBk的电压互感器YHk次边测量的接触网电压UTk＜特定值Udz时，测控单元CKk判定开闭所KBk与左相邻开闭所KBk-1之间的分段FDk中接触网发生短路故障，测控单元CKk驱动开闭所KBk的断路器DLk控制端使其分闸，否则，开闭所KBk的断路器DLk仍保持合闸状态；
当纵差电流Iy≥纵差电流设定值Idz且开闭所KBk的电压互感器YHk次边测量的接触网电压UTk＜特定值Udz时，测控单元CKk判定开闭所KBk与右相邻开闭所KBk+1之间的分段FDk+1中接触网发生短路故障，测控单元CKk驱动开闭所KBk的断路器DLk控制端使其分闸，否则,开闭所KBk的断路器DLk仍保持合闸状态。
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