CN104600679B - 一种牵引变电所馈线电流保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于电气化铁路牵引变电设计领域，提供了一种牵引变电所馈线电流保护方法，包括：步骤1，判断馈线电流值是否高于其整定值；步骤2，根据对称分量法将馈线谐波电流分解为正序、负序和零序三个分量，判断所述分解后的馈线谐波电流是否包含零序分量，是且所述馈线电流值大于所述整定值，执行步骤3，否，判断发生短路故障，触发保护动作；步骤3，判断母线电压是否低于标称值的60％，是，判断发生短路故障，触发保护动作，否，判断所述馈线谐波电流为负荷电流。通过分析电气化铁路馈线负荷电流与短路电流的各自特点，针对上述主要区别，以短路电流及电压中是否存在零序分量作为判据，对电流保护进行了改进，使之适应现行铁路技术发展趋势，提高供电安全性。

Description

一种牵引变电所馈线电流保护方法

技术领域

本发明属于电气化铁路牵引变电设计领域，尤其涉及一种牵引变电所馈线电流保护方法。

背景技术

目前电力牵引供电馈线电流保护多采用馈线最大负荷电流或短路电流作为判据，个别厂商考虑了2次谐波电流闭锁或考虑了2、3、5次谐波的综合谐波抑制。

上述电流保护方法在普速电气化铁路得到了良好的应用，但随着高速铁路的大规模建设和高速动车组的大量上线，问题随之而来：首先，高速动车组传动方式为交直交电力传动，其谐波特性是以高次谐波为主，与交直传动的电力机车谐波特性有较大区别，现行的2次谐波电流闭锁或2、3、5次谐波的综合谐波抑制已不适用。其次，我国生产的高速动车组有多种类型，每类动车组的谐波特性也不一样，无法以某次谐波或某几次谐波值作为判定依据。此外，高速动车组功率大，为电力机车的2～4倍，其取流也远大于电力机车；尤其是高速铁路采用全并联供电后，反映到牵引变电所馈线断路器的供电臂末端短路电流与负荷电流极为接近，此时如仍以馈线最大负荷电流或短路电流作为判据，难以准确区分，造成电流保护选择性缺失，进而可能导致保护拒动或误动。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种牵引变电所馈线电流保护方法，以解决现有技术牵引变电所馈线电流难以准确触发保护动作的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种牵引变电所馈线电流保护方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1，判断馈线电流值是否不小于其整定值；

步骤2，根据对称分量法将馈线谐波电流分解为正序、负序和零序三个分量，判断所述分解后的馈线谐波电流是否包含零序分量，是且所述馈线电流值不小于所述整定值，执行步骤3，否，判断发生短路故障，触发保护动作；

步骤3，判断母线电压是否低于正常设计工况的一定比例，是，判断发生短路故障，触发保护动作，否，判断所述馈线谐波电流为负荷电流。

本发明提供的一种牵引变电所馈线电流保护方法的第一优选实施例中：所述步骤2中所述正常设计工况的一定比例的范围是40％-70％。

本发明提供的一种牵引变电所馈线电流保护方法的第二优选实施例中：所述保护方法的实现电路中：

输入端包括电流零序分量闭锁输入端、馈线谐波电流零序分量I₀大小判断输入端，馈线电流I大小判断输入端，母线低电压启动输入端和牵引变电所母线电压U_m大小判断输入端；

所述电流零序分量闭锁输入端在馈线谐波电流包含零序分量时输入1，不包含时输入0；

所述馈线谐波电流零序分量I₀大小判断输入端在电流I₀不小于其整定值I_0set时输入1，否则输入0；

所述馈线电流I大小判断输入端在电流I不小于其整定值I_set时输入1，否则输入0；

所述母线低电压启动输入端在判断所述母线电压低于正常设计工况的一定比例时输入1，否则输入0；

所述牵引变电所母线电压U_m大小判断输入端在电压U_m不小于其整定值U_mset时输入1，否则输入0；

所述电流零序分量闭锁输入端和所述馈线谐波电流零序分量I₀大小判断输入端接入第一逻辑与门1的输入端，所述第一逻辑与门1的输出端接入逻辑非门3；

所述馈线电流I大小判断输入端和所述逻辑非门3的输出端接入第三逻辑与门4的输入端；

所述母线低电压启动输入端和所述牵引变电所母线电压U_m大小判断输入端接入第二逻辑与门2，所述第一逻辑与门1和所述第二逻辑与门2的输出端以及所述馈线电流I大小判断输入端接入第四逻辑与门5；

所述第三逻辑与门4和所述第四逻辑与门5的输出端接入逻辑或门6，所述逻辑或门6的输出端经过延时元件7后输出是否跳闸信号

本发明实施例提供的一种牵引变电所馈线电流保护方法的有益效果包括：

本发明实施例结合电气化铁路供电特点，找出了短路电流和负荷电流的主要区别—是否含有零序分量。与现有技术中仅以二次谐波、仅以母线低电压或者综合二次谐波及母线低电压作为闭锁条件相比，可更好的适应各种类型动车组及电力机车的谐波特性：首先，高速动车组传动方式为交直交电力传动，其谐波特性是以高次谐波为主，与交直传动的电力机车谐波特性有较大区别，现行的2次谐波电流闭锁或2、3、5次谐波的综合谐波抑制已不适用。其次，高速动车组有多种类型，每类动车组的谐波特性也不一样，难以以某次谐波或某几次谐波值作为判定依据。而无论何种动车组或电力机车，其各次谐波电流均可根据对称分量法，分解为正序、负序和零序三个分量，进而检测出负荷电流中零序分量大小，并将此作为区分短路电流和谐波电流的判据。再配合母线低电压这一判据，可有效区分线路上究竟是出现负荷电流与短路电流叠加时还是仅有负荷电流。进而准确判断电流性质，确保保护正常动作。本发明提供的一种牵引变电所馈线电流保护方法，可有效识别线路上究竟是出现负荷电流与短路电流叠加时还是仅有负荷电流，保证继电保护装置的选择性，实现科学、高效监控，确保牵引变电所设备的安全运行及可靠供电。避免突发事件造成铁路供电中断所带来的不利影响，有着良好的经济效益和社会效益，市场应用前景良好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种牵引变电所馈线电流保护方法的流程图；

图2是本发明提供基于该流程的一种牵引变电所馈线电流保护方法的实现电路的实施例；

图中，1为第一逻辑与门，2为第二逻辑与门，3为逻辑非门，4为第三逻辑与门，5为第四逻辑与门，6为逻辑或门，7为延时元件。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

电气化铁路牵引供电系统采用单相工频交流制式，牵引变电所的高压侧与电力系统相连，二次侧设有一个公共接地端，连接着钢轨，另有两端连接着两臂牵引网，供电给电力机车。当电气化铁路牵引网发生金属性短路，即接触网对钢轨短路，可视为两相短路，从相序网络角度来看，其主要特征是短路电流及电压中不存在零序分量，复合序网中不包含零序网络。本发明实施例分析了电气化铁路馈线负荷电流与短路电流的各自特点，针对上述主要区别，以此作为判据，对电流保护进行了改进，使之适应现行铁路技术发展趋势，提高供电安全性。具体的，本发明实施例提供的一种牵引变电所馈线电流保护方法，包括：

步骤1，判断馈线电流值是否不小于其整定值。

步骤2，根据对称分量法将馈线谐波电流分解为正序、负序和零序三个分量，判断该分解后的馈线谐波电流是否包含零序分量，是且馈线电流值不小于其整定值，执行步骤3，否，判断发生短路故障，触发保护动作。

步骤3，判断母线电压是否低于正常设计工况的一定比例，是，判断发生短路故障，触发保护动作，否，判断该馈线谐波电流为负荷电流。

正常设计工况的一定比例的范围是指低于牵引变电所母线标称电压的60％，可根据母线电压是否远低于正常设计工况来判断是否是正常运行。

当牵引变电所馈线负荷电流和短路电流的电流值接近，且线路上仅有负荷电流或发生短路时线路上没有动车组运行时，可从电流中是否含有零序分量对负荷电流和短路电流进行区别，即通过步骤1即可判断是否发生短路故障。而出现线路上有动车组(机车)运行时发生短路的工况时，仅仅以电流的零序分量已不能准确区分，此时需同步考虑母线电压的波动情况，如母线电压远低于正常设计工况，说明已不再是正常运行工况，即发生了短路故障。如图1所示为本发明实施例提供的一种牵引变电所馈线电流保护方法的流程图。

本发明实施例结合电气化铁路供电特点，找出了短路电流和负荷电流的主要区别—是否含有零序分量。与现有技术中仅以二次谐波、仅以母线低电压或者综合二次谐波及母线低电压作为闭锁条件相比，可更好的适应各种类型动车组及电力机车的谐波特性：首先，高速动车组传动方式为交直交电力传动，其谐波特性是以高次谐波为主，与交直传动的电力机车谐波特性有较大区别，现行的2次谐波电流闭锁或2、3、5次谐波的综合谐波抑制已不适用。其次，高速动车组有多种类型，每类动车组的谐波特性也不一样，难以以某次谐波或某几次谐波值作为判定依据。而无论何种动车组或电力机车，其各次谐波电流均可根据对称分量法，分解为正序、负序和零序三个分量，进而检测出负荷电流中零序分量大小，并将此作为区分短路电流和谐波电流的判据。再配合母线低电压这一判据，可有效区分线路上究竟是出现负荷电流与短路电流叠加时还是仅有负荷电流。进而准确判断电流性质，确保保护正常动作。本发明提供的一种牵引变电所馈线电流保护方法，可有效识别线路上究竟是出现负荷电流与短路电流叠加时还是仅有负荷电流，保证继电保护装置的选择性，实现科学、高效监控，确保牵引变电所设备的安全运行及可靠供电。避免突发事件造成铁路供电中断所带来的不利影响，有着良好的经济效益和社会效益，市场应用前景良好。

实施例一

本发明提供的实施例一为本发明提供的一种牵引变电所馈线电流保护方法的实现电路的实施例，如图2所示为本发明提供的一种牵引变电所馈线电流保护方法的实现电路的实施例的电路结构图，由图2可知，本发明提供的牵引变电所馈线电流保护方法的实现电路中：

输入端包括电流零序分量闭锁输入端、馈线谐波电流零序分量I₀大小判断输入端，馈线电流I大小判断输入端，母线低电压启动输入端和牵引变电所母线电压U_m大小判断输入端。其中电流零序分量闭锁输入端在馈线谐波电流包含零序分量时输入1，不包含时输入0。馈线谐波电流零序分量I₀大小判断输入端在I₀不小于其整定值I_0set时输入1，否则输入0。馈线电流I大小判断输入端在I不小于其整定值I_set时输入1，否则输入0。母线低电压启动输入端在判断母线电压低于正常设计工况的一定比例时输入1，否则输入0。牵引变电所母线电压U_m大小判断输入端在电压U_m不小于其整定值U_mset时输入1，否则输入0。

电流零序分量闭锁输入端和馈线谐波电流零序分量I₀大小判断输入端接入第一逻辑与门1的输入端，第一逻辑与门1的输出端接入逻辑非门3。

馈线电流I大小判断输入端和逻辑非门3的输出端接入第三逻辑与门4的输入端。

母线低电压启动输入端和牵引变电所母线电压U_m大小判断输入端接入第二逻辑与门2，第一逻辑与门1和第二逻辑与门2的输出端以及馈线电流I大小判断输入端接入第四逻辑与门5。

第三逻辑与门4和第四逻辑与门5的输出端接入逻辑或门6，逻辑或门6的输出端经过延时元件7后输出是否跳闸信号。

逻辑或门6的两个输入端决定了产生跳闸包括两个原因：

1、I≥I_set，并且馈线谐波电流不包含零序分量和I₀＜I_0set中至少有一个成立。

2、同时满足馈线谐波电流包含零序分量、I₀≥I_0set、I≥I_set、判断母线电压低于正常设计工况的一定比例以及U_m≥U_mset。

本领域普通技术人员还可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，包括ROM/RAM、磁盘、光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种牵引变电所馈线电流保护方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1，判断馈线电流值是否不小于其整定值；

步骤2，根据对称分量法将馈线电流中的谐波电流分解为正序、负序和零序三个分量，判断所述分解后的馈线谐波电流是否包含零序分量，是且所述馈线电流值不小于所述整定值，执行步骤3，否，判断发生短路故障，触发保护动作；

步骤3，判断母线电压是否低于标称值的60％，是，判断发生短路故障，触发保护动作，否，判断所述馈线谐波电流为负荷电流。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述保护方法的实现电路中：

输入端包括电流零序分量闭锁输入端、馈线谐波电流零序分量I₀大小判断输入端，馈线电流I大小判断输入端，母线低电压启动输入端和牵引变电所母线电压U_m大小判断输入端；

所述电流零序分量闭锁输入端在馈线谐波电流包含零序分量时输入1，不包含时输入0；

所述馈线谐波电流零序分量I₀大小判断输入端在I₀不小于其整定值I_0set时输入1，否则输入0；

所述馈线电流I大小判断输入端在电流I不小于其整定值I_set时输入1，否则输入0；

所述母线低电压启动输入端在判断所述母线电压低于正常设计工况的一定比例时输入1，否则输入0；

所述牵引变电所母线电压U_m大小判断输入端在电压U_m不小于其整定值U_{m set}时输入1，否则输入0；

所述电流零序分量闭锁输入端和所述馈线谐波电流零序分量I₀大小判断输入端接入第一逻辑与门(1)的输入端，所述第一逻辑与门(1)的输出端接入逻辑非门(3)；

所述馈线电流I大小判断输入端和所述逻辑非门(3)的输出端接入第三逻辑与门(4)的输入端；

所述母线低电压启动输入端和所述牵引变电所母线电压U_m大小判断输入端接入第二逻辑与门(2)，所述第一逻辑与门(1)和所述第二逻辑与门(2)的输出端以及所述馈线电流I大小判断输入端接入第四逻辑与门(5)；

所述第三逻辑与门(4)和所述第四逻辑与门(5)的输出端接入逻辑或门(6)，所述逻辑或门(6)的输出端经过延时元件(7)后输出是否跳闸信号。