CN105226621A - 一种适用于高速铁路的分布式光纤纵差保护系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于高速铁路的分布式光纤纵差保护系统，包括设置在接触网中每段线路首端和末端的微机保护装置、断路器、电流互感器及电压互感器，其中，断路器、电流互感器及电压互感器均与微机保护装置相连，设置在接触网每段线路首端的微机保护装置与设置在该段线路末端的微机保护装置通过两根光纤电缆连接，且设置在接触网每段线路首端和末端的微机保护装置、断路器、电流互感器及电压互感器共同构成差动保护元件。本发明还公开了上述适用于高速铁路的分布式光纤纵差保护系统的纵差保护方法。本发明应用时能保证供电的可靠性和灵活性，进而能满足高速铁路对牵引供电能力的要求。

Description

一种适用于高速铁路的分布式光纤纵差保护系统及方法
技术领域
本发明涉及电气化铁道领域，具体是一种适用于高速铁路的分布式光纤纵差保护系统及方法。
背景技术
目前我国高铁普遍采用全并联AT供电方式，该供电方式能显著提高供电能力，并能实现上下行牵引网电气上的并联关系。然而，全并联AT供电方式应用时，任一部件故障都将导致系统供电中断，这对牵引供电的可靠性和灵活性造成严重影响。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种适用于高速铁路的分布式光纤纵差保护系统及方法，其应用时通过光纤通信并采用纵差保护，能保证供电的可靠性和灵活性，进而能满足高速铁路对牵引供电能力的要求。
本发明解决上述问题主要通过以下技术方案实现：一种适用于高速铁路的分布式光纤纵差保护系统，包括设置在接触网中每段线路首端和末端的微机保护装置、断路器、电流互感器及电压互感器，其中，设置在接触网每段线路首端的断路器、电流互感器及电压互感器均与设置在该段线路首端的微机保护装置相连，设置在接触网每段线路末端的断路器、电流互感器及电压互感器均与设置在该段线路末端的微机保护装置相连，设置在接触网每段线路首端的微机保护装置与设置在该段线路末端的微机保护装置通过两根光纤电缆连接，且设置在接触网每段线路首端和末端的微机保护装置、断路器、电流互感器及电压互感器共同构成差动保护元件。本发明在具体应用时，对上行线路的每段线路和下行线路的每段线路均配备差动保护元件，其中，每段线路位于变电所与AT所之间或AT所与分区所之间，每段线路的首端均配备微机保护装置、断路器、电流互感器及电压互感器，每段线路的末端也配备微机保护装置、断路器、电流互感器及电压互感器。
进一步的，所述微机保护装置还设有低电闭锁元件，其中，低压闭锁元件在线路电压小于低压整定值时控制差动保护元件启动、出口，在线路电压不小于低压整定值时闭锁差动保护元件。
进一步的，所述微机保护装置还设有重合闸元件，其中，重合闸元件用于差动保护元件动作后且满足重合闸的条件时，启动重合闸来控制差动保护元件上的断路器合上。
进一步的，所述微机保护装置还设有检有压元件，其中，检有压元件投入时，如果检测到线路无压，则闭锁重合闸，判定为无重合闸，检测到线路有压时，则开放重合闸元件。
进一步的，所述微机保护装置还设有后加速元件，其中，在差动保护元件跳闸并且发出重合闸命令后，若在设定时间内差动保护元件启动，则后加速元件发跳闸命令，判定为重合闸失败；若在设定时间内检测不到差动保护元件启动，则判定为重合闸成功。
进一步的，所述微机保护装置还设有PT断线元件，其中，PT断线元件用于闭锁差动保护元件。
一种适用于高速铁路的分布式光纤纵差保护系统的纵差保护方法，包括以下步骤：当铁路接触网线路发生短路故障时，每段线路首端和末端的微机保护装置采集本侧线路电流，并将本装置采集的保护电流传到对侧微机保护装置，差动电流大于整定值时，同时电压低于低压整定值，且装置未检测到PT断线，则保护装置差动保护出口，跳开本侧线路上的断路器，从而实现差动保护。
进一步的，所述差动电流计算方法为：将线路首端和末端微机保护装置采集到的基波电流通过光纤互相传到对侧装置，各侧微机保护装置分别计算出各侧差动电流，差动电流计算公式如下：
ICD=|IT11-IT12|
其中，ICD表示差动电流，IT11表示首端微机保护装置采集到线路电流，IT12表示末端微机保护装置采集线路电流。
进一步的，所述线路首端和末端的微机保护装置采集线路电流时同步采样。
进一步的，所述PT断线的判断方法如下：当微机保护装置检测到线路电压低于PT断线电压整定值，同时线路电流低于电流整定值且高于0.1倍额定电流，则PT断线出口发告警信号，同时闭锁差动保护元件。
综上所述，本发明具有以下有益效果：（1）本发明的纵差保护系统应用时便于实现AT牵引网分段供电，在每一段上增设AT牵引网光纤差动保护，能根据故障情况只切除故障段的一部分线路，如F线故障时，只切除该段F线，仍然可以行车；上（下）行T线故障时，只切除该段T线，下（上）行仍可行车。如此，本发明能达到“细分供电单元，缩小供电范围，准确判断故障，压缩故障停时”的目的，能满足高速铁路对牵引供电能力的要求。本发明能满足高速铁路继电保护的可靠性、选择性、速动性、灵敏性的要求，实现整个AT牵引网分段供电设备的完善保护，能使全并联AT供电网供电设备发生故障时被迅速切除隔离，缩小停电范围，保证无故障部分线路正常运行，从而继续为电力机车安全可靠地输送电能。
（2）本发明应用时采用光纤进行通信，根据每段线路首端和末端采集到的线路电流来计算差动电流，并根据差动电流来实现差动保护控制，如此，本发明应用时可靠性高，实现控制时便于参数的获取和计算，使本发明应用时便于实施。
（3）本发明能解决全并联AT供电的局限性，是牵引供电的未来发展方向之一。
附图说明
图1为本发明一个具体实施例中差动保护元件的结构示意图；
图2为采用差动保护元件构成的光纤纵差保护系统的示意图；
图3为光纤纵差保护装置硬件原理结构示意图；
图4为差动保护原理图；
图5为PT断线原理图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明做进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例：
如图1及图2所示，一种适用于高速铁路的分布式光纤纵差保护系统，包括设置在接触网中每段线路首端和末端的微机保护装置、断路器、电流互感器及电压互感器，其中，设置在接触网每段线路首端的断路器、电流互感器及电压互感器均与设置在该段线路首端的微机保护装置相连，设置在接触网每段线路末端的断路器、电流互感器及电压互感器均与设置在该段线路末端的微机保护装置相连，设置在接触网每段线路首端的微机保护装置与设置在该段线路末端的微机保护装置通过两根光纤电缆连接，且设置在接触网每段线路首端和末端的微机保护装置、断路器、电流互感器及电压互感器共同构成差动保护元件。
本实施例中的微机保护装置采用可以智能的实现测量、控制、保护等功能的保护装置。本实施例在具体应用时，微机保护装置用于实现接触网上（下）线路的保护功能、远程控制功能，向上级系统进行通信，传递回路的电流电压、开关信号，调整保护设定值等。
如图3所示，本实施例的微机保护装置还设有低电闭锁元件、重合闸元件、检有压元件、后加速元件及PT断线元件，其中，低压闭锁元件在线路电压小于低压整定值时控制差动保护元件启动、出口，在线路电压不小于低压整定值时闭锁差动保护元件。重合闸元件用于差动保护元件动作后且满足重合闸的条件时，启动重合闸来控制差动保护元件上的断路器合上。检有压元件投入时，如果检测到线路无压，则闭锁重合闸，判定为无重合闸，检测到线路有压时，则开放重合闸元件。本实施例在差动保护元件跳闸并且发出重合闸命令后，若在设定时间内差动保护元件启动，则后加速元件发跳闸命令，判定为重合闸失败；若在设定时间内检测不到差动保护元件启动，则判定为重合闸成功。本实施例在具体应用时，PT断线元件用于闭锁差动保护元件。
如图4所示，一种适用于高速铁路的分布式光纤纵差保护系统的纵差保护方法，包括以下步骤：当铁路接触网线路发生短路故障时，每段线路首端和末端的微机保护装置采集本侧线路电流，并将本装置采集的保护电流传到对侧微机保护装置，差动电流大于整定值时，同时电压低于低压整定值，且装置未检测到PT断线，则保护装置差动保护出口，跳开本侧线路上的断路器，从而实现差动保护。如图5所示，本实施例中PT断线的判断方法如下：当微机保护装置检测到线路电压低于PT断线电压整定值，同时线路电流低于电流整定值且高于0.1倍额定电流，则PT断线出口发告警信号，同时闭锁差动保护元件。本实施例在具体实施时，微机保护装置需要同步采集线路首端和末端的线路电流。同步采集的具体实施过程为：微机保护装置通过交互通讯的方式来测量两侧保护装置之间的采样延时，然后，通过调整使两端采样时刻同步，并实时将采样时刻及其对应的采样数据发送到对侧，对侧微机保护装置在收到数据后，寻找相同时刻的采样数据进行差动电流计算。
本实施例中，差动电流计算方法为：将线路首端和末端微机保护装置采集到的基波电流通过光纤互相传到对侧装置，各侧微机保护装置分别计算出各侧差动电流，差动电流计算公式如下：
ICD=|IT11-IT12|
其中，ICD表示差动电流，IT11表示首端微机保护装置采集到线路电流，IT12表示末端微机保护装置采集线路电流。
本实施例在差动保护元件应用于图2所示的系统上时，将供电臂的牵引系统分为四个区间，每个区间包括上下行两段线路，每段线路配置一套光纤差动保护元件。微机保护装置采集安装位置处的电流和电压，组成一套纵差保护。正常运行时，首端保护装置采集IT11、U11，末端保护装置采集IT12、U12，计算差动电流ICD。故障发生后，U11、U12降低，ICD增大，当电压电流均达到动作条件时，差动保护出口。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种适用于高速铁路的分布式光纤纵差保护系统，其特征在于，包括设置在接触网中每段线路首端和末端的微机保护装置、断路器、电流互感器及电压互感器，其中，设置在接触网每段线路首端的断路器、电流互感器及电压互感器均与设置在该段线路首端的微机保护装置相连，设置在接触网每段线路末端的断路器、电流互感器及电压互感器均与设置在该段线路末端的微机保护装置相连，设置在接触网每段线路首端的微机保护装置与设置在该段线路末端的微机保护装置通过两根光纤电缆连接，且设置在接触网每段线路首端和末端的微机保护装置、断路器、电流互感器及电压互感器共同构成差动保护元件。
2.根据权利要求1所述的一种适用于高速铁路的分布式光纤纵差保护系统，其特征在于，所述微机保护装置还设有低电闭锁元件，其中，低压闭锁元件在线路电压小于低压整定值时控制差动保护元件启动、出口，在线路电压不小于低压整定值时闭锁差动保护元件。
3.根据权利要求1所述的一种适用于高速铁路的分布式光纤纵差保护系统，其特征在于，所述微机保护装置还设有重合闸元件，其中，重合闸元件用于差动保护元件动作后且满足重合闸的条件时，启动重合闸来控制差动保护元件上的断路器合上。
4.根据权利要求3所述的一种适用于高速铁路的分布式光纤纵差保护系统，其特征在于，所述微机保护装置还设有检有压元件，其中，检有压元件投入时，如果检测到线路无压，则闭锁重合闸，判定为无重合闸，检测到线路有压时，则开放重合闸元件。
5.根据权利要求3所述的一种适用于高速铁路的分布式光纤纵差保护系统，其特征在于，所述微机保护装置还设有后加速元件，其中，在差动保护元件跳闸并且发出重合闸命令后，若在设定时间内差动保护元件启动，则后加速元件发跳闸命令，判定为重合闸失败；若在设定时间内检测不到差动保护元件启动，则判定为重合闸成功。
6.根据权利要求1～5中任意一项所述的一种适用于高速铁路的分布式光纤纵差保护系统，其特征在于，所述微机保护装置还设有PT断线元件，其中，PT断线元件用于闭锁差动保护元件。
7.一种适用于高速铁路的分布式光纤纵差保护系统的纵差保护方法，其特征在于，包括以下步骤：当铁路接触网线路发生短路故障时，每段线路首端和末端的微机保护装置采集本侧线路电流，并将本装置采集的保护电流传到对侧微机保护装置，差动电流大于整定值时，同时电压低于低压整定值，且装置未检测到PT断线，则保护装置差动保护出口，跳开本侧线路上的断路器，从而实现差动保护。
8.根据权利要求7所述的纵差保护方法，其特征在于，所述差动电流计算方法为：将线路首端和末端微机保护装置采集到的基波电流通过光纤互相传到对侧装置，各侧微机保护装置分别计算出各侧差动电流，差动电流计算公式如下：
ICD=|IT11-IT12|
其中，ICD表示差动电流，IT11表示首端微机保护装置采集到线路电流，IT12表示末端微机保护装置采集线路电流。
9.根据权利要求7所述的纵差保护方法，其特征在于，所述线路首端和末端的微机保护装置采集线路电流时同步采样。
10.根据权利要求7所述的纵差保护方法，其特征在于，所述PT断线的判断方法如下：当微机保护装置检测到线路电压低于PT断线电压整定值，同时线路电流低于电流整定值且高于0.1倍额定电流，则PT断线出口发告警信号，同时闭锁差动保护元件。
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