CN105291895A - 一种直接供电方式牵引网距离保护整定计算优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直接供电方式牵引网距离保护整定计算优化方法,牵引网的供电系统为工频单相交流制，机车通过接触网T取流，流过机车后，经过钢轨R流回变电所；正常运行时，各牵引变电所的馈线在牵引网中无电联系，每台电力机车、每一条供电臂只从一个牵引变电所取电；在复线区段，上行I段和下行II段两条线路在同一牵引变电所取电，但在线路中间或者末端各自独立不并联，该方法包括步骤：(1)I段：优先保证距离I段的灵敏性，按保障本线路全长来整定；(2)II段：保护范围按各种供电方式下的最长距离进行整定。

Description

一种直接供电方式牵引网距离保护整定计算优化方法

技术领域

本发明涉及电气化铁路牵引供电系统的安全的技术领域，具体地涉及一种直接供电方式牵引网距离保护整定计算优化方法。

背景技术

电气化铁路牵引供电系统的安全性是保证列车正常运行的重要前提，特别是牵引网的结构复杂、故障频繁，且无备用，继电保护的正确动作显得尤为重要。距离保护是牵引网的主保护。带回流线的直接供电方式是我国普速铁路采用的最常用的供电方式，这种供电方式下有多种运行形式，目前主流的定值方案需针对不同的供电形式，对牵引网馈线距离保护设计多套定值，当供电形式发生改变时，人为切换定值区间，这无疑增加了值班人员操作的复杂程度及可能发生的意外情况,导致保护不正确动作概率增大。因此有必要对当前直接供电的整定计算方案进行简化。

而目前实际具体保护方案中，有些方案直接采用一套固定的阻抗，未针对直接供电方式下不同供电形式采取不同测量阻抗。

直接供电方式以距离保护为主保护，设置两段(I、II段)式距离保护，并结合综合谐波抑制等方案，同时配以电流速断保护，电流增量保护等。正常供电时，距离I段保护范围为85％被保护线路L₁，II段保护范围为L₁全长，可靠系数取1.2～1.5。越区供电时切换被保护线路长度为两供电臂之和，计算方法与正常供电相似。迂回或末端并联时，依据分区所是否设置保护，设计各自对应的两段式段距离保护定值方案。对于不同的供电方式采取不同的定值方案，供电方式改变时，切换定值区间。

当供电形式发生改变时，人为切换定值区间，这无疑增加了值班人员操作的复杂程度及可能发生的意外情况,导致保护不正确动作概率增大。其次，正常供电或分区所无保护的越区供电情况下，设置两段保护不会实现上下级的选择性，但会因此损失线路末端15％部分的速动性。最后，实际具体保护方案中，有些方案直接采用一套固定的阻抗，未针对直接供电方式下不同供电形式采取不同测量阻抗。而采用不同单位测量阻抗方案中，单位测量阻抗的依据不同，则定值不同，所以保护的实际范围也不相同。

带回流线的直接供电方式下有多种运行形式，目前主流的定值方案需针对不同的供电形式，对牵引网馈线距离保护设计多套定值，当供电形式发生改变时，人为切换定值区间，这无疑增加了值班人员操作的复杂程度及可能发生的意外情况,导致保护不正确动作概率增大。相较电力系统，牵引供电系统的方式相对简单，因此有必要对当前直接供电的整定计算方案进行简化。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种直接供电方式牵引网距离保护整定计算优化方法,其达到继电保护最根本的选择性、速动性、灵敏性、可靠性的平衡,在考虑灵敏性优先的情况下,仅用一套保护定值兼顾所有运行方式，减少运行维护工作量，避免定值切换导致的各种非预期问题，提升保护动作的可靠性。

本发明的技术解决方案是：这种直接供电方式牵引网距离保护整定计算优化方法，牵引网的供电系统为工频单相交流制，机车通过接触网T取流，流过机车后，经过钢轨R流回变电所；正常运行时，各牵引变电所的馈线在牵引网中无电联系，每台电力机车、每一条供电臂只从一个牵引变电所取电；在复线区段，上行I段和下行II段两条线路在同一牵引变电所取电，但在线路中间或者末端各自独立不并联，该方法包括以下步骤：

(1)I段：优先保证距离I段的灵敏性，按保障本线路全长来整定；

(2)II段：保护范围按各种供电方式下的最长距离进行整定。

本方法针对直接供电的不同供电形式，在考虑了不同供电方式下的测量阻抗因素后，设计了一种可以兼顾正常、越区、迂回及末端并联方式的定值方案，供电方式变化时无需工作人员手动切换定值区间，也避免了定值转换过程中可能出现的各种意外情况，整定方案更加简洁可靠，因此达到继电保护最根本的选择性、速动性、灵敏性、可靠性的平衡,在考虑灵敏性优先的情况下,仅用一套保护定值兼顾所有运行方式，减少运行维护工作量，避免定值切换导致的各种非预期问题，提升保护动作的可靠性,并且对正常运行方式的性能没有任何影响。

附图说明

图1示出了现有技术中牵引供电系统及其直接供电模型；

图2示出了根据本发明的保护动作分析；

图3示出了根据本发明的末端并联单位测量阻抗计算。

具体实施方式

这种直接供电方式牵引网距离保护整定计算优化方法，牵引网的供电系统为工频单相交流制，机车通过接触网T取流，流过机车后，经过钢轨R流回变电所；正常运行时，各牵引变电所的馈线在牵引网中无电联系，每台电力机车、每一条供电臂只从一个牵引变电所取电；在复线区段，上行I段和下行II段两条线路在同一牵引变电所取电，但在线路中间或者末端各自独立不并联(如图1所示)，如图2所示，该方法包括以下步骤：

(1)I段：优先保证距离I段的灵敏性，按保障本线路全长来整定；

(2)II段：保护范围按各种供电方式下的最长距离进行整定。

本方法针对直接供电的不同供电形式，在考虑了不同供电方式下的测量阻抗因素后，设计了一种可以兼顾正常、越区、迂回及末端并联方式的定值方案，供电方式变化时无需工作人员手动切换定值区间，也避免了定值转换过程中可能出现的各种意外情况，整定方案更加简洁可靠，因此达到继电保护最根本的选择性、速动性、灵敏性、可靠性的平衡,在考虑灵敏性优先的情况下,仅用一套保护定值兼顾所有运行方式，减少运行维护工作量，避免定值切换导致的各种非预期问题，提升保护动作的可靠性,并且对正常运行方式的性能没有任何影响。

优选地，所述步骤(1)中整定时限取0.1s，动作阻抗电抗边按照公式(1)计算：

X_set.1≥K_lm(X₁+X_m)(1)

其中可靠系数K_bm的范围是1.1-1.2，X_set.1为I段距离保护的整定定值，L_1、L₂为两个供电臂的长度。

为保证I段的灵敏度，采用最大运行方式的单位测量电抗X₁+X_m进行整定。在此动作值下，迂回供电形式下发生短路故障对应的单位测量阻抗最小，实际保护范围将扩大，可靠保证了各种运行工况下的灵敏度，在不利的情况下具有稳定的保护范围。

优选地，所述步骤(2)中选择L₁+L₂与2L₁之中较大值，整定时限取0.5s，动作阻抗电抗边按照公式(2)计算：

$X_{set.2}\≥\left\{\begin{array}{cc}{K}_{lm}(L_1+L_2)(X_1+X_m),& L_2>L_1\\ K_{lm}\·2L_1\·(X_1+X_m),& L_1>L_2\end{array}\right.---\left(2\right)$

其中灵敏系数K_lm的范围是1.1-1.2，按照最大运行方式下单位测量阻抗Z₁+Z_m来整定，X_set.2为II段距离保护的整定定值，X_1、X_m为上下行线路的自阻抗和互阻抗。

优选地，当K₁发生故障，则变电所I段距离保护在0.1s动作；当K₄短路时，分区所I段优先在0.1s动作，否则由变电所II段保护在0.4s动作，K₁为85％L₁范围内的故障，K₄为L₂线路末端故障。

优选地，当K₂发生故障时，变电所I段在0.1s动作；若越区供电K₃发生短路，则由变电所或分区所I段在0.1s动作，K₂为L₁线路末端故障，K₃为L₂线路始端故障。

以下说明直接供电方式及测量阻抗

1单线正常供电

如图1所示，正常运行时，假设仅上行(或下行)有电力机车运行，线路发生短路故障时，1QF单位测量阻抗为Z₀，其中Z₀为上行或下行线路每公里单位自阻抗。

2单线越区供电

假设仅上行有电力机车运行，越区供电线路L₁发生故障时，1QF单位测量阻抗为线路单位自阻抗Z₀。

3复线末端并联及迂回供电

①迂回供电单位测量阻抗

设上下行牵引网每公里的自阻抗为Z₀，互阻抗每公里为Z_m，短路点位于K₁，距变电所的距离为L_k(0≤L_k≤L)，变电所至K点的压降为△U，上下行牵引网中电流为I₁、I₂，总短路电流为I，设断路器1QF处的测量阻抗为Z₁,断路器2QF处的测量阻抗为Z₂。

1)线路在图3的K₁处发生短路故障时,2QF到短路点的单位测量阻抗与正常供电方式相同,为线路的单位阻抗Z₀。

2)线路在K₂处发生短路时，其中2QF到短路点的压降为

ΔU₂＝L_kZ₀I₂+2(L-L_k)(Z₀I₂-Z_mI₂)，则 $Z_2=\frac{{\mathrm{\ΔU}}_2}{I_2}=(2L-L_k)(Z_0-\frac{2(L-L_k)}{2L-L_k}{Z}_m)$

令 ${Z^{\′}}_{yh}=Z_0-\frac{2(L-L_k)}{2L-L_k}{Z}_m=Z_0+{\mathrm{\βZ}}_m,$ 则Z₂＝(2L-L_k)Z_yh′

②末端并联单位测量阻抗

复线末端并联供电时，当线路K₁处发生短路故障，可得如下式子：2QF到短路点K₁的压降为ΔU₂＝L_k(Z₀I₂+Z_mI₁)

1QF到短路点K1的压降为ΔU₁＝L_k(Z₀I₁+Z_mI₂)+2(L-L_k)(Z₀I₁-Z_mI₁)

又有ΔU₁＝ΔU₂，可得 $I_1=\frac{L_k}{2L-L_k}{I}_2,$ 则 $Z_1=\frac{\mathrm{\Δ}U}{I_1}=(2L-L_k)(Z_0+\frac{L_k}{2L-L_k}{Z}_m)$

记 ${Z^{\′}}_b=Z_0+\frac{L_k}{2L-L_k}{Z}_m=Z_0+{\mathrm{\αZ}}_m,$ 则Z₁＝(2L-L_k)Z_b′，同理Z₂＝L_kZ_b′

本方法针对直接供电的不同供电形式，在考虑了不同供电方式下的测量阻抗因素后，设计了一种可以兼顾正常、越区、迂回及末端并联方式的定值方案。供电方式变化时无需工作人员手动切换定值区间，也避免了定值转换过程中可能出现的各种意外情况，整定方案更加简洁可靠。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.一种直接供电方式牵引网距离保护整定计算优化方法，牵引网的供电系统为工频单相交流制，机车通过接触网T取流，流过机车后，经过钢轨R流回变电所；正常运行时，各牵引变电所的馈线在牵引网中无电联系，每台电力机车、每一条供电臂只从一个牵引变电所取电；在复线区段，上行I段和下行II段两条线路在同一牵引变电所取电，但在线路中间或者末端各自独立不并联，其特征在于：该方法包括以下步骤：

(1)I段：优先保证距离I段的灵敏性，按保障本线路全长来整定；

(2)II段：保护范围按各种供电方式下的最长距离进行整定。

2.根据权利要求1所述的直接供电方式牵引网距离保护整定计算优化方法，其特征在于：所述步骤(1)中整定时限取0.1s，动作阻抗电抗边按照公式(1)计算：

X_set.1≥K_lm(X₁+X_m)(1)

其中可靠系数K_bm的范围是1.1-1.2，X_set.1为I段距离保护的整定定值，L₁、L₂为两个供电臂的长度。

3.根据权利要求2所述的直接供电方式牵引网距离保护整定计算优化方法，其特征在于：所述步骤(2)中选择L₁+L₂与2L₁之中较大值，整定时限取0.5s，动作阻抗电抗边按照公式(2)计算：

$X_{set.2}\≥\left\{\begin{array}{cc}{K}_{lm}(L_1+L_2)(X_1+X_m),& L_2>L_1\\ K_{lm}\·2L_1\·(X_1+X_m),& L_1>L_2\end{array}\right.---\left(2\right)$

其中灵敏系数K_lm的范围是1.1-1.2，按照最大运行方式下单位测量阻抗Z₁+Z_m来整定，X_set.2为II段距离保护的整定定值，X₁、X_m为上下行线路的自阻抗和互阻抗。

4.根据权利要求3所述的直接供电方式牵引网距离保护整定计算优化方法，其特征在于：当K₁发生故障，则变电所I段距离保护在0.1s动作；当K₄短路时，分区所I段优先在0.1s动作，否则由变电所II段保护在0.4s动作，K₁为85％L₁范围内的故障，K₄为L₂线路末端故障。

5.根据权利要求3所述的直接供电方式牵引网距离保护整定计算优化方法，其特征在于：当K₂发生故障时，变电所I段在0.1s动作；若越区供电K₃发生短路，则由变电所或分区所I段在0.1s动作，K₂为L₁线路末端故障，K₃为L₂线路始端故障。