CN105291895B - 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
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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
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:
Xset.1≥Klm(X1+Xm) (1)
其中可靠系数Kbm的范围是1.1-1.2,Xset.1为I段距离保护的整定定值,L1、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+Xm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:
其中灵敏系数Klm的范围是1.1-1.2,按照最大运行方式下单位测量阻抗Z1+Zm来整定,Xset.2为II段距离保护的整定定值,X1、Xm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Zm,短路点位于K1,距变电所的距离为Lk(0≤Lk≤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
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=Lk(Z0I2+ZmI1)
1QF到短路点K1的压降为ΔU1=Lk(Z0I1+ZmI2)+2(L-Lk)(Z0I1-ZmI1)
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选择L1+L2与2L1之中较大值进行整定,其中L1、L2为两个供电臂的长度。
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:
Xset.1≥Klm(X1+Xm) (1)
其中可靠系数Kbm的范围是1.1-1.2,Xset.1为I段距离保护的整定定值,X1、Xm为上下行线路的自阻抗和互阻抗。
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)中整定时限取0.5s,动作阻抗电抗边按照公式(2)计算:
其中灵敏系数Klm的范围是1.1-1.2,按照最大运行方式下单位测量阻抗Z1+Zm来整定,Xset.2为II段距离保护的整定定值。
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范围内的故障点,K4为L2线路末端故障点。
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线路末端故障点,K3为L2线路始端故障点。
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