CN108631277A - 一种牵引直流框架保护方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种牵引直流框架保护方法及系统，该方法包括：采集框架系统的模拟量信息，所述模拟量信息包括框架泄露电压；当框架系统对应的框架泄露电压上升且电压变化率不大于变化率设定阈值时，判断列车是否处于启动过程；若列车处于启动过程，则控制钢轨电位限制装置动作并闭锁框架电压保护。本发明通过在列车启动时，若检测到框架泄露电压的变化率不大，则控制钢轨电位限制装置动作并闭锁框架电压保护，可以有效防止框架保护跳闸造成供电区间失电。

Description

一种牵引直流框架保护方法及系统

技术领域

本发明涉及一种牵引直流框架保护方法及系统，属于牵引直流框架保护技术领域。

背景技术

伴随我国城市建设的迅速发展，轨道交通是一种绿色节能的出行方式，其直流牵引供电系统的安全稳定则是整个轨道交通运行的基本保障。框架保护作为整个牵引供电系统的重要组成部分，不仅涉及供电设备的安全运行同时也保护操作人员的人身安全。

传统的框架保护装置在发生框架保护动作时不能有效区分故障发生节点，将本站断路器全部跳闸并联跳邻站馈线断路器，造成跳闸事故范围扩大化，给故障定位和恢复供电带来了困难。另外，当发生负极对地电压升高的故障时，钢轨电压限制开关合闸与框架泄露电压动作跳闸的动作选择性无法得到满足，会导致框架泄露电压保护误动作造成供电区间失电的现象。

发明内容

本发明的目的是提供一种牵引直流框架保护方法及系统，用于解决钢轨电压限制开关合闸与框架泄露电压动作跳闸的动作选择性无法得到满足，会导致框架泄露电压保护误动作造成供电区间失电的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种牵引直流框架保护方法，步骤如下：

采集框架系统的模拟量信息，所述模拟量信息包括框架泄露电压；

当框架系统对应的框架泄露电压上升且电压变化率不大于变化率设定阈值时，判断列车是否处于启动过程；

若列车处于启动过程，则控制钢轨电位限制装置动作并闭锁框架电压保护。

本发明的有益效果是：在列车启动时，若检测到框架泄露电压的变化率不大，则控制钢轨电位限制装置动作并闭锁框架电压保护，可以有效防止框架保护跳闸造成供电区间失电。

进一步的，为了实现可靠保护，当框架系统对应的框架泄露电压上升且电压变化率不大于变化率设定阈值时，若列车不处于启动过程，则控制钢轨电位限制装置优先于框架电压保护动作。

进一步的，为了可靠切除故障，还包括当框架系统对应的框架泄露电压上升且电压变化率大于变化率设定阈值时，则控制框架电压保护优先于钢轨电位限制装置动作。

进一步的，为了实现框架泄露电流保护，所述模拟量信息还包括框架泄露电流，若框架泄露电流大于电流设定阈值，则控制框架电流保护动作。

进一步的，为了发生框架泄露时故障能够快速切除，框架电压保护的动作时间定值对应不同的电压增量，电压增量越大，则框架电压保护的动作时间越短。

进一步的，为了实现故障的精确切除，减小故障切除范围，框架系统包括整流器框架、进线框架和馈线框架，当任意一个框架需要框架电压保护和/或框架电流保护动作时，则控制相应框架保护的执行元件动作。

进一步的，为了实现故障监测，还包括对框架系统内的交流断路器、直流断路器、隔离开关位置信号及故障变位信号进行监测，当出现故障时，进行故障报警。

本发明还提供了一种牵引直流框架保护系统，包括框架泄露电压采集模块以及保护控制器，所述保护控制器采样连接框架泄露电压采集模块，用于获取框架系统的框架泄露电压；所述保护控制器还设置有控制命令出口用于：当框架系统对应的框架泄露电压上升且电压变化率不大于变化率设定阈值时，判断列车是否处于启动过程；若列车处于启动过程，则控制钢轨电位限制装置动作并闭锁框架电压保护。

进一步的，所述保护控制器还用于：当框架系统对应的框架泄露电压上升且电压变化率不大于变化率设定阈值时，若列车不处于启动过程，则控制钢轨电位限制装置优先于框架电压保护动作。

进一步的，所述保护控制器还用于：当框架系统对应的框架泄露电压上升且电压变化率大于变化率设定阈值时，则控制框架电压保护优先于钢轨电位限制装置动作。

进一步的，还包括框架泄露电流采集模块，所述保护控制器采样连接框架泄露电流采集模块用于：获取框架系统的框架泄露电流，若框架泄露电流大于电流设定阈值，则控制框架电流保护动作。

进一步的，所述保护控制器用于：框架电压保护的动作时间定值对应不同的电压增量，电压增量越大，则框架电压保护的动作时间越短。

进一步的，所述框架泄露电压采集模块包括分别用于采集整流器框架、进线框架和馈线框架的框架泄露电压采集模块，所述框架泄露电流采集模块包括分别用于采集整流器框架、进线框架和馈线框架的框架泄露电流采集模块，所述保护控制器用于：当任意一个框架需要框架电压保护和/或框架电流保护动作时，则控制相应框架保护的执行元件动作。

进一步的，还包括用于对框架系统内的交流断路器、直流断路器、隔离开关位置信号及故障变位信号进行监测的监测装置，保护控制器采样连接所述监测装置，所述保护控制器控制连接有报警装置。

附图说明

图1是牵引直流框架保护系统的结构示意图；

图2是牵引直流框架保护方法的流程图；

图3是牵引直流框架系统的分区示意图。

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，以下结合附图及具体实施例对本发明进行进一步详细说明。

本发明提供了一种牵引直流框架保护系统，其结构框图如图1所示，包括框架泄露电压采集模块、框架泄露电流采集模块、监测装置、保护控制器以及报警装置，保护控制器(保护控制CPU)采样连接框架泄露电压采集模块、框架泄露电流采集模块和监测装置，并控制连接报警装置。保护控制器还设置有控制命令出口(快速出口)，该控制命令出口接入到钢轨电位限制装置对应的钢轨电位限制开关、框架电压保护对应的断路器、框架电流保护对应的断路器的操作回路，用于控制各个断路器、开关的分合闸操作。

其中，为了保证多路高速采样能力，框架泄露电压采集模块和框架泄露电流采集模块均使用了高速AD转换芯片。在本实施例中，框架泄露电压采集模块为霍尔电压传感器，通过将各个框架的外壳和牵引站负极母排分别接入到各框架内的框架泄露电压采集模块的输入端，然后将框架泄露电压采集模块输出端连接到保护控制器的模拟量采集端，用来采集框架泄露电压。框架泄露电流采集模块由分流器和隔离放大器构成，通过将各个框架的外壳经各框架内的分流器分别接地，分流器与隔离放大器连接，然后将隔离放大器输出端接到保护控制器的模拟量采集端，用来采集框架泄露电流。

上述牵引直流框架保护系统中的各个设备相互配合，用于实现一种牵引直流框架保护方法，其流程图如图2所示，具体包括以下内容：

(1)采集全站框架系统的模拟量信息，其中模拟量信息包括框架泄露电压。

图3给出了本发明框架系统的结构示意图，包括牵引站内部的整流器1框架211、整流器2框架212、进线1框架301、进线2框架302、馈线1框架311、馈线2框架312、馈线3框架313、馈线4框架314等，各个框架均采用独立对地绝缘安装的方式，且各个框架之间不存在电气联系。

需要说明的是，图3仅仅是给出了一个框架系统的具体实施例，在实际应用中，框架系统中的框架种类以及每种框架的数目可以根据应用需求进行设定。但是，每个框架均需要采用独立对地绝缘安装的方式，且各个框架之间不存在电气联系。当然，框架系统也可以采用现有技术中的方式进行设置。

对应上述的框架系统，在泄露电压模拟量信息采集时，需要采集每一个框架对应的框架泄露电压，以实现全牵引站内整流器柜、进线柜、能馈柜等多路模拟量高速采样的功能。其中，框架泄露电压采集的是负极对地电压。为了实现对每个框架对应泄露电压的采集，给每一个框架对应设置一个框架泄露电压采集模块来实现。当然，作为其他的实施方式，也可以采用两个或者多个框架对应设置一个框架泄露电压采集模块来实现。

上述框架的区分更加精细、合理，例如通过区分整流器1框架、整流器2框架，当一个整流器发生框架故障时跳开该整流器，另一个整流器仍旧可以为直流母线供电。同理，区分多个馈线框架也是如此。

(2)当框架系统对应的框架泄露电压上升且电压变化率不大于变化率设定阈值时，判断列车是否处于启动过程；若列车处于启动过程，则控制钢轨电位限制装置动作并闭锁框架电压保护；若列车不处于启动过程，则控制钢轨电位限制装置优先于框架电压保护动作。

上述的牵引直流框架保护方法通过对框架系统所对应的泄露电压进行检测，若检测到框架泄露电压的变化率不大且列车处于启动状态时，说明此时的过电压是由于列车启动引起的钢轨对地电压升高，并非发生过电压故障，则根据保护功能逻辑设定，控制钢轨电位限制装置动作以消除故障并闭锁框架电压保护，可以有效防止框架保护跳闸造成供电区间失电。

另外，当框架系统对应的框架泄露电压上升且电压变化率大于变化率设定阈值时，说明此时发生框架泄露故障导致框架电压迅速升高时，则控制框架电压保护优先于钢轨电位限制装置动作。

其中，框架电压保护和钢轨电位限制装置各有一套单独的动作定值(动作门槛+动作时间)，当故障量值达到其各自的动作门槛且持续一定时间(达到时间定值)，即发生保护动作。当框架系统对应的框架泄露电压上升且电压变化率不大于变化率设定阈值时，若列车处于启动过程，则钢轨电位限制装置动作，而框架电压保护被闭锁不再动作；当框架系统对应的框架泄露电压上升且电压变化率不大于变化率设定阈值时，而列车未处于启动过程，则钢轨电位限制装置优先动作，而此后框架电压是否动作则依据故障量值是否达到框架保护的动作门槛且持续到动作时间；当框架系统对应的框架泄露电压上升且电压变化率大于变化率设定阈值时，框架电压保护优先于钢轨电位限制装置动作，而此后钢轨电位限制装置是否动作也要依据故障量值是否达到钢轨限制装置的动作门槛和持续时间。

通过上述的控制逻辑，可以实现框架过电压的选择性保护控制，即对不同故障情况下框架电压升高的情况进行有选择的保护动作。若是列车启动而引起的过电压现象，则控制钢轨电位限制开关动作，将钢轨与地短接；若确实发生过电压故障，控制跳开该故障框架对应的断路器，准确定位故障节点缩小跳闸范围，有效防止了整站断路器全部跳闸，避免了因为保护动作选择性不够，而扩大跳闸范围，造成列车供电区间失电，既保证了故障的迅速切除也不会造成跳闸范围扩大。

并且，为了实现框架电流保护，在列车启动或工作过程中，还需要实时采集框架系统的框架泄露电流，若框架泄露电流大于电流设定阈值，则控制框架电流保护动作，以实现过电流保护。其中，框架泄露电流采集的是框架对地电流。在本实施例中，与框架电压保护一样，在泄露电流模拟量信息采集时，需要采集每一个框架对应的框架泄露电流。当其中任意一个或者多个框架发生过电流故障时，控制该框架内对应的断路器跳闸，以实现框架泄露电流保护，有效避免了整站断路器全部跳闸。

为了实现全站数字量信息监测功能，还需要实时检测框架系统内的各交流断路器、直流断路器、隔离开关位置以及站内各故障变位信息等，当出现故障时，及时进行故障报警。对于图3中的框架系统，全站数字量信息监测包括整流器框架211对应的中压交流断路器、整流器框架212对应的中压交流断路器、进线框架301对应的直流断路器、进线框架302对应的直流断路器、馈线框架311对应的直流断路器、馈线框架312对应的直流断路器、馈线框架313对应的直流断路器、馈线框架314对应的直流断路器、进线框架301对应的隔离开关、进线框架302对应的隔离开关、负极隔离开关等位置信号。

本发明的牵引直流框架保护方法及系统与传统框架保护装置相比，具有多路高速模拟量采集和快速出口的功能，提高了直流模拟量采样精度，减少了故障发生到故障切除的时间。单套保护系统能够实现框架泄露电压保护、框架泄露电流保护以及数字量监测功能，由于采用集中式保护的形式，根据采集到的框架电压、框架电流，判定对应框架系统内故障状况，准确定位故障节点缩小跳闸范围。整个保护系统功能集成度提高，硬件成本大幅降低，并且具备故障分区，快速定位故障的功能，对现场直流牵引系统的运维带来了极大的便利。

Claims (10)

1.一种牵引直流框架保护方法，其特征在于，步骤如下：

采集框架系统的模拟量信息，所述模拟量信息包括框架泄露电压；

当框架系统对应的框架泄露电压上升且电压变化率不大于变化率设定阈值时，判断列车是否处于启动过程；

若列车处于启动过程，则控制钢轨电位限制装置动作并闭锁框架电压保护。

2.根据权利要求1所述的牵引直流框架保护方法，其特征在于，当框架系统对应的框架泄露电压上升且电压变化率不大于变化率设定阈值时，若列车不处于启动过程，则控制钢轨电位限制装置优先于框架电压保护动作。

3.根据权利要求1或2所述的牵引直流框架保护方法，其特征在于，还包括当框架系统对应的框架泄露电压上升且电压变化率大于变化率设定阈值时，则控制框架电压保护优先于钢轨电位限制装置动作。

4.根据权利要求1或2所述的牵引直流框架保护方法，其特征在于，所述模拟量信息还包括框架泄露电流，若框架泄露电流大于电流设定阈值，则控制框架电流保护动作。

5.根据权利要求3所述的牵引直流框架保护方法，其特征在于，框架电压保护的动作时间定值对应不同的电压增量，电压增量越大，则框架电压保护的动作时间越短。

6.根据权利要求4所述的牵引直流框架保护方法，其特征在于，框架系统包括整流器框架、进线框架和馈线框架，当任意一个框架需要框架电压保护和/或框架电流保护动作时，则控制相应框架保护的执行元件动作。

7.根据权利要求1或2所述的牵引直流框架保护方法，其特征在于，还包括对框架系统内的交流断路器、直流断路器、隔离开关位置信号及故障变位信号进行监测，当出现故障时，进行故障报警。

8.一种牵引直流框架保护系统，其特征在于，包括框架泄露电压采集模块以及保护控制器，所述保护控制器采样连接框架泄露电压采集模块，用于获取框架系统的框架泄露电压；所述保护控制器还设置有控制命令出口用于：当框架系统对应的框架泄露电压上升且电压变化率不大于变化率设定阈值时，判断列车是否处于启动过程；若列车处于启动过程，则控制钢轨电位限制装置动作并闭锁框架电压保护。

9.根据权利要求8所述的牵引直流框架保护系统，其特征在于，所述保护控制器还用于：当框架系统对应的框架泄露电压上升且电压变化率不大于变化率设定阈值时，若列车不处于启动过程，则控制钢轨电位限制装置优先于框架电压保护动作。

10.根据权利要求8或9所述的牵引直流框架保护系统，其特征在于，所述保护控制器还用于：当框架系统对应的框架泄露电压上升且电压变化率大于变化率设定阈值时，则控制框架电压保护优先于钢轨电位限制装置动作。