CN110416964B - 一种高铁牵引供电臂末端短路与过负荷甄别方法 - Google Patents

Abstract

一种高铁牵引供电臂末端短路与过负荷甄别方法，基于现有电气化铁路牵引变电所的继电保护设备、馈线保护设备的应用，包括数据收集模块、数据处理模块、数据反馈模块和储存模块。本发明中，各模块采用统一网络接口，基于IEC61850协议，与供电臂上各所的继电保护装置经专用网络通道，统一进行数据交换，实现通信和互联。本发明采用数据实时处理技术，对于行车密度大，供电臂较长及越区供电的供电方式，将对其负荷运行状态进行实时监测，对传统的过负荷保护及过流类保护进行了自适应性升级改进，确保此类运行状态下的线路及设备安全，减少跳闸次数，为电气化铁路的正常运行提供有力技术支撑。

Description

一种高铁牵引供电臂末端短路与过负荷甄别方法

技术领域

本发明属于电气化铁路牵引供电技术领域，特别是一种高铁牵引供电臂末端短路与过负荷甄别方法。

背景技术

电气化铁路牵引变电所是电气化铁路运营的一个重要节点，牵引变电所接触网是为电力机车供电的核心设备，实际运行中，接触网常见跳闸原因有过负荷跳闸、金属性接地短路、带电过分相及高阻接地等。随着电气化高速铁路的发展，高速铁路行车密度加大，机车牵引负荷变化等问题导致供电线路能力日趋紧张，过负荷跳闸问题日益突出。目前，现有技术中，一般牵引变电所所采取的措施是投入反时限过负荷保护，其主要原理是利用反时限曲线，通过过负荷电流的大小，调整跳闸时间，防止接触网长时间大电流发热，从而保证列车及接触网安全。这种方式，对于一般的行车密度不大，不涉及越区供电的高速铁路线路，可以起到保护线路及机车安全的作用，但是过负荷时间达到定值后将仍会跳闸，中断供电。而对于供电线路较长，列车行车密度较大，或涉及越区供电的高速铁路线路，现有主保护均为变电所馈线距离保护；实际应用中，若供电区间线路较长，用电列车过多，则线路最大负荷电流将接近、甚至超过末端短路电流，因为既有牵引供电系统继电保护功能无法准确区分此类情况，会造成列车正常运行时不必要的跳闸情况发生，从而对行车安全和整个线路产生不利影响，因此，亟需尽快将其进行完善。

一般情况下，单台电力机车启动电流约为250A，运行电流约为180A，动车重联和满载货运列车电流可达460A以上。例如，按现有列车追踪时间，对于常规的长度为90KM的越区供电臂，其同时存在的列车数量极有可能超过4台。4台机车的负荷电流最大可达1840A，已经超过此长度供电臂的末端短路电流。因此，牵引变电所馈线继电保护装置将无法区分运行大电流是由过负荷引起还是由末端短路引起，对线路安全造成隐患。具体产生的安全隐患有：第一，线路末端短路时，靠近故障点附近的线路短路电流很大，但由于牵引变电所无法区分此大电流是过负荷电流还是短路电流，故其跳闸时间不能确定，因此会对故障点附近的线路及设备产生较长时间的冲击；第二，若线路已经处于过负荷状态，此时牵引变电所馈线保护装置检测到的电流接近甚至超过短路电流，若其根据过电流保护立刻跳闸，则会影响线路的负载能力，不利于应急状态及正常运行时的负荷调配；第三，现有过负荷保护没有统一的时限及安全预警功能，只是单纯的根据过负荷电流的大小，根据反时限方程计算出跳闸时间，这对于日益发展的高铁技术，已显得落后而僵化，难以与我国正在建设的智能牵引供电系统相适应。

发明内容

为了克服现有电气化铁路牵引变电所，因无法区分越区供电、行车密度大时的末端短路电流及过负荷电流导致的弊端，本发明提供了利用现有成熟通信技术，通过不同供电臂变电所间的数据交互，完成机车负荷与短路情况的判别，进而调整牵引变电所过负荷保护功能，应用中将牵引供电系统作为整体，同一供电臂内的牵引变电所，AT所、分区所进行配合计算，同时与相邻供电臂牵引变电所间进行数据信息交互。由作为电源供给的牵引变电所判断其整个供电臂的负荷情况，并将处理完成的数据实时发送至相邻供电臂的变电所，从而完成对过负荷及短路的判断，进而根据具体情况进行跳闸保护，由此尽可能减少了对电气化铁路运行带来影响的一种高铁牵引供电臂末端短路与过负荷甄别方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种高铁牵引供电臂末端短路与过负荷甄别方法，其特征在于基于现有电气化铁路牵引变电所的继电保护设备、馈线保护设备应用，包括数据收集模块、数据处理模块、数据反馈模块和储存模块，牵引变电所两侧的AT所及分区所通过数据收集模块收集相关数据后，采用统一数据传输协议，使用专用网络通道，经光纤数据线与相邻的牵引变电所实现互联互通，应用中，通过数据收集模块收集本牵引变电所及本供电臂中所有AT所、分区所馈线保护设备的实时数据，数据处理模块分析本供电臂上的列车数量及负荷情况，数据反馈模块将处理完成的数据实时发送至本供电臂牵引变电所内相关馈线保护设备及相邻供电臂牵引变电所的馈线保护设备，牵引变电所馈线保护设备能对本供电臂馈线保护过负荷及过电流类保护定值进行调整，进而根据需要经牵引变电所继电保护设备进行跳闸控制，减小对电气化铁路运行造成的影响，储存模块能储存本供电臂上牵引变电所及所有AT所、分区所的各种当前数据、以及历史数据，还能储存相邻牵引变电所供电臂数据，便于后续查询及追溯。

所述数据收集模块主要功能是收集本供电臂各牵引变电所、AT所、分区所的馈线保护装置的实时数据，监测供电臂负荷状况，并上传至数据处理模块。

所述数据处理模块将数据收集模块对传上来的相关数据进行计算，实时分析当前时刻本供电臂的负荷情况。同时，通过分析供电臂上各管辖所的负荷变化情况，对突增的电流量，做出电流变化是机车从本供电臂运行至下个供电臂，还是本供电臂出现末端短路的情况判断。

所述数据反馈模块及储存模块将已处理的数据发送回相应的牵引变电所，与牵引变电所馈线保护设备进行通信，并对牵引变电所馈线保护设备过负荷保护进行实时调整，从而达到判别过负荷电流和末端短路电流的目的，使保护既具有选择性，也更加灵敏灵活。

所述数据处理模块应用中，如果线路末端短路故障时，其电流在供电臂呈现突增趋势，而对相邻供电臂上各所无影响（牵引供电系统分相设置的原因）；而过负荷时的电流突增，则是伴随着机车的运行所产生，因此对两相邻供电臂的负荷情况进行收集，通过负荷数据计算出机车的运行方向及运行速度，从而测算出机车运行至本供电臂的时间，与电流突增时间进行比较，即可判别出是线路过负荷还是短路。

所述若干牵引变电所通过数据反馈模块和储存模块实现信息交互，每个牵引变电所的AT所、分区所之间，以及牵引变电所和牵引变电所之间的数据信息均采用IEC61850协议通信，使用光纤进行交互，从而保证其实时性。

本发明有益效果是：本发明以IEC61850标准实现各个牵引变电所之间系统通信，通过软件插件机制，使得数据收集及处理模块、数据反馈及存储模块能采用统一网络接口和网络通信，同时也与各牵引变电所继电保护装置经馈线保护设备通过该标准实现通信和互联。本发明基于数据实时处理，对传统的过负荷保护及过流类保护进行了自适应性升级改进；同时，对于行车密度大，供电臂较长及越区供电的供电方式，将对其负荷运行状态进行监测，确保此类运行状态下的线路及设备安全，减少了跳闸次数，并通过存储的负荷变化趋势，有效指导检修及列车运行图的调整，为电气化铁路的正常运行提供了有力技术支撑。基于上述，本发明具有好的应用前景。

附图说明

下面结合附图和实例对本发明做进一步说明：

图1是本发明构成框图。

具体实施方式

图1中所示，一种高铁牵引供电臂末端短路与过负荷甄别方法，基于现有电气化铁路牵引变电所的继电保护设备、馈线保护设备应用，包括数据收集模块、数据处理模块、数据反馈模块和储存模块，牵引变电所两侧的AT所及分区所通过数据收集模块收集相关数据后，采用统一数据传输协议，使用专用网络通道，经光纤数据线与相邻的牵引变电所实现互联互通，应用中，通过数据收集模块收集本牵引变电所及本供电臂中所有AT所、分区所馈线保护设备的实时数据，数据处理模块分析本供电臂上的列车数量及负荷情况，数据反馈模块将处理完成的数据实时发送至本供电臂牵引变电所内相关馈线保护设备及相邻供电臂牵引变电所的馈线保护设备，牵引变电所馈线保护设备能对本供电臂馈线保护过负荷及过电流类保护定值进行调整，进而根据需要经牵引变电所继电保护设备进行跳闸控制，减小对电气化铁路运行造成的影响，储存模块能储存本供电臂上牵引变电所及所有AT所、分区所的各种当前数据、以及历史数据，还能储存相邻牵引变电所供电臂数据，便于后续查询及追溯。

图1中所示，数据收集模块主要功能是收集本供电臂各AT所、分区所的馈线保护装置的实时数据，监测供电臂负荷状况，并上传至数据处理模块。数据处理模块将数据收集模块对传上来的相关数据进行计算，实时分析当前时刻本供电臂的负荷情况，同时，通过分析供电臂上各管辖所的负荷变化情况，对突增的电流量，做出电流变化是机车从本供电臂运行至下个供电臂、还是本供电臂出现末端短路的情况判断。数据反馈模块及储存模块将已处理的数据发送回相应的牵引变电所，与牵引变电所馈线保护设备进行通信，并对牵引变电所馈线保护设备过负荷保护控制进行实时调整，从而达到判别过负荷电流和末端短路电流的目的，使保护既具有选择性，也更加灵敏灵活。数据处理模块应用中，如果线路末端短路故障时，其电流在供电臂呈现突增趋势，而对相邻供电臂上各所无影响（牵引供电系统分相设置的原因）；当过负荷时的电流突增，则是伴随着机车的运行所产生，因此对两相邻供电臂的负荷情况进行收集，通过负荷数据计算出机车的运行方向及运行速度，从而测算出机车运行至本供电臂的时间，与电流突增时间进行比较，即可判别出是线路过负荷还是短路。若干牵引变电所通过数据反馈模块和储存模块实现信息交互，同一供电臂上牵引变电所、AT所、分区所之间，以及不同供电臂的牵引变电所之间的数据信息均采用IEC61850协议通信，使用光纤进行交互，从而保证其实时性。

图1中所示，本发明使用时，无需人工进行分析负荷状况，每个牵引变电所的馈线保护设备可自适应的调整过负荷保护定值。对于负荷过大的线路，将其过负荷时限定值缩短，防止线路过热，从而使过负荷保护既具有选择性同时也具有灵敏性，有利于减少负荷变化所带来的频繁跳闸。本发明的核心在于数据处理模块终端的算法实现，由于专用数据网络通道的建立，在数据交换与实施计算方面已无障碍，对于不同所的线路电流突增的情况，储存模块将其记录，并存储一段时间（此时间与行车密度及列车追踪间隔有关），同时，将处理后的数据经数据反馈模块发送至其他供电臂的相关变电所。

图1中所示，以下内容，分不同情况阐述作用原理如下：1）负荷运行及检测识别：本发明经数据反馈模块将数据处理模块处理后的数据发送至其他供电臂的牵引变电所馈线保护设备终端；后者在接收到相关数据后，进行延时（此延时与列车运行速度及运行方向有关）；若在此延时内，变电所发生电流量突变，则其认定为负荷增加，机车已经运行到本供电臂，此时，扩大过负荷定值，使其与线路末端短路故障进行区分，牵引变电所的继电保护装置不跳闸。2）末端短路故障识别：若本供电臂变电所在运行中，未收到相邻供电臂数据处理终端（牵引变电所馈线保护设备终端）所发送的有负荷变化的数据信息，但此时本供电臂各处出现线路电流突增，且变电所馈线保护设备感知到的电流达到过电流保护定值，则可判定为线路末端发生短路故障，需要跳闸，然后牵引变电所继电保护装置进行自动跳闸。3）正常运行状态识别：本发明中的数据处理模块，将实时数据进行计算，并将所计算数据与相邻供电臂变电所馈线保护设备终端进行实时交换，正常运行状态下，各变电所馈线保护设备终端均可对本供电臂及相邻供电臂的运行状态进行识别，互为备用；任一数据终端对故障的判别，均需参考相邻数据终端的运行状态，综合评估，避免误判。4）数据的发送与存储中，本发明以供电臂（也就是每个牵引供电所）为单位，配备数据存储模块及数据发送模块，具体数据存储量依数据库大小而定。

本发明以IEC61850标准实现各个牵引变电所之间系统通信，通过软件插件机制，使得数据收集及处理模块、数据反馈及存储模块能采用统一网络接口和网络通信，同时也与各牵引变电所继电保护装置经馈线保护设备通过该标准实现通信和互联。本发明基于数据实时处理，对传统的过负荷保护及过流类保护进行了自适应性升级改进；同时，对于行车密度大，供电臂较长及越区供电的供电方式，将对其负荷运行状态进行监测，确保此类运行状态下的线路及设备安全，减少了跳闸次数，并通过存储的负荷变化趋势，有效指导检修及列车运行图的调整，为电气化铁路的正常运行提供了有力技术支撑。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (1)

1.一种高铁牵引供电臂末端短路与过负荷甄别方法，其特征在于基于现有电气化铁路牵引变电所的继电保护设备、馈线保护设备应用，包括数据收集模块、数据处理模块、数据反馈模块和储存模块，牵引变电所两侧的AT所及分区所通过数据收集模块收集相关数据后，采用统一数据传输协议，使用专用网络通道，经光纤数据线与相邻的牵引变电所实现互联互通，应用中，通过数据收集模块收集本牵引变电所及本供电臂中所有AT所、分区所馈线保护设备的实时数据，数据处理模块分析本供电臂上的列车数量及负荷情祝，数据反馈模块将处理完成的数据实时发送至本供电臂牵引变电所内相关馈线保护设备及相邻供电臂牵引变电所的馈线保护设备，牵引变电所馈线保护设备能对本供电臂馈线保护过负荷及过电流类保护定值进行调整，进而根据需要经牵引变电所继电保护设备进行跳闸控制，减小对电气化铁路运行造成的影响，储存模块能储存本供电臂上牵引变电所及所有AT所、分区所的各种当前数据、以及历史数据，还能储存相邻牵引变电所供电臂数据，便于后续查询及追溯；所述数据收集模块主要功能是收集本供电臂各AT所、分区所的馈线保护装置的实时数据，监测供电臂负荷状况，并上传至数据处理模块；所述数据处理模块将数据收集模块对传上来的相关数据进行计算，实时分析当前时刻本供电臂的负荷情况，同时，通过分析供电臂上各管辖所的负荷变化情况，对突增的电流量，做出电流变化是机车从本供电臂运行至下个供电臂、还是本供电臂出现末端短路的情况判断；所述数据反馈模块及储存模块将已处理的数据发送回相应的牵引变电所，与牵引变电所馈线保护设备进行通信，并对牵引变电所馈线保护设备过负荷保护控制进行实时调整，从而达到判别过负荷电流和末端短路电流的目的，使保护既具有选择性，也更加灵敏灵活；所述数据处理模块应用中，如果线路末端短路故障时，其电流在供电臂呈现突增趋势，而对相邻供电臂上各所无影响；当过负荷时的电流突增，则是伴随着机车的运行所产生，因此对两相邻供电臂的负荷情况进行收集，通过负荷数据计算出机车的运行方向及运行速度，从而测算出机车运行至本供电臂的时间，与电流突增时间进行比较，即可判别出是线路过负荷还是短路；本供电臂牵引变电所与相邻供电臂牵引变电所通过数据和储存模块实现信息交互，每个牵引变电所的AT所、分区所之间，以及牵引变电所和牵引变电所之间的数据信息均采用IEC61850协议通信，使用光纤进行交互，从而保证其实时性。

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