CN111907381A

CN111907381A - 分段式自耦牵引供电系统

Info

Publication number: CN111907381A
Application number: CN202010608425.6A
Authority: CN
Inventors: 吴波; 刘刚; 宫衍圣; 丁大鹏; 陈静; 王文怡; 陶临生; 周志录; 郝帅; 刘若飞; 王延青; 王朋成; 刘巍; 林志海; 彭伟
Original assignee: China Railway First Survey and Design Institute Group Ltd
Current assignee: China Railway First Survey and Design Institute Group Ltd
Priority date: 2020-06-29
Filing date: 2020-06-29
Publication date: 2020-11-10

Abstract

本公开涉及一种分段式自耦牵引供电系统。该分段式自耦牵引供电系统包括：T线、F线以及开关元件；牵引变电所、自耦所和分区所中的至少一处，所述T线和所述F线分别通过其对应的开关元件与进出线电连接。本公开实施例有利于实现对T线和F线的分开保护，有利于缩短故障停电范围，提高牵引可靠性。

Description

分段式自耦牵引供电系统

技术领域

本公开涉及电气化铁路技术领域，尤其涉及一种分段式自耦牵引供电系统。

背景技术

近年来电气化铁路里程飞速发展，电力牵引是各种运输方式中能够以电代油的动力牵引方式，其能源优势十分明显。牵引供电系统是电气化铁路的动力来源，其供电方式主要有带回流线的直接供电方式(简称直供)和自耦变压器(Auto Transformer，AT)供电方式。AT供电方式的牵引供电系统主要由牵引变电所、分区所、AT所组成，其牵引网分为T线和F线；其中，T线作为接触网的供电线，F线作为正馈线的供电线，牵引供电系统架构如图1所示。

目前，牵引供电系统的牵引网保护，通常以牵引变电所设置阻抗保护作为主保护，分区所和AT所一般不提供牵引网保护。由此，一旦牵引网发生故障，无论是AT所的母线还是分区所的母线故障，都是由牵引变电所的馈线保护动作，牵引变电所上、下行双极断路器均跳闸，导致停电范围较大，牵引可靠性较低。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种分段式自耦牵引供电系统，以减小故障停电范围，提高牵引可靠性。

本公开提供了一种分段式自耦牵引供电系统，该分段式自耦牵引供电系统包括：T线、F线以及开关元件；

牵引变电所、自耦所和分区所中的至少一处，所述T线和所述F线分别通过其对应的开关元件与进出线电连接。

可选的，所述T线包括上行T线和下行T线，所述F线包括上行F线和下行F线；

牵引变电所、自耦所和分区所中，所述上行T线、所述上行F线、所述下行T线和所述下行F线均分别独立地设置所述开关元件。

可选的，所述开关元件为单极断路器。

可选的，自耦所处设置电分段，且所述电分段的两侧分别设置进出线。

可选的，所述分区所处设置断路器，且所述断路器的两侧分别设置进出线。

可选的，与同一段所述上行T线、所述上行F线、所述下行T线或所述下行F线电连接的两个开关元件限定一独立供电单元；

所述独立供电单元设置光纤差动保护。

本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：通过设置牵引变电所、自耦所和分区所中的至少一处，所述T线和所述F线分别通过其对应的开关元件与进出线电连接，有利于实现对T线和F线的分开保护，有利于缩短故障停电范围，提高牵引可靠性。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为相关技术提供的一种传统自耦牵引供电系统的结构示意图；

图2为本公开实施例提供的一种分段式自耦牵引供电系统的结构示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的各本公开实施例在不冲突的前提下，可相互组合，其中的结构部件或功能模块可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本公开的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本公开的范围，而是仅仅表示本公开的选定实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

在本公开的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该公开产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本公开的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

图1为相关技术提供的一种传统自耦牵引供电系统的结构示意图。参照图1，相关技术中，牵引供电系统的牵引网保护，可以牵引变电所设置阻抗保护作为主保护，分区所和AT所不单独提供牵引网保护。目前，用于AT供电方式的馈线保护测控装置功能日臻完善，稳定性也较好，但基于AT牵引网固有的复杂性，尚存在以下弊端难以解决：

(1)保护选择性问题

1.1)上行和下行全并联供电方式下，牵引变电所馈线保护无法区分是上行故障还是下行故障，因此一旦牵引网故障，牵引变电所上行断路器(以双极断路器示出)和下行断路器(以双极断路器示出)均跳闸，造成停电范围扩大。

1.2)越区供电时，牵引变电所馈线I段保护与分区所馈线I段保护由于保护范围问题无法配合，当分区所至下一变电所区间故障时，变电所及分区所馈线保护均动作，造成停电范围扩大。如在保护时限上设置阶梯，又牺牲了变电所I段保护的速动性。

(2)停电范围大

AT供电方式的供电范围一般较大，而根据目前的保护设置，一旦牵引网发生故障，无论故障在那个区间，都是由牵引变电所馈线保护动作，整个供电臂停电。

(3)故障类型多、运行方式多，保护难以配合

AT牵引网存在T-R、F-R、T-F、T-F-R等多种短路故障类型，同时也存在T线断线、F线断线故障，各种故障状态下牵引网阻抗均不一致。AT供电或直接供电、上下行是否并联、越区供电等多种交织错杂的运行方式下牵引网阻抗也不一致。这就给短路电流计算、阻抗计算、整定计算、保护配合等带来了巨大困难。通常情况下，馈线阻抗保护以各种运行方式下、各种故障类型中的最大阻抗进行整定，使保护范围尽可能扩大，然而这不但对保护的灵敏性难以保证，也正是越区供电时牵引变电所与分区所馈线保护无法保证选择性的原因。

(3)故障点标定困难

由于牵引网中加入了自耦变压器(AT)，牵引网阻抗是一个随距离的非线性阻抗，加之运行方式多、故障类型多，使得牵引网故障点标定非常困难。目前采用较多的故障点标定方法是吸上电流比、上下行电流比等多种方式判断相结合的AT故障测距方法，需要在牵引变电所、AT所、分区所都装设单独的故标装置，以单独的通道进行通信，将AT所、分区所的相关电流都传到牵引变电所进行计算，以此区分故障类型及故障点标定。原理虽可行，但如需精确判断故障点，则需大量的调试、修改工作，并且适应性较差，一旦运行方式改变，则无法判断。此外，AT故障测距需要在测距范围内(比如一个供电臂)的各所都装设同一故标装置，如不满足同一个供电臂内各所都采用同一个综合自动化系统设备，则需在部分所加装另一故标装置，如此增加了故障点标定难度。

针对上述技术问题中的至少一个技术问题，本公开实施例提出一种基于光纤差动保护的AT牵引供电系统架构，将牵引供电系统分为若干个供电单元，分别配置光纤差动保护，实现每个供电单元独立保护和分别停、送电，可改善AT牵引网保护选择性、停电范围、故障点标定等问题；同时，增加T、F线分开保护控制、故障识别等功能，以提高牵引网供电的可靠性，缩短停电时间，减小运营维护工作量。如此可提高AT牵引供电系统的可靠性和灵活性，可减小故障停电范围。下面结合图2对本公开实施例提供的分段式自耦牵引供电系统进行示例性说明。

示例性的，图2为本公开实施例提供的一种分段式自耦牵引供电系统的结构示意图。参照图2，该分段式自耦牵引供电系统包括：T线110、F线120以及开关元件130；牵引变电所、自耦所和分区所中的至少一处，T线110和F线120分别通过其对应的开关元件130与进出线电连接。

其中，T线110可通过第一开关元件与第一进出线电连接，第一开关元件断开时，T线110处于停电状态；第一开关元件闭合时，T线110处于送电状态。F线120可通过第二开关元件与第二进出线电连接，第二开关元件断开时，F线120处于停电状态；第二开关元件闭合时，F线120处于送电状态。第一开关元件和第二开关元件可独立受控，互不影响。

如此设置，可在T线110故障时，通过与T线110电连接的开关元件130仅将T线110与进出线断开，而不影响F线120；同理，可在F线120故障时，通过与F线120电连接的开关元件130仅将F线120与进出线断开，而不影响T线110。如此，可将牵引变电所、自耦所和分区所中的至少一处的T线110和F线120分开保护，有利于减少故障停电线路范围。

在一实施例中，继续参照图2，T线110包括上行T线和下行T线，F线120包括上行F线和下行F线；牵引变电所、自耦所和分区所中，上行T线、上行F线、下行T线和下行F线均分别独立地设置开关元件130。

如此设置，有利于将牵引变电所、自耦所和分区所中，上行T线、上行F线、下行T线和下行F线均划分为多个可独立控制的其通断电的供电单元，从而有利于灵活控制各供电单元的通断电，有利于减小故障停电范围。

在一实施例中，开关元件为单极断路器。

如此，开关元件结构简单，便于实现。

示例性的，以牵引变电所为例，对比图1和图2，双极断路器变为单极断路器，T线和F线分别设置单极断路器，可实现对T线和F线的分开保护。

在一实施例中，继续参照图2，自耦所(即AT所)处设置电分段140，且电分段140的两侧分别设置进出线。

示例性的，以图2中示出的方位为例，AT所进出线均采用单极断路器接引至所内母线(包括T线和F线)，T线和F线分别设置单极断路器；同时，左右两个方向分别设置进出线，AT所处接触网设置电分段，如此实现牵引网电气分段。

在一实施例中，继续参照图2，分区所处设置断路器150，且断路器150的两侧分别设置进出线。

示例性的，以图2中示出的方位为例，分区所进出线采用单极断路器接引至所内母线(包括T线和F线)，T线和F线分别设置单极断路器；同时，左右两个方向分别设置进出线，实现越区供电。

在一实施例中，继续参照图2，与同一段上行T线、上行F线、下行T线或下行F线电连接的两个开关元件限定一独立供电单元；独立供电单元设置光纤差动保护。

如此，AT牵引供电系统中，牵引网形成牵引变电所-AT所-分区所的上行/下行独立、T线/F线独立的多独立供电单元的系统架构，示例性的，一个供电臂可包括8个独立供电单元。

每个独立供电单元的首尾均为单极断路器，设置适应电气化铁路的光纤差动保护，当牵引网某处发生故障时，由该独立供电单元首尾的单极断路器保护启动，可将故障点切除，从而可确保牵引网的其余部分不受影响，可正常运行。且越区供电时，该分段式自耦牵引供电系统的牵引网仍维持该独立供电单元的分段供电结构。

示例性的，配置的光纤差动保护为适应电气化铁路牵引网特点的分相光纤差动保护装置，可以实现T线与F线分别进行差动保护。其中，T线保护判据需考虑正常行车时牵引网从机车流入大地的电流。

示例性的，该分段式自耦牵引供电系统还可结合广域保护测控技术或分段保护测控技术，实现对牵引网故障区段的精确切除和快速恢复供电，从而提高供电可靠性。

本公开实施例提供的分段式自耦牵引供电系统，通过将上行和下行独立、T线和F线独立，可实现AT牵引供电系统的T线、F线分别保护，大大缩小了故障停电范围；同时，供电臂可分为8个独立供电单元，每个处理供电单元通过光纤差动保护实现独立保护，即独立停电和送电，从而故障停电范围相当于相关技术中的故障停电范围的1/4～1/8，供电更加灵活，可靠性更高，且故障点查找更加容易和精确。

以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种分段式自耦牵引供电系统，其特征在于，包括：T线、F线以及开关元件；

2.根据权利要求1所述的分段式自耦牵引供电系统，其特征在于，所述T线包括上行T线和下行T线，所述F线包括上行F线和下行F线；

3.根据权利要求1或2所述的分段式自耦牵引供电系统，其特征在于，所述开关元件为单极断路器。

4.根据权利要求2所述的分段式自耦牵引供电系统，其特征在于，自耦所处设置电分段，且所述电分段的两侧分别设置进出线。

5.根据权利要求2所述的分段式自耦牵引供电系统，其特征在于，所述分区所处设置断路器，且所述断路器的两侧分别设置进出线。

6.根据权利要求2所述的分段式自耦牵引供电系统，其特征在于，与同一段所述上行T线、所述上行F线、所述下行T线或所述下行F线电连接的两个开关元件限定一独立供电单元；

所述独立供电单元设置光纤差动保护。