CN111934296A - 一种柔性过分相装置的继电保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了柔性过分相装置的继电保护方法。所述柔性过分相装置的一个输出端通过断路器QF1连接到供电臂B，另一个输出端通过断路器QF2连接到中性段；中性段位于供电臂B和供电臂A之间。本发明通过电流速断保护和二次谐波闭锁的过电流保护配合实现对柔性过分相装置故障的可靠保护，通过低电压保护实现对中性段故障的可靠保护，通过电压差保护实现对列车闯分相故障的可靠保护。

Description

一种柔性过分相装置的继电保护方法
技术领域
本发明涉及电气化铁路供电技术领域，特别是一种柔性过分相装置的继电保护方法。
背景技术
随着铁路系统不断向高速重载方向发展，自动过分相技术显得日益重要。对于一般地面开关切换或车载过分相技术，均存在开关寿命低、过分相切换时产生过电压、可靠性低等缺点。与之相比，采用柔性过分相装置的自动过分相技术可以使得列车不间断供电、柔性无冲击通过电分相。目前，针对柔性过分相技术的研究主要着眼于柔性过分相方案、控制策略等方面，尚无针对柔性过分相装置的完备继电保护方法。柔性过分相装置的继电保护方法具有特殊性，除了需要保护柔性过分相装置自身的故障外，还应能保护过分相装置内部故障或退出后出现的列车闯分相等次生故障，以及列车受电弓连通相邻的隔离供电区段导致的跨区段故障。
发明内容
本发明公开了柔性过分相装置的继电保护方法，能够对柔性过分相装置内部故障、中性段故障和列车带电闯分相故障实现可靠的保护，从而保障供电设备和过分相列车安全运行。
柔性过分相装置内部故障的保护方法，其技术方案如下：
一种柔性过分相装置的继电保护方法，所述柔性过分相装置的一个输出端通过断路器QF1连接到供电臂B，另一个输出端通过断路器QF2连接到中性段；中性段位于供电臂B和供电臂A之间；如I11≥Iset1，则Tset1之后，跳QF1和QF2；或者，如
Figure BDA0002642962280000011
且I11≥Iset2，则Tset2之后，跳QF1和QF2；其中，I11表示所述柔性过分相装置的输入电流
Figure BDA0002642962280000012
的基波电流有效值，I12表示
Figure BDA0002642962280000013
的2次谐波电流有效值；Iset1表示电流速断整定值，Iset2表示过电流整定值；K2set表示2次谐波闭锁整定值；Tset1表示电流速断保护延时定值，Tset2表示过电流保护延时定值。
中性段故障的保护方法，其技术方案如下：
一种柔性过分相装置的继电保护方法，所述柔性过分相装置的一个输出端通过断路器QF1连接到供电臂B，另一个输出端通过断路器QF2连接到中性段；中性段位于供电臂B和供电臂A之间；如QF1合位、QF2合位、UN1≤Uset1且UB1≥Uset2，则Tset3之后，跳QF2；其中，UN1表示中性段电压
Figure BDA0002642962280000021
的基波电压有效值，UB1表示供电臂B电压
Figure BDA0002642962280000022
的基波电压有效值；Uset1表示低压整定值，Uset2表示有压整定值；Tset3表示低压保护延时定值。
列车带电闯分相故障的保护方法，包括AN电压差保护和BN电压差保护，其技术方案如下：
AN电压差保护：一种柔性过分相装置的继电保护方法，所述柔性过分相装置的一个输出端通过断路器QF1连接到供电臂B，另一个输出端通过断路器QF2连接到中性段；中性段位于供电臂B和供电臂A之间；如Uset3≤UAN1≤Uset4且
Figure BDA0002642962280000023
则Tset4之后，跳QF2并远跳供电臂A的所有断路器；其中，UAN1表示供电臂A与中性段之间电压差的基波电压有效值，UAN3表示供电臂A与中性段之间电压差的3次谐波有效值；Uset3表示下限电压整定值，Uset4表示上限电压整定值；K3set表示电压3次谐波含量整定值；Tset4表示电压差保护延时定值。
BN电压差保护：一种柔性过分相装置的继电保护方法，所述柔性过分相装置的一个输出端通过断路器QF1连接到供电臂B，另一个输出端通过断路器QF2连接到中性段；中性段位于供电臂B和供电臂A之间；如Uset3≤UBN1≤Uset4且
Figure BDA0002642962280000024
则Tset4之后，远跳供电臂B的所有断路器；其中，UBN1表示供电臂B与中性段之间电压差的基波电压有效值，UBN3表示供电臂B与中性段之间电压差的3次谐波有效值；Uset3表示下限电压整定值，Uset4表示上限电压整定值；K3set表示电压3次谐波含量整定值；Tset4表示电压差保护延时定值。
本发明的有益效果在于，
(1)通过电流速断保护和二次谐波闭锁的过电流保护配合，实现对柔性过分相装置故障的可靠保护。
(2)通过低电压保护实现对中性段故障的可靠保护。
(3)通过电压差保护实现对列车闯分相故障的可靠保护。
附图说明
图1为柔性过分相系统方案示意图。
图2为中性段电压合成原理图。
图3为电流速断保护原理框图。
图4为二次谐波闭锁过电流保护原理框图。
图5为低电压保护原理框图。
图6为距离保护多边形阻抗特性图。
图7为AN电压差保护原理框图。
图8为BN电压差保护原理框图。
图9为柔性过分相装置安装于单线直供分区所示意图。
图10为柔性过分相装置安装于复线直供分区所示意图。
图11为柔性过分相装置安装于I型全并联AT供电分区所示意图。
图12为柔性过分相装置安装于II型全并联AT供电分区所示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
1.柔性过分相系统方案
柔性过分相装置跨接在一侧供电臂和中性段之间构成柔性过分相系统，其方案如图1所示。图1中，柔性过分相装置由隔离变压器T1、T2和背靠背变流器构成；QF1、QF2表示断路器；J1、J2、J3、J4表示计轴传感器，根据J1、J2产生的轮轴对数信号能够判断A段是否有列车和列车行驶方向，根据J2、J3产生的轮轴对数信号能够判断N段是否有列车和列车行驶方向，根据J3、J4产生的轮轴对数信号能够判断B段是否有列车和列车行驶方向。
中性段的电压
Figure BDA0002642962280000031
由供电臂B的电压
Figure BDA0002642962280000032
和背靠背变流器经T2升压后的电压
Figure BDA0002642962280000033
叠加而成，即
Figure BDA0002642962280000034
如图2所示。
Figure BDA0002642962280000035
根据列车所在位置和行驶方向调节，可实现中性段电压
Figure BDA0002642962280000036
由
Figure BDA0002642962280000037
柔性过渡至
Figure BDA0002642962280000038
从而使得列车过分相时不存在供电死区。
列车从供电臂A向供电臂B行驶过程中，柔性过分相装置输出电压基本时序为：
(1)当检测到列车刚驶入A段时，柔性过分相装置调节
Figure BDA0002642962280000039
使
Figure BDA00026429622800000310
(2)当检测到列车由A段驶入N段时，柔性过分相装置以
Figure BDA00026429622800000311
为控制目标渐进调幅移相；
(3)在列车驶入B段前完成移相，使
Figure BDA00026429622800000312
(4)列车驶出B段，柔性过分相装置回到待机状态。
列车从供电臂B向供电臂A行驶过程中输出电压时序与上述过程相反，在此不再赘述。
2.柔性过分相装置的继电保护方法
(1)柔性过分相装置内部故障的保护方法
为保护柔性过分相装置内部故障，设置电流速断和二次谐波闭锁过电流保护，一旦满足判据则断开QF1和QF2以退出柔性过分相装置，保护原理图分别如图3和图4所示。
图3和图4中，I11、I12分别表示
Figure BDA0002642962280000041
的基波电流有效值和2次谐波电流有效值；Iset1表示电流速断整定值，按躲过T1和T2最大励磁涌流整定；K2set表示2次谐波闭锁整定值，一般取0.15；Iset2表示过电流整定值，按躲过最大负荷电流整定；Tset1、Tset2表示电流速断和过电流保护延时定值。
(2)中性段故障的保护方法
当中性段发生短路故障时，中性段的电压很低。柔性过分相装置变流器会因欠压而在微秒级迅速闭锁IGBT整流脉冲。因此，短路回路为供电臂B经变压器T2对中性段进行短路，阻抗很大，电流很小，供电臂B的电压仍然很高。为保护中性段故障，设置低电压保护，保护原理图如图5所示。
图5中，UN1、UB1分别表示
Figure BDA0002642962280000042
的基波电压有效值，Uset1表示低压整定值，按小于牵引网最低运行电压整定；Uset2表示有压整定值，按大于牵引网最低运行电压整定；Tset3表示低压保护延时定值。
(3)跨区段故障的保护方法
若供电臂A发生短路故障，当有列车运行至供电臂A与中性段的过渡区时，列车受电弓将跨接供电臂A和中性段，会导致跨区段故障。如果该故障为近端故障，则中性段电压会拉低，图5所示的低电压保护能够可靠动作切除。如果该故障为远端故障，中性段电压可能下降不大，柔性过分相装置会向故障点提供短路电流。针对该情况，为QF2设置距离保护。距离保护采用多边形动作特性如图6所示。图6中，Rset为电阻边整定值；Xset为电抗边整定值；
Figure BDA0002642962280000043
为涌流偏移角；
Figure BDA0002642962280000044
为容性偏移角；
Figure BDA0002642962280000045
为线路阻抗角。电阻整定值按躲过最小负荷电阻整定，电抗按躲过供电臂A的最大短路电抗整定。
(4)列车带电闯分相故障的保护方法
当柔性过分相装置故障或检修退出等情况下，可能出现列车从带电的供电臂A或B驶入无电的中性段，导致供电臂与中性段之间的空气间隙被击穿产生电弧。该电弧可以长时间稳定燃烧，会导致烧毁承力索、接触线等后果。此时，供电臂电压仍然很高，电流为负荷电流，测到的阻抗值也很大，距离保护、电流保护都不能正确动作。为此，利用电弧电压三次谐波含量高的特点，设置相间电压差保护，分别如图7和图8所示。
图7和图8中，UAN1、UAN3表示供电臂A与中性段之间电压差的基波有效值和3次谐波有效值；UBN1、UBN3表示供电臂B与中性段之间电压差的基波有效值和3次谐波有效值；Uset3表示下限电压整定值，一般可设为0.1-1kV；Uset4表示上限电压整定值，一般可设为4-8kV；K3set表示电压3次谐波含量整定值，一般取0.2-0.3；Tset4表示电压差保护延时定值。
一旦供电臂和电分相之间产生电弧，必须与电弧支路相关的所有断路器。因此，对于图7的AN电压差保护，需要跳开QF2并通过通信方式远跳供电臂A上的所有断路器；对于图8的BN电压差保护，需要通过通信方式远跳供电臂B上的所有断路器。
本发明取得的效果是：通过电流速断保护和二次谐波闭锁的过电流保护配合，实现对柔性过分相装置故障的可靠保护；通过低电压保护实现对中性段故障的可靠保护；通过低电压保护和阻抗保护配合，实现对跨区段故障的可靠保护；通过电压差保护实现对列车闯分相故障的可靠保护。
具体实施例如下：
1.柔性过分相装置安装于单线直供分区所
如图9所示，当牵引供电系统为单线直供方式时，柔性过分相装置内部故障时本发明方法跳开QF1、QF2，中性段故障及其跨区段故障本发明方法跳开QF2，当列车由供电臂A向中性段行驶产生闯分相故障时本发明方法跳开QF2并远跳变电所1的1QF，当列车由供电臂B向中性段行驶产生闯分相故障时本发明方法远跳变电所2的2QF。
2.柔性过分相装置安装于复线直供分区所
如图10所示，当牵引供电系统为复线直供方式时，柔性过分相装置1的内部故障时本发明方法跳开QF1、QF2，中性段1故障及其跨区段故障本发明方法跳开QF2，当列车由供电臂A向中性段行驶产生闯分相故障时本发明方法跳开QF2并远跳分区所的7QF和变电所1的1QF，当列车由供电臂B向中性段行驶产生闯分相故障时本发明方法远跳分区所的8QF和变电所2的2QF。柔性过分相装置2的内部故障时本发明方法跳开QF3、QF4，中性段2故障及其跨区段故障本发明方法跳开QF4，当列车由供电臂C向中性段行驶产生闯分相故障时本发明方法跳开QF4并远跳分区所的7QF和变电所1的3QF，当列车由供电臂B向中性段行驶产生闯分相故障时本发明方法远跳分区所的8QF和变电所2的4QF。
3.柔性过分相装置安装于I型全并联AT供电分区所
如图11所示，当牵引供电系统为I型全并联AT供电方式时，柔性过分相装置1的内部故障时本发明方法跳开QF1、QF2，中性段1故障及其跨区段故障本发明方法跳开QF2，当列车由供电臂A向中性段行驶产生闯分相故障时本发明方法跳开QF2并远跳1QF、3QF、5QF，当列车由供电臂B向中性段行驶产生闯分相故障时本发明方法远跳2QF、4QF、6QF。柔性过分相装置2的内部故障时本发明方法跳开QF3、QF4，中性段2故障及其跨区段故障本发明方法跳开QF4，当列车由供电臂C向中性段行驶产生闯分相故障时本发明方法跳开QF4并远跳7QF、3QF、5QF，当列车由供电臂D向中性段行驶产生闯分相故障时本发明方法远跳8QF、4QF、6QF。
4.柔性过分相装置安装于II型全并联AT供电分区所
如图12所示，当牵引供电系统为II型全并联AT供电方式时，柔性过分相装置1的内部故障时本发明方法跳开QF1、QF2，中性段1故障及其跨区段故障本发明方法跳开QF2，当列车由供电臂A向中性段行驶产生闯分相故障时本发明方法跳开QF2并远跳1QF、3QF、5QF，当列车由供电臂B向中性段行驶产生闯分相故障时本发明方法远跳2QF、4QF、6QF。柔性过分相装置2的内部故障时本发明方法跳开QF3、QF4，中性段2故障及其跨区段故障本发明方法跳开QF4，当列车由供电臂C向中性段行驶产生闯分相故障时本发明方法跳开QF4并远跳7QF、9QF、11QF，当列车由供电臂D向中性段行驶产生闯分相故障时本发明方法远跳8QF、10QF、12QF。

Claims (4)

1.一种柔性过分相装置的继电保护方法，其特征在于，所述柔性过分相装置的一个输出端通过断路器QF1连接到供电臂B，另一个输出端通过断路器QF2连接到中性段；中性段位于供电臂B和供电臂A之间；
如I11≥Iset1，则Tset1之后，跳QF1和QF2；
或者，
如
Figure FDA0002642962270000011
且I11≥Iset2，则Tset2之后，跳QF1和QF2；
其中，I11表示所述柔性过分相装置的输入电流
Figure FDA0002642962270000012
的基波电流有效值，I12表示
Figure FDA0002642962270000013
的2次谐波电流有效值；Iset1表示电流速断整定值，Iset2表示过电流整定值；K2set表示2次谐波闭锁整定值；Tset1表示电流速断保护延时定值，Tset2表示过电流保护延时定值。
2.一种柔性过分相装置的继电保护方法，其特征在于，所述柔性过分相装置的一个输出端通过断路器QF1连接到供电臂B，另一个输出端通过断路器QF2连接到中性段；中性段位于供电臂B和供电臂A之间；
如QF1合位、QF2合位、UN1≤Uset1且UB1≥Uset2，则Tset3之后，跳QF2；
其中，UN1表示中性段电压
Figure FDA0002642962270000014
的基波电压有效值，UB1表示供电臂B电压
Figure FDA0002642962270000015
的基波电压有效值；Uset1表示低压整定值，Uset2表示有压整定值；Tset3表示低压保护延时定值。
3.一种柔性过分相装置的继电保护方法，其特征在于，所述柔性过分相装置的一个输出端通过断路器QF1连接到供电臂B，另一个输出端通过断路器QF2连接到中性段；中性段位于供电臂B和供电臂A之间；
如Uset3≤UAN1≤Uset4且
Figure FDA0002642962270000016
则Tset4之后，跳QF2并远跳供电臂A的所有断路器；
其中，UAN1表示供电臂A与中性段之间电压差的基波电压有效值，UAN3表示供电臂A与中性段之间电压差的3次谐波有效值；Uset3表示下限电压整定值，Uset4表示上限电压整定值；K3set表示电压3次谐波含量整定值；Tset4表示电压差保护延时定值。
4.一种柔性过分相装置的继电保护方法，其特征在于，所述柔性过分相装置的一个输出端通过断路器QF1连接到供电臂B，另一个输出端通过断路器QF2连接到中性段；中性段位于供电臂B和供电臂A之间；
如Uset3≤UBN1≤Uset4且
Figure FDA0002642962270000021
则Tset4之后，远跳供电臂B的所有断路器；
其中，UBN1表示供电臂B与中性段之间电压差的基波电压有效值，UBN3表示供电臂B与中性段之间电压差的3次谐波有效值；Uset3表示下限电压整定值，Uset4表示上限电压整定值；K3set表示电压3次谐波含量整定值；Tset4表示电压差保护延时定值。
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