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I
11≥I
set1,则T
set1之后,跳QF1和QF2;或者,如
且I
11≥I
set2,则T
set2之后,跳QF1和QF2;其中,I
11表示所述柔性过分相装置的输入电流
的基波电流有效值,I
12表示
的2次谐波电流有效值;I
set1表示电流速断整定值,I
set2表示过电流整定值;K
2set表示2次谐波闭锁整定值;T
set1表示电流速断保护延时定值,T
set2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、U
N1≤U
set1且U
B1≥U
set2,则T
set3之后,跳QF2;其中,U
N1表示中性段电压
的基波电压有效值,U
B1表示供电臂B电压
的基波电压有效值;U
set1表示低压整定值,U
set2表示有压整定值;T
set3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U
set3≤U
AN1≤U
set4且
则T
set4之后,跳QF2并远跳供电臂A的所有断路器;其中,U
AN1表示供电臂A与中性段之间电压差的基波电压有效值,U
AN3表示供电臂A与中性段之间电压差的3次谐波有效值;U
set3表示下限电压整定值,U
set4表示上限电压整定值;K
3set表示电压3次谐波含量整定值;T
set4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U
set3≤U
BN1≤U
set4且
则T
set4之后,远跳供电臂B的所有断路器;其中,U
BN1表示供电臂B与中性段之间电压差的基波电压有效值,U
BN3表示供电臂B与中性段之间电压差的3次谐波有效值;U
set3表示下限电压整定值,U
set4表示上限电压整定值;K
3set表示电压3次谐波含量整定值;T
set4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。
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
由供电臂B的电压
和背靠背变流器经T2升压后的电压
叠加而成,即
如图2所示。
根据列车所在位置和行驶方向调节,可实现中性段电压
由
柔性过渡至
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
使
(2)当检测到列车由A段驶入N段时,柔性过分相装置以
为控制目标渐进调幅移相;
(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,I
11、I
12分别表示
的基波电流有效值和2次谐波电流有效值;I
set1表示电流速断整定值,按躲过T1和T2最大励磁涌流整定;K
2set表示2次谐波闭锁整定值,一般取0.15;I
set2表示过电流整定值,按躲过最大负荷电流整定;T
set1、T
set2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,U
N1、U
B1分别表示
的基波电压有效值,U
set1表示低压整定值,按小于牵引网最低运行电压整定;U
set2表示有压整定值,按大于牵引网最低运行电压整定;T
set3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,R
set为电阻边整定值;X
set为电抗边整定值;
为涌流偏移角;
为容性偏移角;
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。