CN111934297B - 一种开关过分相装置的继电保护方法 - Google Patents

一种开关过分相装置的继电保护方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了开关过分相装置的继电保护方法。所述开关过分相装置的开关A的一端通过断路器QF1连接到供电臂A，开关A的另一端连接到开关B的一端，开关B的另一端通过断路器QF2连接到供电臂B；开关A的另一端还连接到中性区N，中性区N还通过阻容器件RC接地。本发明通过电流保护，实现对开关过分相装置内部故障或穿越故障的可靠保护，通过电压差保护实现对RC阻容器件电容器故障的可靠保护，通过电压差保护实现对列车闯分相故障的可靠保护。

Description

一种开关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，特别是一种开关过分相装置的继电保护方法。
背景技术
我国电气化铁路牵引变电所采用循环换相、轮流供电的方式向不同区段的牵引网供电，并在不同供电相之间的接触网过渡区设置电分相。电分相是供电死区，列车需要断电、滑行通过电分相区，会造成列车速度损失，严重时可能造成重载列车坡停等问题，若列车带电闯入电分相还可能造成异相短路故障。随着铁路系统不断向高速重载方向发展，电分相日益成为铁路发展的桎梏，研究自动过分相相关技术显得日益重要。
当前，开关过分相技术可以很好的解决列车通过电分相这一问题。开关过分相技术包括电子开关过分相和机械负荷开关过分相两种，分别通过电子开关或机械负荷开关的通断的切换给中性段交替供电，列车失电时间短，速度损失小。目前存在很多对开关过分相装置、控制策略等方面的研究，但尚缺乏针对开关过分相装置的保护方法。一旦开关过分相装置投入到牵引网，其内部故障、穿越故障以及列车闯分相等次生故障，对牵引供电系统造成损伤。因此，对于采用开关过分相装置的牵引供电系统，其继电保护产生必须按一个系统整体来考虑。
目前，尚没有针对开关过分相装置的继电保护方法。
发明内容
本发明公开了开关过分相装置的继电保护方法，解决开关过分相装置的RC阻容器件电容器故障以及列车闯分相故障的继电保护问题。
RC阻容器件电容器故障的保护方法，其技术方案如下：
一种开关过分相装置的继电保护方法，所述开关过分相装置的开关A的一端通过断路器QF1连接到供电臂A，开关A的另一端连接到开关B的一端，开关B的另一端通过断路器QF2连接到供电臂B；开关A的另一端还连接到中性区N，中性区N还通过阻容器件RC接地；如ΔU＞ΔUset，则Tset1之后，跳QF1和QF2；其中，ΔU表示阻容器件RC的电容器的电压差的有效值，ΔUset表示差电压整定值，Tset1表示差电压保护延时定值。
列车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：一种开关过分相装置的继电保护方法，所述开关过分相装置的开关A的一端通过断路器QF1连接到供电臂A，开关A的另一端连接到开关B的一端，开关B的另一端通过断路器QF2连接到供电臂B；开关A的另一端还连接到中性区N，中性区N还通过阻容器件RC接地；当发生列车带电闯分相故障时，如Uset1≤UAN1≤Uset2且
Figure GDA0003438572100000021
则Tset2之后，远跳供电臂A的所有断路器；其中，UAN1表示供电臂A与中性区N之间电压差的基波电压有效值，UAN3表示供电臂A与中性区N之间电压差的3次谐波有效值；Uset1表示电压下限整定值，按小于电弧最小电压整定；Uset2表示电压上限整定值，按大于电弧最大电压整定；K3set表示电压3次谐波含量整定值；Tset2表示电压差保护延时定值。
BN电压差保护：一种开关过分相装置的继电保护方法，所述开关过分相装置的开关A的一端通过断路器QF1连接到供电臂A，开关A的另一端连接到开关B的一端，开关B的另一端通过断路器QF2连接到供电臂B；开关A的另一端还连接到中性区N，中性区N还通过阻容器件RC接地；当发生列车带电闯分相故障时，如Uset1≤UBN1≤Uset2且
Figure GDA0003438572100000022
则Tset2之后，远跳供电臂B的所有断路器；其中，UBN1表示供电臂B与中性区N之间电压差的基波电压有效值，UBN3表示供电臂B与中性区N之间电压差的3次谐波有效值；Uset1表示电压下限整定值，按小于电弧最小电压整定；Uset2表示电压上限整定值，按大于电弧最大电压整定；K3set表示电压3次谐波含量整定值；Tset2表示电压差保护延时定值。
本发明的有益效果在于，
(1)通过电压差保护实现对RC阻容器件电容器故障的可靠保护。
(2)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为开关过分相技术方案示意图。
图2为装置内部故障或穿越故障的电流保护原理框图。
图3为RC阻容器件电容器故障保护原理框图。
图4为AN电压差保护原理框图。
图5为BN电压差保护原理框图。
图6为开关过分相装置安装于单线直供变电所示意图。
图7为开关过分相装置安装于单线直供分区所示意图。
图8为开关过分相装置安装于复线直供变电所示意图。
图9为开关过分相装置安装于复线直供分区所示意图。
图10为开关过分相装置安装于I型全并联AT供电变电所示意图。
图11为开关过分相装置安装于I型全并联AT供电分区所示意图。
图12为开关过分相装置安装于II型全并联AT供电变电所示意图。
图13为开关过分相装置安装于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。
开关过分相装置包括过分相开关、断路器、电流互感器、电压互感器、阻容器件及连接电缆构成，如图1所示。图1中，开关A和开关B为电子开关或机械负荷开关；QF1和QF2为断路器；TA1、TA2、TA3为电流互感器；RC为阻容器件，用于吸收开关切换时的操作过电压；TV1、TV2、TV3、TV4为电压互感器。开关过分相装置通过开关A和开关B的通断切换给中性区N交替供电。当列车即将从左侧供电臂进入中性区N时，开关A导通，中性区N与供电臂A同电压。列车完成进入中性区N后，断开开关A，导通开关B，中性区N与供电臂B同电压，从而保证列车快速通过电分相区段。
开关过分相装置的继电保护方法如下：
1.装置内部故障或穿越故障的保护方法
当开关过分相装置内部对地短路时，形成装置内部故障。当两台过分相开关的一台导通、另一台击穿时，A供电臂与B供电臂被导通形成穿越故障。当开关过分相装置空载运行时，TA1、TA2、TA3都没有电流；当开关过分相装置有载运行时，只有TA1、TA2同时有电流或者TA2、TA3同时有电流。除了上述3种情况外，其他情况都为内部故障或穿越故障状态。因此，根据3个电流互感器测得的电流形成如图2所示的电流保护方法。
图2中，IA、IN、IB分别表示通过电流互感器TA1、TA2、TA3测得的电流有效值，Iset表示电流整定值，一般按躲过电流互感器噪声整定，因此该保护判据非常灵敏。
2.RC阻容器件电容器故障的保护方法
采用差电压判据保护RC阻容器件电容器故障，其原理框图如图3所示。图3中，ΔU表示通过TV4测得的电容器电压差的有效值，ΔUset表示差电压整定值，Tset1表示差电压保护延时定值。
3.列车带电闯分相故障的保护方法
当开关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或供电臂B驶入无电的中性区，导致供电臂与中性区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4和图5所示。
图4和图5中，UAN1、UAN3表示供电臂A与中性区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与中性区之间电压差的基波有效值和3次谐波有效值；Uset1表示电压下限整定值，按小于电弧最小电压整定；Uset2表示电压上限整定值，按大于电弧最大电压整定；K3set表示电压3次谐波含量整定值，一般取0.2-0.3；Tset2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4的AN电压差保护，需要通过通信方式远跳供电臂A上的所有断路器；对于图5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。
具体实施例如下：
1.开关过分相装置安装于单线直供变电所
如图6所示，当开关过分相装置安装于单线直供变电所时，开关过分相装置内部故障、穿越故障、RC阻容器件电容器故障时本发明方法跳开QF1、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远跳变电所的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的2QF。
2.开关过分相装置安装于单线直供分区所
如图7所示，当开关过分相装置安装于单线直供分区所时，开关过分相装置内部故障、穿越故障、RC阻容器件电容器故障时本发明方法跳开QF1、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。
3.开关过分相装置安装于复线直供变电所
如图8所示，当开关过分相装置安装于复线直供变电所时，开关过分相装置1的内部故障、穿越故障、RC阻容器件电容器故障时本发明方法跳开QF1、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远跳分区所1的7QF和变电所的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2的8QF和变电所的2QF。开关过分相装置2的内部故障、穿越故障、RC阻容器件电容器故障时本发明方法跳开QF3、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远跳分区所1的7QF和变电所的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2的8QF和变电所的4QF。
4.开关过分相装置安装于复线直供分区所
如图9所示，当开关过分相装置安装于复线直供分区所时，开关过分相装置1的内部故障、穿越故障、RC阻容器件电容器故障时本发明方法跳开QF1、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。开关过分相装置2的内部故障、穿越故障、RC阻容器件电容器故障时本发明方法跳开QF3、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。
5.开关过分相装置安装于I型全并联AT供电变电所
如图10所示，当开关过分相装置安装于I型全并联AT供电变电所时，开关过分相装置1的内部故障、穿越故障、RC阻容器件电容器故障时本发明方法跳开QF1、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。开关过分相装置2的内部故障、穿越故障、RC阻容器件电容器故障时本发明方法跳开QF3、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。
6.开关过分相装置安装于I型全并联AT供电分区所
如图11所示，当开关过分相装置安装于I型全并联AT供电分区所时，开关过分相装置1的内部故障、穿越故障、RC阻容器件电容器故障时本发明方法跳开QF1、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。开关过分相装置2的内部故障、穿越故障、RC阻容器件电容器故障时本发明方法跳开QF3、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。
7.开关过分相装置安装于II型全并联AT供电变电所
如图12所示，当开关过分相装置安装于II型全并联AT供电变电所时，开关过分相装置1的内部故障、穿越故障、RC阻容器件电容器故障时本发明方法跳开QF1、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。开关过分相装置2的内部故障、穿越故障、RC阻容器件电容器故障时本发明方法跳开QF3、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。
8.开关过分相装置安装于II型全并联AT供电分区所
如图13所示，当开关过分相装置安装于II型全并联AT供电分区所时，开关过分相装置1的内部故障、穿越故障、RC阻容器件电容器故障时本发明方法跳开QF1、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。开关过分相装置2的内部故障、穿越故障、RC阻容器件电容器故障时本发明方法跳开QF3、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 (3)

1.一种开关过分相装置的继电保护方法，其特征在于，所述开关过分相装置的开关A的一端通过断路器QF1连接到供电臂A，开关A的另一端连接到开关B的一端，开关B的另一端通过断路器QF2连接到供电臂B；开关A的另一端还连接到中性区N，中性区N还通过阻容器件RC接地；
如ΔU＞ΔUset，则Tset1之后，跳QF1和QF2；其中，ΔU表示阻容器件RC的电容器的电压差的有效值，ΔUset表示差电压整定值，Tset1表示差电压保护延时定值。
2.一种开关过分相装置的继电保护方法，其特征在于，所述开关过分相装置的开关A的一端通过断路器QF1连接到供电臂A，开关A的另一端连接到开关B的一端，开关B的另一端通过断路器QF2连接到供电臂B；开关A的另一端还连接到中性区N，中性区N还通过阻容器件RC接地；当发生列车带电闯分相故障时，
如Uset1≤UAN1≤Uset2且
Figure FDA0003438572090000011
则Tset2之后，远跳供电臂A的所有断路器；
其中，UAN1表示供电臂A与中性区N之间电压差的基波电压有效值，UAN3表示供电臂A与中性区N之间电压差的3次谐波有效值；Uset1表示电压下限整定值，按小于电弧最小电压整定；Uset2表示电压上限整定值，按大于电弧最大电压整定；K3set表示电压3次谐波含量整定值；Tset2表示电压差保护延时定值。
3.一种开关过分相装置的继电保护方法，其特征在于，所述开关过分相装置的开关A的一端通过断路器QF1连接到供电臂A，开关A的另一端连接到开关B的一端，开关B的另一端通过断路器QF2连接到供电臂B；开关A的另一端还连接到中性区N，中性区N还通过阻容器件RC接地；当发生列车带电闯分相故障时，
如Uset1≤UBN1≤Uset2且
Figure FDA0003438572090000012
则Tset2之后，远跳供电臂B的所有断路器；
其中，UBN1表示供电臂B与中性区N之间电压差的基波电压有效值，UBN3表示供电臂B与中性区N之间电压差的3次谐波有效值；Uset1表示电压下限整定值，按小于电弧最小电压整定；Uset2表示电压上限整定值，按大于电弧最大电压整定；K3set表示电压3次谐波含量整定值；Tset2表示电压差保护延时定值。
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