CN112421761A - 一种枢纽牵引供电系统继电保护重构自愈方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种枢纽牵引供电系统继电保护重构自愈方法，包括枢纽牵引变电所进线失压故障、主牵引变压器故障、自耦变压器故障、高压断路器拒动故障、低压断路器拒动故障、馈线断路器拒动故障、未设置AT所的供电臂接触网故障、设置有AT开闭所的供电臂接触网其连接线区段故障和AT段故障的恢复方法。本发明可以有效缩短停电时间；同时，通过在已有保护装置中改变相应的软件功能即可实现，具有成本低、实现简便等特点。

Description

一种枢纽牵引供电系统继电保护重构自愈方法
技术领域
本发明涉及电气化铁路供电技术领域，特别是一种枢纽牵引供电系统继电保护重构自愈方法。
背景技术
随着铁路网络规模的扩大，不同的铁路干线交汇形成铁路枢纽，枢纽牵引供电系统肩负多条铁路线路的供电要求，常担负大型站场、铁路枢纽的供电任务，所内馈线数量大，电气设备多，功率负担重，存在越区供电能力不足，检修复杂等问题，所以相比其他类型牵引变电所更容易发生故障，一旦发生故障，现有的继电保护装置会使整条故障馈线失电，更严重者可能导致整个变电所失电，造成多条线路供电中断，对铁路的运行安全造成威胁，并造成重大的经济损失。
目前牵引供电系统的故障恢复通常依靠备自投系统，仅能解决进线、主变故障等恢复问题，但对断路器拒动、接触网故障等问题还依赖于人工操作，短时间内难以恢复供电，造成列车运行中断。同时重构自愈在牵引供电系统中还属于起步阶段，相关研究屈指可数，尚未对枢纽牵引供电系统的重构自愈方案进行系统的研究及分析。
发明内容
本发明的目的是提供一种枢纽牵引供电系统继电保护重构自愈方法。
实现本发明目的的技术方案如下：
一种枢纽牵引供电系统继电保护重构自愈方法，包括枢纽牵引变电所进线失压故障恢复方法；
所述枢纽牵引变电所进线失压故障恢复方法包括直列备自投倒闸恢复，具体为：步骤1.1依次分闸连接到进线牵引变压器的高压断路器和高压隔离开关；步骤1.2若允许恢复，则依次分闸连接到进线牵引变压器的低压断路器和低压隔离开关；步骤1.3若分闸成功，则合闸连接到备用牵引变压器的高压隔离开关和低压隔离开关；步骤1.4依次合闸连接到备用牵引变压器的低压断路器和高压断路器；
所述枢纽牵引变电所进线失压故障恢复方法还包括交叉备自投倒闸恢复，具体为：步骤2.1依次分闸连接到进线牵引变压器的高压断路器和高压隔离开关；步骤2.2若允许恢复，则合闸连接到备用牵引变压器的高压隔离开关和跨条隔离开关；步骤2.3合闸连接到进线牵引变压器的高压断路器。
一种枢纽牵引供电系统继电保护重构自愈方法，包括主牵引变压器故障恢复方法；
所述主牵引变压器故障恢复方法包括直列备自投倒闸恢复，具体为：步骤3.1分闸连接到主牵引变压器的高压断路器；步骤3.2若允许恢复，则先分闸连接到主牵引变压器的低压断路器，再分闸连接到主牵引变压器的高压隔离开关和低压隔离开关；步骤3.3若分闸成功，则合闸连接到备用牵引变压器的高压隔离开关和低压隔离开关；步骤3.4依次合闸连接到备用牵引变压器的低压断路器和高压断路器；
所述主牵引变压器故障恢复方法还包括交叉备自投倒闸恢复，具体为：步骤4.1分闸连接到主牵引变压器的高压断路器；步骤4.2若允许恢复，则先分闸连接到主牵引变压器的低压断路器，再分闸连接到主牵引变压器的高压隔离开关和低压隔离开关；步骤4.3若分闸成功，则依次合闸连接到备用牵引变压器的跨条隔离开关、低压隔离开关和连接到主牵引变压器的高压隔离开关；步骤4.4依次合闸连接到备用牵引变压器的低压断路器和高压断路器。
一种枢纽牵引供电系统继电保护重构自愈方法，包括自耦变压器故障恢复方法，具体为：步骤5.1依次分闸连接到故障自耦变压器的进线断路器和进线隔离开关；步骤5.2若允许恢复，则依次合闸连接到备用自耦变压器的进线隔离开关和进线断路器。
一种枢纽牵引供电系统继电保护重构自愈方法，包括高压断路器拒动故障恢复方法，具体为：步骤6.1分闸连接到拒动高压断路器的进线隔离开关以及故障线路上的低压隔离开关；步骤6.2合闸备用线路的低压隔离开关和备用线路的进线隔离开关；步骤6.3先合闸备用线路的低压断路器和低压侧馈线的馈线断路器，再合闸备用线路的高压断路器。
一种枢纽牵引供电系统继电保护重构自愈方法，包括低压断路器拒动故障恢复方法；
所述低压断路器拒动故障恢复方法包括直列备自投倒闸恢复，具体为：步骤7.1.1分闸连接到主牵引变压器的高压断路器；步骤7.1.2若允许恢复，则分闸连接到主牵引变压器的高压隔离开关和低压隔离开关；步骤7.1.3若分闸成功，则合闸连接到备用牵引变压器的高压隔离开关和低压隔离开关；步骤7.1.4依次合闸连接到备用牵引变压器的低压断路器和高压断路器；
所述低压断路器拒动故障恢复方法还包括交叉备自投倒闸恢复，具体为：步骤7.2.1分闸连接到主牵引变压器的高压断路器；步骤7.2.2若允许恢复，则分闸连接到主牵引变压器的高压隔离开关和低压隔离开关；步骤7.2.3若分闸成功，则依次合闸连接到备用牵引变压器的跨条隔离开关、低压隔离开关和连接到主牵引变压器的高压隔离开关；步骤7.2.4依次合闸连接到备用牵引变压器的低压断路器和高压断路器。
一种枢纽牵引供电系统继电保护重构自愈方法，包括馈线断路器拒动故障恢复方法，具体为：步骤8.1先分闸连接到拒动馈线断路器的低压断路器，再分闸拒动馈线断路器两端的隔离开关；步骤8.2若分闸成功，则合闸备用馈线断路器两端的隔离开关和联络隔离开关；所述联络隔离开关的两端分别连接拒动馈线断路器和备用馈线断路器；步骤8.3依次合闸备用馈线断路器和连接到备用馈线断路器的低压断路器。
一种枢纽牵引供电系统继电保护重构自愈方法，包括未设置AT所的供电臂接触网故障恢复方法，具体为：步骤9.1分闸供电臂接触网的馈线断路器；步骤9.2若允许恢复，则根据故障测距信息分闸故障区段的隔离开关，隔离故障区段；步骤9.3合闸非故障区段的断路器；步骤9.4若恢复失败，则步骤9.3合闸的断路器再次分闸，之后再根据故障测距信息分闸故障区段的相邻区段的隔离开关，扩大隔离故障区段；步骤9.5合闸非隔离区段的断路器。
上述技术方案中，如果非故障区段与相邻线路设置有联络隔离开关，则所述步骤9.3、步骤9.4分别替换为：步骤9.3先合闸联络隔离开关，再合闸非故障区段的断路器；步骤9.4若恢复失败，则步骤9.3合闸的断路器和联络隔离开关再次分闸，之后再根据故障测距信息分闸故障区段的相邻区段的隔离开关，扩大隔离故障区段。
一种枢纽牵引供电系统继电保护重构自愈方法，包括设置有AT开闭所的供电臂接触网，其连接线区段故障恢复方法，具体为：步骤10.1分闸故障连接线区段的馈线断路器和AT开闭所的进线断路器；步骤10.2若允许恢复，则分闸AT开闭所的馈线断路器；步骤10.3依次合闸AT开闭所的汇流母线常开隔离开关和AT开闭所的馈线断路器。
一种枢纽牵引供电系统继电保护重构自愈方法，包括设置有AT开闭所的供电臂接触网，其AT段故障恢复方法，具体为：步骤11.1分闸AT开闭所、AT所、分区所的馈线断路器和进线断路器；步骤11.2若允许恢复，则根据故障测距信息分闸故障馈线区段的相邻区段的隔离开关，隔离故障区段；步骤11.3合闸AT开闭所、AT所、分区所的非隔离故障区段的馈线断路器；步骤11.4若恢复失败，则步骤11.3合闸的馈线断路器再次分闸，之后再根据故障测距信息分闸故障馈线区段的相邻区段的隔离开关，扩大隔离故障区段；步骤11.5合闸AT开闭所、AT所、分区所的非隔离故障区段的馈线断路器。
本发明给出了枢纽牵引变电所进线失压故障、主牵引变压器故障、自耦变压器故障、高压断路器拒动故障、低压断路器拒动故障、馈线断路器拒动故障、未设置AT所的供电臂接触网故障、设置有AT开闭所的供电臂接触网其连接线区段故障和AT段故障的恢复方法，以有效缩短停电时间。
附图说明
图1为枢纽牵引供电系统结构示意图。
图2为重构自愈系统网络结构示意图。
图3为重构自愈系统恢复流程图。
图4为分支接线高压侧主接线图。
图5为WL1进线失压故障直列恢复流程图。
图6为WL1进线失压故障交叉恢复流程图。
图7为T1牵引变压器故障直列恢复流程图。
图8为T1牵引变压器故障交叉恢复流程图。
图9为AT开闭所接线图。
图10为1AT自耦变压器故障恢复流程图。
图11为枢纽牵引变电所低压侧主接线图。
图12为QF11高压断路器拒动恢复流程图。
图13为QF16馈线断路器拒动恢复流程图。
图14为枢纽牵引供电系统接触网结构示意图。
图15为K1处正馈线故障恢复流程图。
图16为K2处正馈线故障恢复流程图。
图17为K3处正馈线故障恢复流程图。
图18为K4处正馈线故障恢复流程图。
图19为枢纽牵引变电所接触网示意图。
图20为K5处正馈线故障恢复流程图。
图21为K6处正馈线故障恢复流程图。
图22为K7处正馈线故障恢复流程图。
图23为K8\K9处正馈线故障恢复流程图。
图24为K10处正馈线故障恢复流程图。
图25为K11处正馈线故障恢复流程图。
图26为实施例中枢纽牵引供电系统结构示意图。
图27为实施例中双T接线高压侧主接线图。
图28为实施例中T1变压器故障直列恢复流程图。
图29为实施例中低压侧主接线图。
图30为实施例中馈线断路器拒动恢复流程图。
图31为实施例中枢纽牵引供电系统接触网结构示意图。
具体实施方式
本发明提出一种适用于枢纽牵引供电系统重构自愈方案，通过分析枢纽牵引供电系统的故障影响，设计出不同类型故障下的重构自愈规则库，根据故障判别的结果能够自动、快速、准确地生成重构自愈方案，控制电力设备完成故障恢复，为断路器拒动、牵引网故障恢复提供新的思路。同时，该方案通过在已有保护装置中改变相应的软件功能即可实现，具有成本低、实现简便等特点。
1、枢纽牵引供电系统基本结构
枢纽牵引供电系统其特点在于干线交汇，不同线路间存在电气联系，其典型结构如图1所示，SS1枢纽牵引变电所负责多条铁路干线的供电任务，AT开闭所SSP1用于扩展馈线，同时两条铁路正线间设有常开联络隔离开关QS1、QS2等。
2、重构自愈方案总体设计与专家系统结构
重构自愈系统采用三级网络结构，分别为主站层、子站层、设备层，如图2所示。重构自愈系统的主站层、子站层、设备层通过远动信道相互连接，并入牵引供电系统一体化信息平台，高效完成对整个枢纽牵引供电系统的监控、管理。
主站层作为重构自愈系统的核心，设置在铁路的区域调度中心，负责监控、管理枢纽牵引供电系统，通过远动系统实时采集各子站的各项数据并判断当前系统的运行状态，同时主站层还要担负不同牵引变电所之间的协调以及与电网调度的沟通任务，一旦出现220kV进线失压、越区供电等跨区域问题时将协调各单位，实现对枢纽牵引供电系统整体的监控与管理。
子站层设置在各牵引变电所、AT所、开闭所、分区所，主要负责接收主站层命令并执行，同时具备处理区域内故障的能力。子站层设有重构自愈系统及配套数据库，当出现跨区域故障时，辅助主站层完成故障恢复，既能单独工作也能受主站控制，实现对枢纽牵引供电系统的区域监控与管理。
设备层作为重构自愈系统的终端，由各子站的二次系统与智能化设备构成，主要负责采集一次设备的运行参数，执行主站层、子站层的控制命令。
当枢纽牵引供电系统发生故障后，其工作流程如图3所示。重构自愈系统先查询二次设备数据，读取出故障数据、故障位置，通过比对设备数据库，将故障分为所外故障、所内故障两类，所内故障主要为设备故障，包括进线故障、主变故障、自耦变压器故障、断路器拒动故障等。所外故障主要为馈线故障和接触网故障，接触网故障根据重合闸是否成功分为临时性故障和永久性故障。当检测到故障类型与位置后，系统会自动载入重构自愈方案，并对重构自愈结果进行判断，完成打印报表等功能。
专家系统作为重构自愈系统的控制核心，其基本组成结构包括推理引擎、规则库、数据库、解释机构、人机接口。推理引擎连接了数据库、规则库等模块，完成查询判断、程序控制、结果输出等功能；规则库存储了重构自愈系统的专业知识，辅助推理引擎完成故障判别、故障恢复等操作；数据库主要存放系统设备的运行状态信息，可分为动态数据库与静态数据库。静态数据库主要存储变电所基本信息、电气设备基本信息，动态数据库主要存储系统的实时运行信息，需要接入铁路远动系统并给予相应权限，读取电压、电流、开关状态、继保动作状态等动态数据。动态数据库与静态数据库为推理机构提供数据；解释机构负责结果的输出，将故障原因、恢复方案、动作情况等结果以图文的方式输出，方便操作人员分析；人机接口主要负责系统信息交互，可以维护系统以及添加、修改规则库等。
3、枢纽牵引供电系统重构自愈方案设计
枢纽牵引供电系统高压侧接线常采用分支接线的方式，如图4所示。由于枢纽牵引变电所进线与主变压器的组合不同，在不同的组合状态下，系统的恢复步骤会有所区别。
(1)进线失压故障恢复方案设计
进线失压故障主要采用直列备自投倒闸或交叉备自投倒闸两种恢复方式，系统不同运行方式下的恢复结果如表1所示。
直列备自投倒闸是将进线与变压器完整地切换到备用线路，当故障发生时，系统先切断进线高压断路器，再打开高压断路器相邻的高压隔离开关。若系统允许重构自愈，则低压侧断路器分闸，打开相连的隔离开关，完成故障线路的隔离。若备用线路状态正常，则先合上低压侧隔离开关及高压侧隔离开关，再闭合低压侧断路器，最后闭合高压断路器完成故障恢复。
交叉备自投倒闸是只将进线切换到备用线路，利用跨条将备用进线与故障侧变压器相连。当故障发生后，系统先断开高压断路器与相连的隔离开关，切除故障进线，再合上备用进线的隔离开关与跨条隔离开关，最后合上高压断路器即可完成故障恢复。
此处以WL1进线与T1牵引变压器工作为案例，具体流程见图5。当1#进线发生进线失压后，进线失压保护自动断开QF11断路器并打开QS11隔离开关，同时二次设备向重构自愈系统发出1#进线失压故障代码。若重构自愈系统取得运行许可，当直列恢复优先时，系统首先断开QF12、QF22低压断路器，再分闸QS12、QS22低压隔离开关。系统再检查2#进线电压是否正常，若正常，系统先合闸QS13、QS23、QS21隔离开关，再合闸低压侧断路器QF13、QF23，最后合闸高压进线断路器QF21完成重构自愈。若交叉恢复优先，则先合闸QS21、QS12隔离开关，再向QF11高压断路器发送合闸信号，完成故障恢复，流程如图6所示。
表1牵引变电所进线失压恢复表
Figure BDA0002805348210000061
Figure BDA0002805348210000071
(2)主变压器故障恢复方案设计
当故障发生后，重构自愈系统快速隔离故障设备并投入备用变压器，有直列备自投倒闸与交叉备自投倒闸两种方式，系统不同运行方式下的恢复结果如表2所示。
直列备自投倒闸与进线失压直列倒闸过程完全相同，是将进线与变压器完整地切换到备用线路，此处不再重述。交叉备自投倒闸与进线失压交叉倒闸过程略有不同，是将牵引变压器切换到备用设备，利用跨条将备用设备与故障侧进线相连。当故障发生后，继电保护系统分闸高压断路器，重构自愈系统先分闸低压侧断路器，再分闸低压侧隔离开关及高压侧隔离开关，若完成以上动作，系统合上跨条隔离开关，再合上备用变压器一侧的低压侧隔离开关及原进线的高压侧隔离开关，再合闸低压侧断路器，最后合闸高压进线断路器，完成故障恢复。
此处以WL1进线与T1牵引变压器工作为案例。当牵引变压器发生故障，二次系统会启动差动、电流速断等保护，断开牵引变压器进线断路器QF11，在1#进线与T1主变的情况下，系统运行方式可恢复为直列或交叉，具体过程如下：
在直列恢复方式下，当QF11断路器分闸后，重构自愈系统会先断开故障变压器的低压侧断路器QF12、QF22，防止二次故障。系统再断开进线隔离开关QS11和低压侧隔离开关QS12、QS22以隔离故障设备，1#进线与T1变压器退出运行。当收到分闸成功信息后，先后合上QS21、QS13、QS23隔离开关，再合QF13、QF23低压侧断路器，最后合上高压进线断路器QF21，从而恢复故障，流程如图7所示。
在交叉恢复方式下，当QF11断路器分闸后，系统会断开低压母线断路器QF12、QF22，并分闸与其相连的隔离开关QS12、QS22及QS11，确认分闸后，再合闸跨条隔离开关QS121，合闸低压母线隔离开关QS13、QS23与原进线侧高压隔离开关QS11，再合闸低压母线断路器QF13、QF23，最后合闸高压进线断路器QF21，完成故障恢复，流程如图8所示。
表2牵引变电所主变压器故障恢复表
Figure BDA0002805348210000081
(3)自耦变压器故障恢复方案设计
自耦变压器设置于AT所、AT开闭所、分区所中，通常都设置有备用自耦变压器。此处以枢纽牵引供电系统常见的AT开闭所为案例，当自耦变压器1AT发生故障后，由差动、电流速断等保护断开故障自耦变压器的进线断路器QF31及QS31，完成故障隔离，再合闸备用自耦变压器2AT的进线隔离开关QS32，最后合上进线断路器QF32，完成恢复。如图9、图10所示。
(4)断路器拒动故障恢复方案设计
在枢纽牵引供电系统中，断路器主要设置在高压进线侧、低压出线侧及馈线侧，对单母线分段接线还需增设跨条断路器。为保障牵引变电所电气安全，通常会在220kV/330kV高压断路器处设置断路器失灵保护。二次系统可以通过检测断路器故障电流大小和故障延时来判断是否发生故障，对于高压断路器拒动故障，若重构自愈系统收到高压断路器拒动故障信号，主站层立刻向电网调度协调，上级电网的继电保护系统将会切除变电所进线电源，同时断路器失灵保护动作，会使得所内其他所有断路器分闸，全所失电。
当所有断路器分闸之后，系统会分闸故障断路器相邻的隔离开关以及故障相馈线隔离开关，完成对故障区域的隔离，再启动直列备自投程序，若备用进线电压正常，则先闭合备用线路侧的低压隔离开关，再闭合进线隔离开关，再闭合低压侧断路器，最后闭合进线高压断路器，完成高压断路器拒动故障恢复。
此处以QF11高压断路器拒动为案例(如图4)，当故障发生后，上级断路器跳闸造成进线失压，全所断路器分闸，系统先向进线隔离开关QS11及低压侧隔离开关QS12、QS22发送分闸信号，完成对故障区域的完全隔离。之后再检查2#进线电压，若正常则先合上进线隔离开关QS21及低压侧隔离开关QS13、QS23，再合闸馈线断路器及QF13、QF23，最后合闸进线高压断路器QF21，完成高压断路器拒动恢复，流程如图12所示。
当牵引变压器低压侧断路器发生拒动情况时，其恢复流程与牵引变压器故障恢复相同，会存在交叉、直列两种恢复方式，此处不再讲述。
当馈线断路器发生拒动故障时，通常采取远后备方式，由牵引变压器低压侧断路器分闸切断电源，同时故障断路器相连的隔离开关分闸，完成故障隔离，再闭合相邻备用断路器的隔离开关及联络隔离开关，再闭合相邻馈线断路器，最后闭合上级断路器，完成故障恢复。
此处以QF16断路器拒动为案例。当馈线断路器QF16发生拒动故障时，由牵引变压器的过电流保护动作，由变压器出线侧的断路器QF12分闸，在打开QF16的相邻隔离开关QS161、QS162，完成故障隔离，通过闭合QS163联络开关由相邻馈线断路器QF17来接管故障线路，最后闭合上级断路器QF12，从而恢复供电，流程如图13所示。
(5)接触网故障重构自愈方案设计
对枢纽牵引供电系统，接触网故障大多数属于临时性故障，通过一次重合闸就可以排除故障并恢复供电。重构自愈系统需解决重合闸无法解决的永久性故障，通过隔离故障区域，恢复非故障区域供电。图14为枢纽牵引供电系统接触网示意图，枢纽牵引变电所引出四路馈线负责两条铁路干线的供电工作，同时两条干线间通过QS2、QS6隔离开关电气连接，由于此枢纽牵引变电所负荷重，负责的区域相对较小，所以供电臂长度较短，其网压损耗较小，因此没有设置AT所。同时，牵引变电所还引出了两组馈线到AT开闭所，该AT开闭所负责一条干线的供电任务。
对于不含AT所供电臂结构，其恢复的总体思路为隔离故障区段，恢复其他非故障区段的供电，同时尽可能提升供电能力。当区段内发生接触网永久性正馈线故障时，系统首先尝试重合闸，重合闸失败使得线路上下行断路器全部跳闸。重构自愈系统会根据故障测距的信息，分闸故障区段两端的隔离开关，如果非故障区段与相邻线路设置有联络隔离开关，则闭合以增强供电能力，最后依次合上各非故障区段断路器以恢复供电。若合闸失败，上下行断路器再次跳闸，则说明实际故障点在隔离区段之外，此时再打开故障区段左右相邻区段的隔离开关，进一步扩大故障的隔离范围，最后合闸非隔离区段的断路器，恢复供电。
1.K1处故障
当K1处发生正馈线故障且重合闸失败后，重构自愈流程如图15所示。系统会断开此线路的上下行全部断路器，同时故障测距装置向重构自愈系统发送故障线路与故障位置信息。在获得重构自愈权限的情况下，重构自愈系统向QS1发送分闸信号，隔离故障区域，再向隔离开关QS2发送合闸信号，增强供电能力，最后向断路器QF2、QF3、QF4发送合闸信号，若故障点在K1范围内，则恢复故障；若故障测距装置不准确，实际故障点在K2区域，则系统会自动分闸QF2、QF3、QF4断路器切断故障，再分闸QS2、QS3隔离开关，扩大隔离范围，最后合闸QF2、QF3、QF4断路器恢复供电。
2.K2、K3、K4处故障
由于K2、K3、K4同处一个AT段，中间没有其他电气支路，其恢复方式基本相同，重构自愈流程如图16、图17、图18所示。此处以K2处为案例，当K2处发生正馈线故障且重合闸失败后，系统会断开此线路的上下行全部断路器，同时故障测距装置向重构自愈系统发送故障线路与故障位置信息。在获得重构自愈权限的情况下，重构自愈系统向QS1、QS3发送分闸信号隔离故障区域，再向QF1、QF2、QF3、QF4发送合闸信号，若实际故障点在K2区间内，则恢复供电；若定位不准确，系统全线将再次跳闸，打开QS4，隔离潜在故障区域，最后闭合QF2、QF3、QF4恢复其他非故障区域供电。
对于开闭所拓展并设置有AT所的区段，可根据重构自愈的复杂程度将故障区段分为牵引变电所至AT开闭所，AT开闭所至分区所两段。当牵引变电所至AT开闭所发生永久性故障时，系统重合闸失败，导致AT开闭所内一半供电臂失电，此时需要打首先断开故障供电臂与AT开闭所连接的断路器，再打开故障区段两段的隔离开关，之后闭合AT开闭所的母线联络开关，最后闭合故障供电臂与AT开闭所连接的断路器完成故障恢复。当AT开闭所至分区所发生故障时，系统重合闸失败，断开上下行线路所有断路器，同时重构自愈系统根据故障测距的数据，打开故障区段两侧的隔离开关(断路器)，再合闸非故障区段、AT所、分区所的断路器，尽可能提升供电能力，若断路器合闸失败，上下行断路器再次跳闸，则说明实际故障点在隔离区段之外，此时再打开故障区段左右相邻区段的隔离开关，进一步扩大故障的隔离范围，最后合闸非隔离区段的断路器，恢复供电。
3.K5处故障
K5是牵引变电所到AT开闭所之间的连接线区域，重构自愈流程如图20所示。当馈线发生故障时，会使得AT开闭所一路进线失电，导致所内一半的供电臂失电。因此当K5发生故障时需要对AT开闭所进行倒闸操作，由相邻线路支援供电。
当K5处发生正馈线故障且重合闸失败后，馈线断路器QF9与进线断路器QF10跳闸，隔离故障区域。在获得重构自愈权限的情况下，重构自愈系统向QF11、QF14断路器发生跳闸信号，防止汇流母线隔离开关带电分闸。确认分闸后，AT开闭所的汇流母线常开隔离开关QS181合闸，检有压后QF11、QF14合闸，故障供电臂恢复供电，且供电方式为全并联AT供电。但此时QF17断路器需负责2条复线的供电任务，其负荷电流大小为原来的一倍。为防止电流超过断路器最大开断电流，必须对AT开闭所负责的区间进行降速处理，减少QF17断路器的负荷电流。
4.K6、K7处故障
K6、K7处于同一AT段，其供电恢复方式基本相同，重构自愈流程如图21、图22所示，此处以K6处发生故障为案例进行分析。当K6处发生正馈线故障且重合闸失败后，系统会断开此线路的上下行全部断路器，同时故障测距装置向重构自愈系统发送故障线路与故障位置信息。在获得重构自愈权限的情况下，重构自愈系统向QS16发送分闸信号，隔离故障区域，再向QF12、QF13、QF14、QF15、QF16断路器发送合闸指令，恢复供电；若实际故障点在K6区域外，则QF12、QF13、QF14、QF15、QF16断路器再次分闸，重构自愈系统向QS17发送分闸指令，扩大隔离区域，最后QF12、QF13、QF14、QF15、QF16断路器再次合闸，完成重构自愈。
5.K8、K9处故障
K8、K9处故障都属于AT所连接处故障，恢复过程相同，重构自愈流程如图23所示，此处以K8处故障为案例。当K8处发生正馈线故障且重合闸失败后，系统会断开此线路的上下行全部断路器，同时故障测距装置向重构自愈系统发送故障线路与故障位置信息。在获得重构自愈权限的情况下，重构自愈系统向QS17、QS18发送分闸信号，隔离故障区域，再依次闭合QF11、QF13、QF14、QF15、QF16断路器，恢复供电。
若实际故障点存在于K8、K9之外，则系统会对K7、K8、K9、K10四个区域进行隔离。重构自愈系统向QF11、QF13、QF14、QF15、QF16发出分闸信号，在向QS16、QS19隔离开关发送分闸信号，扩大隔离区域，最后闭合QF11、QF13、QF14、QF15、QF16断路器，完成重构自愈。
6.K10、K11处故障
K10、K11处位于该供电臂的最后位置，同属于第二个AT段，当这两个位置发生故障并进行隔离后不会影响AT所的正常运行，其恢复过程相似，重构自愈流程如图24、图25所示，此处以K10故障为例进行分析。
当K10处发生正馈线故障且重合闸失败后，系统会断开此线路的上下行全部断路器，同时故障测距装置向重构自愈系统发送故障线路与故障位置信息。在获得重构自愈权限的情况下，重构自愈系统向QS18、QS19隔离开关发送分闸信号，隔离故障区域，系统再向QF11、QF12、QF13、QF14、QF15、QF16断路器发送合闸信号，完成故障恢复。
若实际故障点在K10范围外，则QF11、QF12、QF13、QF14、QF15、QF16断路器再次跳闸，并向QS17发出分闸信号，隔离K7、K8、K9、K10四个区域，最后合闸QF11、QF14、QF15、QF16断路器，完成重构自愈。
本发明给出了枢纽牵引变电所不同故障的恢复方案，解决了断路器拒动与接触网永久性故障等恢复问题，有效缩短停电时间。本发明还提出了重构自愈系统的三层架构，划分了功能范畴，优化了不同设备间的配合，提升了系统整体工作效率。通过在已有保护装置中改变相应的软件功能即可实现该方法，具有成本低、实现简便等特点。
具体实施例如下：
此处以图26所示枢纽牵引供电系统为案例，SS1为枢纽牵引变电所，该枢纽牵引变电所高压侧采用双T接线，低压侧采用2×27.5kV母线带隔离开关分段运行方式，变压器采用Vv接线，负责为两条正线LINE2、LINE3供电，与正线四个分区所SP3、SP4、SP5、SP6相连，枢纽牵引变电所引出一条馈线连接AT开闭所SSP1，AT开闭所SSP1引出两条馈线为LINE3正线供电，该枢纽共三条正线交互，带有一级AT开闭所，此时系统1#进线与T1变压器投运。
专家系统首先加载数据库，完成系统初始化，同时给与重构自愈权限，并设置为直列恢复优先。通过SCADA系统读取系统进线、变压器实时信息，与标准运行状态数据库比对，判断系统目前运行在工作方式一，并实时读取二次设备信息，对系统运行状态进行监视。
当二次设备发送故障信号，在获得重构自愈许可的情况下，系统首先根据故障代码，查询恢复方案并输出重构自愈结果，再将指令发送至SCADA系统，完成重构自愈。
(1)1#进线失压故障
1#进线发生进线失压后，进线失压保护自动断开QF11断路器与并联电容补偿断路器并打开QS11隔离开关，同时二次设备向重构自愈系统发出1#进线失压故障代码。重构自愈系统检查各项权限，查询该代码下的恢复方案，系统优先采用直列恢复。若2#进线电压正常，系统向QS21、QF21及T2低压侧断路器发送合闸命令恢复供电。
(2)T1牵引变压器故障
在1#进线与T1变压器工作的情况下，当发生故障后，二次系统会启动差动、电流速断等保护，断开牵引变压器进线断路器QF11，二次设备向重构自愈系统发送信息。重构自愈系统检查各项权限，查询该代码下的恢复方案，系统优先采用直列恢复。当QF11断路器分闸后，系统会先断开故障变压器的低压侧母线断路器QF12、QF22，防止二次故障。确认分闸后，系统断开进线隔离开关GS11和汇流母线隔离开关QS12、QS22以隔离故障设备，1#进线与T1变压器退出运行。当收到分闸成功信息后，先后合上QS21、QS13、QS23隔离开关，再合QF21、QF13、QF23断路器，使系统切换到2#进线+T2变压器的直列运行方式，从而恢复故障。
(3)高压断路器拒动
当QF11高压断路器拒动时，与牵引变电所相连的输电线路的后备保护跳闸，同时断路器失灵保护动作，会使得所内其他所有断路器分闸，全所失电。二次系统向重构自愈系统发送QF11高压断路器拒动信号，重构自愈系统检查各项权限，查询该代码下的恢复方案。重构自愈系统先向QF11的隔离开关QS11发送分闸指令，同时打开变压器低压侧出线隔离开关QS12、QS22，完成对故障区域的完全隔离。当确认分闸后，重构自愈系统将启动备自投程序，先后合上2#进线+T2变压器线路上的隔离开关，合上QF13、QF23及馈线断路器，最后合上进线断路器QF21、完成高压断路器拒动恢复。
(4)馈线断路器拒动
当馈线断路器QF16发生拒动故障时，牵引变压器的过电流保护动作，由变压器出线侧的断路器QF12分闸。二次系统向重构自愈系统发送QF16馈线断路器拒动信号，重构自愈系统检查各项权限，查询该代码下的恢复方案。重构自愈系统先打开QF16的相邻隔离开关QS161、QS162，完成故障隔离，通过闭合QS163联络开关由相邻馈线断路器QF17来接管故障线路，最后闭合上级断路器QF12，从而恢复供电。
(5)接触网永久性故障
当发生接触网永久性故障后，继电保护系统会断开此线路的上下行全部断路器，同时故障测距装置向重构自愈系统发送故障线路与故障位置信息。重构自愈系统检查各项权限，查询该故障代码及故障位置下的恢复方案，前文已对恢复后的系统进行分析，此处仅阐述恢复步骤。
1、K1处故障
当K1发生故障后，QF1、QF2、QF3、QF4跳闸。重构自愈系统检查各项权限，查询该故障代码及故障位置下的恢复方案，向QS1发送分闸信号，收到分闸信号后，闭合QS2，再依次闭合QF2、QF3、QF4。
2、K2、K3、K4处故障
当K2、K3、K4发生故障后，QF1、QF2、QF3、QF4跳闸。重构自愈系统检查各项权限，查询该故障代码及故障位置下的恢复方案，向QS1、QS3发送分闸信号，收到分闸信号后，闭合QF1、QF2、QF3、QF4恢复非故障区域供电。
3、K5处故障
当K5发生故障后，馈线断路器QF9与进线断路器QF10跳闸。重构自愈系统检查各项权限，查询该故障代码及故障位置下的恢复方案，向AT开闭所的汇流母线常开隔离开关QS181发送合闸指令，检有压后QF11、QF14合闸，恢复非故障区域供电。
4、K6处故障
当K6发生故障后，QF10、QF11、QF12、QF13、QF14、QF15、QF16跳闸。重构自愈系统检查各项权限，查询该故障代码及故障位置下的恢复方案，系统先向QS16发送分闸指令隔离故障，再依次闭合QF12、QF13、QF14、QF15、QF16，最后闭合QF10恢复非故障区域供电。
5、K8处故障
当K8发生故障后，QF11、QF12、QF13、QF14、QF15、QF16跳闸。重构自愈系统检查各项权限，查询该故障代码及故障位置下的恢复方案，系统向QS17、QS18发送分闸指令，隔离故障区域。再闭合QF11、QF13、QF14、QF15、QF16恢复非故障区域供电。
6.K10处故障
当K10发生故障后，QF11、QF12、QF13、QF14、QF15、QF16跳闸。重构自愈系统检查各项权限，查询该故障代码及故障位置下的恢复方案，系统向QS18、QS19隔离开关发送分闸信号，隔离故障区域。闭合QF11、QF12、QF13、QF14、QF15、QF16恢复非故障区域供电。

Claims (10)

1.一种枢纽牵引供电系统继电保护重构自愈方法，其特征在于，包括枢纽牵引变电所进线失压故障恢复方法；
所述枢纽牵引变电所进线失压故障恢复方法包括直列备自投倒闸恢复，具体为：
步骤1.1依次分闸连接到进线牵引变压器的高压断路器和高压隔离开关；
步骤1.2若允许恢复，则依次分闸连接到进线牵引变压器的低压断路器和低压隔离开关；
步骤1.3若分闸成功，则合闸连接到备用牵引变压器的高压隔离开关和低压隔离开关；
步骤1.4依次合闸连接到备用牵引变压器的低压断路器和高压断路器；
所述枢纽牵引变电所进线失压故障恢复方法还包括交叉备自投倒闸恢复，具体为：
步骤2.1依次分闸连接到进线牵引变压器的高压断路器和高压隔离开关；
步骤2.2若允许恢复，则合闸连接到备用牵引变压器的高压隔离开关和跨条隔离开关；
步骤2.3合闸连接到进线牵引变压器的高压断路器。
2.一种枢纽牵引供电系统继电保护重构自愈方法，其特征在于，包括主牵引变压器故障恢复方法；
所述主牵引变压器故障恢复方法包括直列备自投倒闸恢复，具体为：
步骤3.1分闸连接到主牵引变压器的高压断路器；
步骤3.2若允许恢复，则先分闸连接到主牵引变压器的低压断路器，再分闸连接到主牵引变压器的高压隔离开关和低压隔离开关；
步骤3.3若分闸成功，则合闸连接到备用牵引变压器的高压隔离开关和低压隔离开关；
步骤3.4依次合闸连接到备用牵引变压器的低压断路器和高压断路器；
所述主牵引变压器故障恢复方法还包括交叉备自投倒闸恢复，具体为：
步骤4.1分闸连接到主牵引变压器的高压断路器；
步骤4.2若允许恢复，则先分闸连接到主牵引变压器的低压断路器，再分闸连接到主牵引变压器的高压隔离开关和低压隔离开关；
步骤4.3若分闸成功，则依次合闸连接到备用牵引变压器的跨条隔离开关、低压隔离开关和连接到主牵引变压器的高压隔离开关；
步骤4.4依次合闸连接到备用牵引变压器的低压断路器和高压断路器。
3.一种枢纽牵引供电系统继电保护重构自愈方法，其特征在于，包括自耦变压器故障恢复方法，具体为：
步骤5.1依次分闸连接到故障自耦变压器的进线断路器和进线隔离开关；
步骤5.2若允许恢复，则依次合闸连接到备用自耦变压器的进线隔离开关和进线断路器。
4.一种枢纽牵引供电系统继电保护重构自愈方法，其特征在于，包括高压断路器拒动故障恢复方法，具体为：
步骤6.1分闸连接到拒动高压断路器的进线隔离开关以及故障线路上的低压隔离开关；
步骤6.2合闸备用线路的低压隔离开关和备用线路的进线隔离开关；
步骤6.3先合闸备用线路的低压断路器和低压侧馈线的馈线断路器，再合闸备用线路的高压断路器。
5.一种枢纽牵引供电系统继电保护重构自愈方法，其特征在于，包括低压断路器拒动故障恢复方法；
所述低压断路器拒动故障恢复方法包括直列备自投倒闸恢复，具体为：
步骤7.1.1分闸连接到主牵引变压器的高压断路器；
步骤7.1.2若允许恢复，则分闸连接到主牵引变压器的高压隔离开关和低压隔离开关；
步骤7.1.3若分闸成功，则合闸连接到备用牵引变压器的高压隔离开关和低压隔离开关；
步骤7.1.4依次合闸连接到备用牵引变压器的低压断路器和高压断路器；
所述低压断路器拒动故障恢复方法还包括交叉备自投倒闸恢复，具体为：
步骤7.2.1分闸连接到主牵引变压器的高压断路器；
步骤7.2.2若允许恢复，则分闸连接到主牵引变压器的高压隔离开关和低压隔离开关；
步骤7.2.3若分闸成功，则依次合闸连接到备用牵引变压器的跨条隔离开关、低压隔离开关和连接到主牵引变压器的高压隔离开关；
步骤7.2.4依次合闸连接到备用牵引变压器的低压断路器和高压断路器。
6.一种枢纽牵引供电系统继电保护重构自愈方法，其特征在于，包括馈线断路器拒动故障恢复方法，具体为：
步骤8.1先分闸连接到拒动馈线断路器的低压断路器，再分闸拒动馈线断路器两端的隔离开关；
步骤8.2若分闸成功，则合闸备用馈线断路器两端的隔离开关和联络隔离开关；所述联络隔离开关的两端分别连接拒动馈线断路器和备用馈线断路器；
步骤8.3依次合闸备用馈线断路器和连接到备用馈线断路器的低压断路器。
7.一种枢纽牵引供电系统继电保护重构自愈方法，其特征在于，包括未设置AT所的供电臂接触网故障恢复方法，具体为：
步骤9.1分闸供电臂接触网的馈线断路器；
步骤9.2若允许恢复，则根据故障测距信息分闸故障区段的隔离开关，隔离故障区段；
步骤9.3合闸非故障区段的断路器；
步骤9.4若恢复失败，则步骤9.3合闸的断路器再次分闸，之后再根据故障测距信息分闸故障区段的相邻区段的隔离开关，扩大隔离故障区段；
步骤9.5合闸非隔离区段的断路器。
8.如权利要求7所述的一种枢纽牵引供电系统继电保护重构自愈方法，其特征在于，如果非故障区段与相邻线路设置有联络隔离开关，则所述步骤9.3、步骤9.4分别替换为：
步骤9.3先合闸联络隔离开关，再合闸非故障区段的断路器；
步骤9.4若恢复失败，则步骤9.3合闸的断路器和联络隔离开关再次分闸，之后再根据故障测距信息分闸故障区段的相邻区段的隔离开关，扩大隔离故障区段。
9.一种枢纽牵引供电系统继电保护重构自愈方法，其特征在于，包括设置有AT开闭所的供电臂接触网，其连接线区段故障恢复方法，具体为：
步骤10.1分闸故障连接线区段的馈线断路器和AT开闭所的进线断路器；
步骤10.2若允许恢复，则分闸AT开闭所的馈线断路器；
步骤10.3依次合闸AT开闭所的汇流母线常开隔离开关和AT开闭所的馈线断路器。
10.一种枢纽牵引供电系统继电保护重构自愈方法，其特征在于，包括设置有AT开闭所的供电臂接触网，其AT段故障恢复方法，具体为：
步骤11.1分闸AT开闭所、AT所、分区所的馈线断路器和进线断路器；
步骤11.2若允许恢复，则根据故障测距信息分闸故障馈线区段的相邻区段的隔离开关，隔离故障区段；
步骤11.3合闸AT开闭所、AT所、分区所的非隔离故障区段的馈线断路器；
步骤11.4若恢复失败，则步骤11.3合闸的馈线断路器再次分闸，之后再根据故障测距信息分闸故障馈线区段的相邻区段的隔离开关，扩大隔离故障区段；
步骤11.5合闸AT开闭所、AT所、分区所的非隔离故障区段的馈线断路器。
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