CN113488971B - 基于瞬时有功功率变化量的牵引网继电保护方法 - Google Patents

基于瞬时有功功率变化量的牵引网继电保护方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于瞬时有功功率变化量的牵引网继电保护方法，用保护装置测得的牵引网电压瞬时值us和电流瞬时值is，计算得到当前时刻的瞬时有功功率的直流分量
Figure DDA0003157115270000011
和一个工频周期以前的瞬时有功功率的直流分量
Figure DDA0003157115270000012
两者做差得到直流分量变化量
Figure DDA0003157115270000013
当
Figure DDA0003157115270000014
大于整定值
Figure DDA0003157115270000015
时保护启动。将保护启动时的
Figure DDA0003157115270000016
记为
Figure DDA0003157115270000017
进入延时阶段。延时阶段中，用各个时刻的瞬时有功功率的直流分量
Figure DDA0003157115270000018
和
Figure DDA0003157115270000019
做差得到变化量
Figure DDA00031571152700000110
若延时阶段中均满足
Figure DDA00031571152700000111
大于整定值
Figure DDA00031571152700000112
则延时结束后跳开保护对应的断路器并发出信号。保护配置二次谐波闭锁判据，若当前电流的二次谐波有效值I2与基波有效值I1的比值I2/I1大于整定值K2.set则立刻闭锁保护。本发明能在故障后快速识别并隔离故障，特别是对高阻接地故障、牵引网末端故障的识别和保护。

Description

基于瞬时有功功率变化量的牵引网继电保护方法
技术领域
本发明涉及电气化铁路供电技术领域，特别是一种基于瞬时有功功率变化量的牵引网继电保护方法。
背景技术
电气化铁路牵引网的故障主要是短路故障和断线接地故障，故障发生时一般由牵引变电所馈线主保护阻抗保护来进行动作跳闸。但高阻接地故障时，测量阻抗增大、短路电流减小导致阻抗保护拒动，这将对牵引供电系统的安全稳定运行带来巨大隐患。
电流增量保护作为阻抗保护的后备保护，在高阻接地故障和异相短路故障情况下发挥着重要作用。随着电气化铁路的高速化、重载化，牵引网负荷电流愈发增大。在供电臂内多车同时取流时发生高阻接地故障或牵引网末端发生短路故障时，电流增量较小，可能造成电流增量保护拒动；当有列车经过电分相驶入供电臂且供电臂内有列车起动时，电流增量较大，若谐波闭锁元件处于临界状态，电流增量保护可能误动。综上，目前缺乏对高阻接地故障、牵引网末端故障等故障准确识别和保护的保护方法。
专利ZL2020208668248基于直流分量的电流增量保护装置，在传统电流增量保护的基础上增加直流分量的电流增量提取电路，利用故障电流中富含的非周期分量与负荷电流做区分，减少保护的误动。但是，该方案仍以传统电流增量保护为基础，辅以直流分量作为故障与负荷的区分，仍无法解决多车取流时发生高阻接地故障或牵引网末端发生短路故障时，电流增量较小导致保护拒动的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于瞬时有功功率变化量的牵引网继电保护方法。
实现本发明目的的技术方案如下：
基于瞬时有功功率变化量的牵引网继电保护方法，当
Figure GDA0003491769650000011
且I2/I1＜K2.set，启动保护装置并进入延时阶段；
其中，
Figure GDA0003491769650000012
为瞬时有功功率的直流分量变化量，
Figure GDA0003491769650000013
为当前时刻的瞬时有功功率的直流分量，
Figure GDA0003491769650000014
为一个工频周期以前的瞬时有功功率的直流分量，均由保护装置测得牵引网电压瞬时值和电流瞬时值后计算得到；
Figure GDA0003491769650000015
为整定值；I2为电流的二次谐波分量，I1为电流的二次基波分量，K2.set为二次谐波含量整定值；
如延时阶段中各个时刻均满足
Figure GDA0003491769650000021
则延时阶段结束后跳开保护装置对应的断路器；
其中，
Figure GDA0003491769650000022
为延时阶段中各个时刻的瞬时有功功率的直流分量，由保护装置在延时阶段中测得牵引网电压瞬时值和电流瞬时值后计算得到；
Figure GDA0003491769650000023
为保护装置启动时刻的
Figure GDA0003491769650000024
本发明能在故障后快速识别并隔离故障，特别是对高阻接地故障、牵引网末端故障的识别和保护。
附图说明
图1是保护动作逻辑图。
图2是全并联AT供电双断路器模式正常供电示意图。
图3是全并联AT供电双断路器模式越区供电示意图。
图4是全并联AT供电单断路器模式正常供电示意图。
图5是全并联AT供电单断路器模式越区供电示意图。
图6是复线直供正常供电示意图。
图7是复线直供越区供电示意图。
图8a是经多级开闭所供电(单进线模式)示意图。
图8b是经多级开闭所供电(双进线模式)示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
本发明提供了一种基于瞬时有功功率变化量的牵引网继电保护方法，用保护装置测得的牵引网电压瞬时值us和电流瞬时值is，计算得到当前时刻的瞬时有功功率的直流分量
Figure GDA0003491769650000025
和一个工频周期以前的瞬时有功功率的直流分量
Figure GDA0003491769650000026
两者做差得到直流分量变化量
Figure GDA0003491769650000027
当
Figure GDA0003491769650000028
大于整定值
Figure GDA0003491769650000029
时保护启动。将保护启动时的
Figure GDA00034917696500000210
记为
Figure GDA00034917696500000211
进入延时阶段。延时阶段中，用各个时刻的瞬时有功功率的直流分量
Figure GDA00034917696500000212
和
Figure GDA00034917696500000213
做差得到变化量
Figure GDA00034917696500000214
若延时阶段中均满足
Figure GDA00034917696500000215
大于整定值
Figure GDA00034917696500000216
则延时结束后跳开保护对应的断路器并发出信号。保护配置二次谐波闭锁判据，若当前电流的二次谐波有效值I2与基波有效值I1的比值I2/I1大于整定值K2.set则立刻闭锁保护。
保护装置测得的牵引网电压和电流瞬时值表达式为：
Figure GDA0003491769650000031
将电压、电流相位后移90°得到：
Figure GDA0003491769650000032
根据瞬时功率理论，计算瞬时有功功率和瞬时无功功率为：
Figure GDA0003491769650000033
式中，
Figure GDA0003491769650000034
为瞬时有功功率和瞬时无功功率的直流分量；
Figure GDA0003491769650000035
为瞬时有功功率和瞬时无功功率的交流分量。
由式(3)中可以看出，瞬时有功功率p和瞬时无功功率q分别由的直流分量
Figure GDA0003491769650000041
和交流分量
Figure GDA0003491769650000042
构成，将p和q经过低通滤波器够从中提取直流分量
Figure GDA0003491769650000043
由于故障发生前后的电流和电压均会发生突变，瞬时有功功率直流分量突变，而系统正常运行时的多种负荷工况如列车加速、制动等，列车会有转矩控制以避免闯动或打滑，瞬时有功功率直流分量缓慢变化。因此，可以通过瞬时有功功率直流分量的变化判断是否发生故障。
将当前时刻瞬时有功功率直流分量
Figure GDA0003491769650000044
和一个工频周期以前的瞬时有功功率直流分量
Figure GDA0003491769650000045
做差，得到瞬时有功功率直流分量变化量为：
Figure GDA0003491769650000046
当瞬时有功功率直流分量变化量大于整定值时，保护启动：
Figure GDA0003491769650000047
式中，
Figure GDA0003491769650000048
为瞬时有功功率直流分量变化量的整定值，按照躲过牵引网列车在启动和加速时的瞬时有功功率直流分量最大变化量整定。
保护启动后，将启动时刻的
Figure GDA0003491769650000049
记为
Figure GDA00034917696500000410
存储在保护装置中，并进入延时阶段，延时阶段中的瞬时有功功率直流分量变化量为：
Figure GDA00034917696500000411
在一段时间的延时tset内，若一直满足
Figure GDA00034917696500000412
则延时结束后保护动作，跳开对应的断路器并发出信号。
此外，为避免保护在变压器投入等正常工况下误动，配置二次谐波闭锁判据：
I2/I1＜K2.set (7)
式中，I2为保护电流的二次谐波分量，I1为保护电流的二次基波分量，K2.set为二次谐波含量整定值。
得到保护动作逻辑图如图1所示。图1中，tset为动作时限，K2.set为二次谐波含量整定值。
具体实施例如下：
1、全并联AT供电双断路器模式正常供电
对于如图2所示的全并联AT供电双断路器模式正常供电方式，保护实施方案如下：
在断路器1QF和2QF对应的保护装置1和2配置瞬时有功功率直流分量变化量保护，保护装置测量的电压为接触线对地电压，保护装置测量的电流为接触线电流与负馈线电流的矢量差。当瞬时有功功率直流分量变化量大于整定值且电流二次谐波含量小于K2.set时保护启动，若在延时tset内瞬时有功功率直流分量变化量一直大于整定值，且电流二次谐波含量小于K2.set，则延时结束后保护动作，跳开对应的断路器并发出信号。
2、全并联AT供电双断路器模式越区供电
对于如图3所示的全并联AT供电双断路器模式越区供电方式，变电所2退出运行，变电所1经分区所的越区隔离开关1QS越区供电。保护实施方案如下：
在断路器1QF、2QF、7QF、8QF对应的保护装置1、2、7、8配置瞬时有功功率直流分量变化量保护，保护装置测量的电压为接触线对地电压，保护装置测量的电流为接触线电流与负馈线电流的矢量差。当瞬时有功功率直流分量变化量大于整定值且电流二次谐波含量小于K2.set时保护启动，若在延时tset内瞬时有功功率直流分量变化量一直大于整定值，且电流二次谐波含量小于K2.set，则延时结束后保护动作，跳开对应的断路器并发出信号。
3、全并联AT供电单断路器模式正常供电
对于如图4所示的全并联AT供电单断路器模式正常供电方式，保护实施方案如下：
在断路器1QF和2QF对应的保护装置1和2配置瞬时有功功率直流分量变化量保护，保护装置测量的电压为变电所接触线对地电压，保护装置测量的电流为接触线电流与负馈线电流的矢量差。当瞬时有功功率直流分量变化量大于整定值且电流二次谐波含量小于K2.set时保护启动，若在延时tset内瞬时有功功率直流分量变化量一直大于整定值，且电流二次谐波含量小于K2.set，则延时结束后保护动作，跳开对应的断路器并发出信号。
4、全并联AT供电单断路器模式越区供电
对于如图5所示的全并联AT供电单断路器模式越区供电方式，变电所2退出运行，变电所1经分区所的越区隔离开关1QS和2QS越区供电。保护实施方案如下：
在断路器1QF和2QF对应的保护装置1和2配置瞬时有功功率直流分量变化量保护，保护装置测量的电压为变电所接触线对地电压，保护装置测量的电流为接触线电流与负馈线电流的矢量差。当瞬时有功功率直流分量变化量大于整定值且电流二次谐波含量小于K2.set时保护启动，若在延时tset内瞬时有功功率直流分量变化量一直大于整定值，且电流二次谐波含量小于K2.set，则延时结束后保护动作，跳开对应的断路器并发出信号。
5、复线直供正常供电
对于如图6所示的复线直接供电方式正常供电，保护实施方案如下：
在断路器1QF和2QF对应的保护装置1和2配置瞬时有功功率直流分量变化量保护，保护装置测量的电压为接触线对地电压，保护装置测量的电流为接触线电流。当瞬时有功功率直流分量变化量大于整定值且电流二次谐波含量小于K2.set时保护启动，若在延时tset内瞬时有功功率直流分量变化量一直大于整定值，且电流二次谐波含量小于K2.set，则延时结束后保护动作，跳开对应的断路器并发出信号。
6、复线直供越区供电
对于如图7所示的单断路器模式越区供电方式，变电所2退出运行，变电所1经分区P的越区隔离开关1QS和2QS越区供电。保护实施方案如下：
在断路器1QF和2QF对应的保护装置1和2配置瞬时有功功率直流分量变化量保护，保护装置测量的电压为接触线对地电压，保护装置测量的电流为接触线电流。当瞬时有功功率直流分量变化量大于整定值且电流二次谐波含量小于K2.set时保护启动，若在延时tset内瞬时有功功率直流分量变化量一直大于整定值，且电流二次谐波含量小于K2.set，则延时结束后保护动作，跳开对应的断路器并发出信号。
7、经多级开闭所供电
对于如图8a、图8b所示的经多级开闭所供电，保护实施方案如下：
在断路器1QF、2QF、5QF和6QF对应的保护装置1、2、5、6配置瞬时有功功率直流分量变化量保护，保护装置测量的电压为接触线对地电压，保护装置测量的电流为接触线电流。当瞬时有功功率直流分量变化量大于整定值且电流二次谐波含量小于K2.set时保护启动，若在延时tset内瞬时有功功率直流分量变化量一直大于整定值，且电流二次谐波含量小于K2.set，则延时结束后保护动作，跳开对应的断路器并发出信号。该方案同时适用于单进线模式和双进线模式。

Claims (1)

1.基于瞬时有功功率变化量的牵引网继电保护方法，其特征在于，
当
Figure FDA0003491769640000011
且I2/I1＜K2.set，启动保护装置并进入延时阶段；
其中，
Figure FDA0003491769640000012
为瞬时有功功率的直流分量变化量，
Figure FDA0003491769640000013
为当前时刻的瞬时有功功率的直流分量，
Figure FDA0003491769640000014
为一个工频周期以前的瞬时有功功率的直流分量，均由保护装置测得牵引网电压瞬时值和电流瞬时值后计算得到；
Figure FDA0003491769640000015
为整定值；I2为电流的二次谐波分量，I1为电流的二次基波分量，K2.set为二次谐波含量整定值；
如延时阶段中各个时刻均满足
Figure FDA0003491769640000016
则延时阶段结束后跳开保护装置对应的断路器；
其中，
Figure FDA0003491769640000017
Figure FDA0003491769640000018
为延时阶段中各个时刻的瞬时有功功率的直流分量，由保护装置在延时阶段中测得牵引网电压瞬时值和电流瞬时值后计算得到；
Figure FDA0003491769640000019
为保护装置启动时刻的
Figure FDA00034917696400000110
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