CN114814416A - 一种地铁大分区供电系统保护测试装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地铁大分区供电系统保护测试装置及其控制方法，包括：继电保护测试仪、电压分路模块、电流分路模块、被测保护装置、监控模块。电压分路模块包括：若干组接触器，若干组接触器的输入端并联后与继电保护测试仪输出端的三相电压连接，其输出端分别连接同一母线上各间隔的被测保护装置；电流分路模块包括：串联接入被测保护装置电流回路的若干组单刀双掷开关，其故障端短接后与所述继电保护测试仪的电流公共端连接；监控模块依据继电保护测试仪记录的保护装置动作时间及接收到的保护装置动作报文，判定地铁保护是否判断并隔离故障区段。

Description

一种地铁大分区供电系统保护测试装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及电力系统测试技术领域，特别涉及一种地铁大分区供电系统保护测试装置及其控制方法。

背景技术

随着城市的繁荣和经济的发展，伴随而来的是城市交通的拥堵现象。改善城市公共交通状况的主要途径是采用大客运量的轨道交通系统。轨道交通系统的动力源泉是城市轨道交通供电系统。近年来，为了降低环网电缆投资和综合造价，大分区轨道交通供电系统逐渐成为一种趋势。轨道交通供电系统不同于常规的配电网供电系统，其安全稳定运行至关重要。而各种类型短路故障是轨道交通供电系统安全运行的最大隐患之一，特别是由于短路故障引起的火灾往往引起重大人身伤亡。为了保证地铁大分区供电系统的安全可靠运行，城市轨道交通保护方案的优化及相应的保护技术一直是国内外业界近年来研究的重点内容。国外厂家依靠其雄厚的技术实力几乎占据了整个国内城市轨道交通保护设备的市场。为了打破国外厂商对市场的垄断，推动设备国产化，保证地铁大分区供电系统保护方案可行性、可靠性和准确性，必须要进行系统级测试验证。

地铁大分区供电系统保护系统级测试时，需要搭建一个典型的供电分区，根据运行方式和故障点位置，给供电分区内多个变电所的保护装置施加故障电压和故障电流，为了真实模拟实际工况，需要施加很多组独立的电压、电流，目前一台继电保护测试仪无法提供如此多的电压和电流通道，多台继电保护测试又面临着测试仪之间数据同步，设备投资费用大等问题。地铁供电系统测试时，主要通过不断更换测试线实现，一方面，不能真实的模拟故障电压、电流的分布及变化情况，另一方面不同故障点需要不断更换接线，测试效率低。

现有的技术方案有两种：一是使用RTDS仿真器，搭建地铁大分区供电系统仿真模型，借助接口板卡与被测设备形成闭环的测试环境，模拟系统中发生各种故障来达到考核被测设备的目的。RTDS仿真器价格昂贵，一般的实验室无法配备，测试环境搭建比较复杂，无法满足研发测试过程中测试方便性和测试效率的要求。二是使用多台继电保护测试仪提供更多的电压源、电流源，不同试验仪接入不同的间隔，通过试验仪状态序列之间的配合模拟故障，考核被测设备。多台继电保护测试仪一方面无法实现多个客户端统一精准控制，很难保证模拟故障的时序，另一方面不同测试仪之间数据难以实现同步。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种地铁大分区供电系统保护测试装置及其控制方法，通过电压分路电路和电流分路电路对继电保护试验仪的电压源和电流源进行扩展，解决了地铁大分区供电系统保护测试时继电保护测试仪电压、电流源数量不足问题，能真实模拟供电系统不同运行方式、不同位置发生故障及保护动作跳开断路器后各变电所母线电压、各间隔电流的变化情况，具有测试过程中不需要更换接线、经济可靠，能适用各种地铁大分区供电系统保护测试等特点。

为解决上述技术问题，本发明实施例的第一方面提供了一种地铁大分区供电系统保护测试装置，包括：继电保护测试仪、电压分路模块、电流分路模块、被测保护装置、监控模块；

所述电压分路模块包括：若干组接触器，所述若干组接触器的输入端并联后与所述继电保护测试仪输出端的三相电压连接，其输出端分别连接同一母线上各间隔的所述被测保护装置；

所述电流分路模块包括：串联接入被测保护装置电流回路的若干组单刀双掷开关，其故障端短接后与所述继电保护测试仪的电流公共端连接；

所述监控模块依据所述继电保护测试仪记录的所述保护装置动作时间及接收到的所述保护装置动作报文，判定地铁保护是否判断并隔离故障区段。

进一步地，所述保护间隔设置有模拟断路器；

所述保护装置的跳/合闸出口接入对应间隔的所述模拟断路器的跳/合闸线圈，所述保护装置的跳/合位开入连接对应间隔模拟断路器的跳/合位触点。

进一步地，所述接触器的三相主触点输入端并联接入所述继电保护测试仪的三相电压，其主触点输出端分别连接同一母线上连接的各间隔被测保护装置，所述接触器的线圈一端短接后接入正电源，其线圈另一端分别串联一个测试仪的开出量后接入负电源。

进一步地，所述继电保护测试仪输出的电流按供电方向依次串联接入每个所述间隔的所述被测保护装置电流回路后再串联接入单刀双掷开关，所述电流串联接入所述单刀双掷开关时由其输入端接入且由其正常运行端输出，所述单刀双掷开关的故障端短接后与所述继电保护测试仪的电流公共端连接。

进一步地，所述地铁大分区供电系统保护测试装置还包括：时钟源，其分别与所有所述保护装置连接，向所有所述保护装置发送时钟信号。

相应地，本发明实施例的第一方面提供了一种地铁大分区供电系统保护测试装置控制方法，用于控制上述任一所述的地铁大分区供电系统保护测试装置，包括如下步骤：

在模拟故障时，依据故障点位置和故障类型在电流分路装置中设置若干组单刀双掷开关的运行状态；

按照试验项目预判各段母线电压和各间隔故障电流，依据预判结果设定继电保护测试仪中的电压值和电流值；

在各状态序列中设置若干组接触器线圈串联的所述继电保护测试仪的开出量状态；

通过所述继电保护测试仪记录的所述保护装置的动作时间及发送至监控模块的所述保护装置动作报文，判定地铁保护是否判断并隔离故障区段。

本发明实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

通过电压分路电路和电流分路电路对继电保护试验仪的电压源和电流源进行扩展，解决了地铁大分区供电系统保护测试时继电保护测试仪电压、电流源数量不足问题，能真实模拟供电系统不同运行方式、不同位置发生故障及保护动作跳开断路器后各变电所母线电压、各间隔电流的变化情况，具有测试过程中不需要更换接线、经济可靠，能适用各种地铁大分区供电系统保护测试等特点。

附图说明

图1是本发明实施例提供的地铁大分区供电系统保护测试装置原理图；

图2是本发明实施例提供的大分区供电系统及保护配置图；

图3是本发明实施例提供的电压分路装置原理及接线图；

图4是本发明实施例提供的电流分路装置原理及接线图；

图5是本发明实施例提供的地铁大分区供电系统保护测试装置控制方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

请参照图1、图2、图3和图4，本发明实施例的第一方面提供了一种地铁大分区供电系统保护测试装置，包括：继电保护测试仪、电压分路模块、电流分路模块、被测保护装置、监控模块。电压分路模块包括：若干组接触器，若干组接触器的输入端并联后与继电保护测试仪输出端的三相电压连接，其输出端分别连接同一母线上各间隔的被测保护装置；电流分路模块包括：串联接入被测保护装置电流回路的若干组单刀双掷开关，其故障端短接后与继电保护测试仪的电流公共端In连接；监控模块依据继电保护测试仪记录的保护装置动作时间及接收到的保护装置动作报文，判定地铁保护是否判断并隔离故障区段。

根据供电系统运行方式、供电方向，将正常运行时电流来自同一电源的各间隔的保护装置的电流经电流分路装置依次串联，将同一母线上连接的各间隔保护装置的电压经电压分路装置后并联。

其中，电流分路模块由若干组单刀双掷开关组成，测试仪输出的电流按供电方向依次串联接入每个间隔的保护装置电流回路后再串联接入单刀双掷开关(Single PoleDouble Throw,后面简称SPDT)。电流串联接入SPDT时，经SPDT输入端接入，经SPDT第一个输出端(即正常运行端)输出。各组SPDT的第二个输出端(即故障端)短接，接测试仪In。

其中，电压分路装置由多组接触器组成，各组接触器三相主触点输入端并联接入测试仪的三相电压，主触点输出端分别接同一母线上连接的各间隔保护装置。各组接触器线圈的一端短接，接入正电源，另一端分别串联一个测试仪的开出量后接入负电源，以起到控制接触器主触点开断，模拟各母线是否有压的目的。

在本发明实施例的一个具体实施方式中，为避免测试系统过于庞大，保护装置按能全面考核地铁大分区供电系统保护方案的最小规模配置：按供电分区内有三个变电所配置保护装置，其中第2个变电所配置所有的保护装置，其他变电所仅配置进出线保护装置且仅在Ⅰ母配置。保护装置间联闭锁信号、光纤通道连接。所有保护装置接入监控后台，并接收来自同一GPS时钟的对时信号。模拟的大分区供电系统及保护配置如图2所示，进出线间隔1～8、母联间隔9、馈线间隔10配置保护。装置间所有联闭锁信号(包括启动闭锁、失灵启动、联跳、装置异常等)按保护方案要求连接。

电压分路模块由多组接触器组成，如图3所示，各组接触器三相主触点输入端并联接入测试仪的三相电压，主触点输出端分别接同一母线上连接的各间隔保护装置。各组接触器线圈的一端短接，接入正电源，另一端分别串联一个测试仪的开出量后接入负电源。各母线进线断路器在合位时，各母线电压为测试仪输出电压，将各接触器线圈串联的测试仪开出量状态设置为闭合状态；当某段母线上进线断路器跳开后，供电方向上，该母线及其后所有母线电压为0，将该母线及其后各段母线对应的接触器线圈串联的测试仪开出量状态设置为断开状态。通过测试仪开出量状态设置，以起到独立控制接触器主触点开断，模拟各母线是否有压的效果。

根据供电系统运行方式、供电方向，将正常运行时电流来自同一电源的各间隔保护装置的电流经电流分路装置依次串联。如图4所示，电流分路装置由多组SPD组成，测试仪输出的电流按供电方向依次串联接入每个间隔的保护装置电流回路后再串联接入SPDT。电流串联接入SPDT时，经SPDT输入端接入，经SPDT第一个输出端(即正常运行)输出。各组SPDT的第二个输出端(即故障)短接，接测试仪In。正常运行时，SPDT设置在正常运行位置，所有进出线间隔流过同一电流；故障时，将相应间隔的SPDT设置在故障位置，电流直接流回测试仪，该SPDT之后的各保护装置故障相无流。以起到真实模拟供电方向上、故障点之后间隔的故障相电流为0的效果。

模拟故障时，根据故障点位置和故障类型在电流分路装置中设置各组SPDT的位置(正常运行/故障)；按试验项目预判各段母线电压及各间隔故障电流，根据预判结果在测试仪状态序列中设置相应电压、电流值，并在各状态序列中设置各组接触器线圈串联的测试仪开出量状态。如模拟K5点AN故障，按图2所示的运行方式和供电方向，首先将电流分路装置中对应间隔2的SPDT的A相置于故障位置；在测试仪状态序列中设置不同测试状态下的电压、电流值，间隔2断路器跳开前，各组接触器线圈串联的测试仪开出量状态为闭合。当间隔2和间隔3保护正确动作跳开相应断路器后，变电所2Ⅰ母接触器线圈的串联的测试仪开出量状态断开，变电所2Ⅰ母无压，此时，变电所2所Ⅱ母电压正常，母联间隔9备自投动作合上母联开关，实现由电源2为变电所2及之后变电所的Ⅰ母、Ⅱ母负荷供电。

设置完成后开始试验，通过继电保护测试仪记录的各保护装置动作时间以及上送到监控后台的保护装置动作报文，考核地铁保护是否能快速、有选择性地判断并隔离故障区段。

上述地铁大分区供电系统保护测试装置通过电压分路装置和电流分路装置对继电保护试验仪的电压源、电流源进行扩展，达到使用单个继电保护试验仪就能实现对地铁大分区供电系统中的所有间隔进行考核的目的；通过继电保护试验仪的状态序列和电流分路装置的SPDT控制配合，达到真实地模拟故障电压、电流的分布及变化情况的效果；电压分路装置和电流分路装置能根据地铁供电系统的运行方式及间隔数目进行灵活扩展，具有很高的适用性。

相应地，请参照图5，本发明实施例的第二方面提供了一种地铁大分区供电系统保护测试装置控制方法，用于控制上述任一的地铁大分区供电系统保护测试装置，包括如下步骤：

步骤S100，在模拟故障时，依据故障点位置和故障类型在电流分路装置中设置若干组单刀双掷开罐的运行状态。

步骤S200，按照试验项目预判各段母线电压和各间隔故障电流，依据预判结果设定继电保护测试仪中的电压值和电流值。

步骤S300，在各状态序列中设置若干组接触器线圈串联的继电保护测试仪的开出量状态。

步骤S400，通过继电保护测试仪记录的保护装置的动作时间及发送至监控模块的保护装置动作报文，判定地铁保护是否判断并隔离故障区段。

本发明实施例旨在保护一种地铁大分区供电系统保护测试装置及其控制方法，包括：继电保护测试仪、电压分路模块、电流分路模块、被测保护装置、监控模块。电压分路模块包括：若干组接触器，若干组接触器的输入端并联后与继电保护测试仪输出端的三相电压连接，其输出端分别连接同一母线上各间隔的被测保护装置；电流分路模块包括：串联接入被测保护装置电流回路的若干组单刀双掷开关，其故障端短接后与继电保护测试仪的电流公共端连接；监控模块依据继电保护测试仪记录的保护装置动作时间及接收到的保护装置动作报文，判定地铁保护是否判断并隔离故障区段。上述技术方案具备如下效果：

通过利用电压分路装置、电流分路装置将一台继电保护测试仪输出的电压、电流分成多组可控的电压、电流施加给一个大分区内各变电所的多个保护装置，实现了能真实模拟供电系统不同运行方式、不同位置发生故障及保护动作跳开断路器后各母线电压、各间隔电流的变化情况，解决了地铁大分区供电系统保护测试时继电保护测试仪电压、电流源数量不足，不能真实的模拟故障电压、电流的分布及变化情况，不同运行方式及不同故障点需要不断更换接线，测试效率低的问题。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (6)

1.一种地铁大分区供电系统保护测试装置，其特征在于，包括：继电保护测试仪、电压分路模块、电流分路模块、被测保护装置、监控模块；

所述电压分路模块包括：若干组接触器，所述若干组接触器的输入端并联后与所述继电保护测试仪输出端的三相电压连接，其输出端分别连接同一母线上各间隔的所述被测保护装置；

所述电流分路模块包括：串联接入被测保护装置电流回路的若干组单刀双掷开关，其故障端短接后与所述继电保护测试仪的电流公共端连接；

所述监控模块依据所述继电保护测试仪记录的所述保护装置动作时间及接收到的所述保护装置动作报文，判定地铁保护是否判断并隔离故障区段。

2.根据权利要求1所述的地铁大分区供电系统保护测试装置，其特征在于，

所述保护间隔设置有模拟断路器；

所述保护装置的跳/合闸出口接入对应间隔的所述模拟断路器的跳/合闸线圈，所述保护装置的跳/合位开入连接对应间隔模拟断路器的跳/合位触点。

3.根据权利要求1所述的地铁大分区供电系统保护测试装置，其特征在于，

所述接触器的三相主触点输入端并联接入所述继电保护测试仪的三相电压，其主触点输出端分别连接同一母线上连接的各间隔被测保护装置，所述接触器的线圈一端短接后接入正电源，其线圈另一端分别串联一个测试仪的开出量后接入负电源。

4.根据权利要求1所述的地铁大分区供电系统保护测试装置，其特征在于，

所述继电保护测试仪输出的电流按供电方向依次串联接入每个所述间隔的所述被测保护装置电流回路后再串联接入单刀双掷开关，所述电流串联接入所述单刀双掷开关时由其输入端接入且由其正常运行端输出，所述单刀双掷开关的故障端短接后与所述继电保护测试仪的电流公共端连接。

5.根据权利要求1-4任一所述的地铁大分区供电系统保护测试装置，其特征在于，还包括：

时钟源，其分别与所有所述保护装置连接，向所有所述保护装置发送时钟信号。

6.一种地铁大分区供电系统保护测试装置控制方法，其特征在于，用于控制权利要求1-5任一所述的地铁大分区供电系统保护测试装置，包括如下步骤：

在模拟故障时，依据故障点位置和故障类型在电流分路装置中设置若干组单刀双掷开关的运行状态；

按照试验项目预判各段母线电压和各间隔故障电流，依据预判结果设定继电保护测试仪中的电压值和电流值；

在各状态序列中设置若干组接触器线圈串联的所述继电保护测试仪的开出量状态；

通过所述继电保护测试仪记录的所述保护装置的动作时间及发送至监控模块的所述保护装置动作报文，判定地铁保护是否判断并隔离故障区段。

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