CN114825276A - 贯通同相牵引供电系统的变流器保护系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请提出一种贯通同相牵引供电系统的变流器保护系统及方法，在输入变压器发生接地故障时执行输入变压器差动保护动作，并配备后备保护；在变流器阀单元发生故障时执行阀单元过流、过压和欠压保护动作；在阀单元故障数目超限时执行阀单元冗余超限保护动作；在变流器阀组发生线间故障时执行变流器过流保护，外部故障影响下变流器输出侧过压时执行变流器过压保护动作；在变流器阀组发生接地故障时执行变流器差动保护动作，并配备后备保护；在输出变压器发生接地故障时执行输出变压器差动保护动作，在输出变压器发生直流偏磁故障时执行输出变压器直流偏磁保护动作，并配备后备保护；在滤波器发生接地故障时执行滤波器过流和过压保护动作。

Description

贯通同相牵引供电系统的变流器保护系统及方法

技术领域

本申请涉及供电系统技术领域，特别涉及一种贯通同相牵引供电系统的变流器保护系统及方法。

背景技术

现有的牵引供电保护方案多是基于牵引变压器为主的传统牵引供电系统，无法适用于新型的贯通式柔性牵引供电系统。对于贯通式柔性牵引供电系统的变流器保护设计，既要考虑电力电子装置所能承受的过电流水平，又要考虑故障导致的变流器与电网侧、变流器与牵引网侧的耦合故障特性。相关技术中，缺少针对贯通式柔性牵引供电系统这一场景下的变流器的故障保护问题的研究以及相关故障保护设计方法的研究。

发明内容

本申请提供一种贯通同相牵引供电系统的变流器保护系统及方法，根据贯通同相供电系统变流器的具体结构与故障电气特征，将变流器故障保护进行分区，并根据各区域的故障与保护需求分别确定保护措施。

本申请第一方面实施例提供一种贯通同相牵引供电系统的变流器保护系统，包括：输入变压器保护件，用于在利用贯通同相牵引供电系统的变流器为牵引网供能的输入环节中，检测到所述变流器的输入变压器发生接地故障时，执行输入变压器差动保护动作；变流器阀单元保护件，用于在为牵引网供能的整流逆变环节中，检测到所述变流器的各阀单元发生阀单元过流故障、阀单元过压故障、阀单元欠压故障时，执行阀单元过流保护动作、阀单元过压保护动作、阀单元欠压保护动作；变流器阀组保护件，用于在为所述牵引网供能的整流逆变环节中，检测到所述变流器的变流器阀组发生线间故障时，执行变流器过流保护动作，检测到外部故障影响下变流器输出侧过压时执行变流器过压保护动作，检测到故障阀组数目超出运行允许范围时，执行阀单元冗余超限保护动作；变流器接地保护件，用于在为所述牵引网供能的整流逆变环节中，检测到所述变流器的变流器阀组发生接地故障时，执行变流器差动保护动作；输出变压器保护件，用于在为所述牵引网供能的牵引网连接环节中，检测到所述变流器的输出变压器发生接地故障时，执行输出变压器差动保护动作，检测到所述变压器发生直流偏磁故障时，执行变压器直流偏磁保护动作；输出滤波器保护件，用于在为所述牵引网供能的输出环节中，检测到所述变流器的滤波器发生接地故障时，执行滤波器过流保护和滤波器过压保护动作。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述输入变压器保护件包括：第一检测单元，用于采集所述输入变压器的原边电流与副边电流，并基于所述输入变压器的原边电流与副边电流计算第一差动电流和第一制动电流，并在所述第一差动电流和所述第一制动电流满足第一触发条件时，确定所述输入变压器发生接地故障；第一执行单元，用于在所述输入变压器发生接地故障时，控制所述变流器闭锁的同时，控制所述变流器的输入断路器和输出断路器跳闸。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述变流器阀单元保护件包括：第二检测单元，用于获取每个变流器阀单元的输入电流，当所述输入电流满足第二触发条件时，确定所述变流器阀单元发生所述阀单元过流故障；第三检测单元，用于获取每个变流器阀单元单体的直流电容电压，当所述直流电容电压满足第三触发条件时，确定所述变流器阀单元发生所述阀单元过压故障，当所述直流电容电压满足第四触发条件时，确定所述变流器阀单元发生所述阀单元欠压故障；第二执行单元，用于对所述故障阀单元进行闭锁，阀单元内部的隔离断路器跳闸，旁路断路器合闸，使故障阀单元退出运行。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述变流器阀组保护件包括：第一统计单元，用于对所述故障阀单元数目进行统计，当所述故障阀单元数目超出运行允许范围时，确定发生变流器阀单元冗余超限故障；第四检测单元，用于获取所述变流器阀组的故障电流的瞬时值或上升率，并在所述瞬时值或上升率满足第五触发条件时，确定所述变流器阀组发生线间故障；第五检测单元，用于获取所述变流器阀组输出侧运行电压的有效值，并在所述电压有效值满足第六触发条件时，确定所述变流器阀组受到外部故障影响而发生过压故障；第三执行单元，用于在变流器阀组受内外部故障影响不满足安全的电压和电流运行范围时，控制所述变流器闭锁的同时，控制所述变流器的输入断路器和输出断路器跳闸。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述变流器接地保护件包括：第六检测单元，用于采集级联阀组串的正负极端口电流和接地支路的电流，计算变流器阀组的第二差动电流和第二制动电流，在所述第二差动电流和第二制动电流满足第七触发条件时，判断接地故障对变流器阀组产生影响；第四执行单元，用于在所述接地故障对变流器产生影响时，使变流器闭锁，并使输入断路器和输出的断路器跳闸将故障隔离。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述输出变压器保护件包括：第七检测单元，用于采集所述输出变压器的原边电流与副边电流，并基于所述变压器的原边电流与副边电流计算第三差动电流和第三制动电流，并在所述第三差动电流和所述第三制动电流满足第八触发条件时，确定所述输出变压器发生接地故障；第八检测单元，用于采集输出变压器原边电流的直流分量，在所述直流分量满足第九触发条件时，确定所述输出变压器发生直流偏磁故障；第五执行单元，用于在所述输出变压器受到接地故障影响和直流偏磁影响时，控制所述变流器闭锁的同时，控制所述变流器的输入断路器和输出断路器跳闸。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述输出滤波器保护件包括：第九检测单元，用于采集所述输出滤波器的支路电流，并在所述支路电流满足第十触发条件时，确定所述输出滤波器发生过流故障；第十检测单元，用于采集所述输出滤波器的并网点电压，并在所述并网点电压满足第十一触发条件时，确定所述输出滤波器发生过压故障；第六执行单元，用于在所述输出滤波器受到接地故障等影响时，控制所述变流器闭锁的同时，控制所述变流器的输入断路器和输出断路器跳闸。

可选地，在本申请的一个实施例中，还包括：后备保护件；所述后备保护件包括：第一后备保护组件，用于在输入变压器区电压或电流异常但未被所述第一检测单元检测到时，执行输入变压器原边低压过流保护、输入变压器原边电流速断保护和输入变压器过负荷保护动作；第二后备保护组件，用于在变流器接地区电流异常但未被所述第六检测单元检测到时，执行变流器接地过流保护动作；第三后备保护组件，用于在输出变压器区电压或电流异常但未被所述第七检测单元检测到时，执行输出变压器原边低压过流保护动作。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述后备保护件包括：第十一检测单元，用于获取输入变压器原边电压与原边电流，当所述电压有效值和电流有效值满足第十二触发条件时，确定发生输入变压器原边低压过流故障；当所述电流瞬时值或上升率满足第十三触发条件时，确定发生输入变压器原边电流异常故障；当所述电压有效值和电流有效值满足第十四触发条件时，确定发生输入变压器过负荷故障；第十二检测单元，用于获取变流器接地支路电流，当所述变流器接地支路电流满足第十四触发条件时，确定发生变流器接地过流故障；第十三检测单元，用于获取输出变压器原边电压与原边电流，当所述电压有效值和电流有效值满足第十五触发条件时，确定发生输出变压器原边低压过流故障；第七执行单元，用于在所述系统未执行主保护但检测到系统内部电压或电流异常时，控制所述变流器闭锁的同时，控制所述变流器的输入断路器和输出断路器跳闸。

本申请第二方面实施例提供一种贯通同相牵引供电系统的变流器保护方法，包括以下步骤：利用贯通同相牵引供电系统的变流器为牵引网供能中，对所述牵引网供能进行故障检测；在为所述牵引网供能的输入环节中，检测到所述变流器的输入变压器发生接地故障时，执行输入变压器差动保护动作；在为所述牵引网供能的整流逆变环节中，检测到所述变流器的各阀单元发生阀单元过流故障、阀单元过压故障、阀单元欠压故障时，执行阀单元过流保护动作、阀单元过压保护动作、阀单元欠压保护动作；在为所述牵引网供能的整流逆变环节中，检测到所述变流器的变流器阀组发生线间故障时，执行变流器过流保护，在检测到变流器阀组受到外部故障影响而发生过压时，执行变流器过压保护变流器过压保护，在检测到故障阀单元数目超出运行允许范围时，执行变流器阀单元冗余超限保护动作；在为所述牵引网供能的整流逆变环节中，检测到所述变流器的变流器阀组发生接地故障时，执行变流器差动保护动作；在为所述牵引网供能的牵引网连接环节中，检测到所述变流器的输出变压器发生接地故障时，执行输出变压器差动保护动作，检测到变压器发生直流偏磁故障时，执行输出变压器直流偏磁保护动作；在为所述牵引网供能的输出环节中，检测到所述变流器的滤波器发生接地故障时，执行滤波器过流保护和滤波器过压保护动作。

根据本申请实施例针对变流器中输入输出变压器具有的电气隔离特点，将变流器故障保护划分为五个区域，并根据各区域的故障与保护需求分别确定保护措施。由此，落实到贯通同相供电系统变流器的具体结构与故障电气特征，进行了分区考虑与设计，具有针对性，且给出保护设计方案详实有效，可推广应用于类似的场景或设备保护上。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本申请实施例提供的一种贯通同相牵引供电系统的变流器保护系统结构示意图；

图2为根据本申请实施例提供的一种牵引供电系统、变流器主电路图；

图3为根据本申请实施例提供的一种具体地贯通同相牵引供电系统的变流器保护系统结构示意图；

图4为根据本申请实施例提供的一种贯通同相牵引供电系统的变流器保护方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

图1为根据本申请实施例提供的一种贯通同相牵引供电系统的变流器保护系统结构示意图。

如图1所示，该贯通同相牵引供电系统的变流器保护系统包括：输入变压器保护件100、变流器阀单元保护件200、变流器阀组保护件300、变流器接地保护件400、输出变压器保护件500和输出滤波器保护件600。

其中，输入变压器保护件100，用于在利用贯通同相牵引供电系统的变流器为牵引网供能的输入环节中，检测到变流器的输入变压器发生接地故障时，执行输入变压器差动保护动作。

变流器阀单元保护件200，用于在为牵引网供能的整流逆变环节中，检测到变流器的各阀单元发生阀单元过流故障、阀单元过压故障、阀单元欠压故障时，执行阀单元过流保护动作、阀单元过压保护动作、阀单元欠压保护动作。

变流器阀组保护件300，用于在为牵引网供能的整流逆变环节中，检测到变流器的变流器阀组发生线间故障时，执行变流器过流保护动作，检测到外部故障影响下变流器输出侧过压时执行变流器过压保护动作，检测到故障阀组数目超出运行允许范围时，执行阀单元冗余超限保护动作。

变流器接地保护件400，用于在为牵引网供能的整流逆变环节中，检测到变流器的变流器阀组发生接地故障时，执行变流器差动保护动作。

输出变压器保护件500，用于在为牵引网供能的牵引网连接环节中，检测到变流器的输出变压器发生接地故障时，执行输出变压器差动保护动作，检测到变压器发生直流偏磁故障时，执行变压器直流偏磁保护动作。

输出滤波器保护件600，用于在为牵引网供能的输出环节中，检测到变流器的滤波器发生接地故障时，执行滤波器过流保护和滤波器过压保护动作。

可以理解的是，本申请实施例的方案为针对贯通式柔性牵引供电系统中的核心装置大功率电力电子变流器的保护设计，贯通式柔性牵引供电变流器系统包括由降压变压器进行隔离和调压的输入环节、由电力电子阀组构成的整流逆变环节、由升压变压器进行隔离和调压的牵引网连接环节、由滤波器构成的输出环节。变流器主要有输入变压器、阀组、输出变压器组成。其中，输入变压器和输出变压器实现电气隔离和电压等级变换，阀组实现交流-直流-交流的电压波形变换。针对该结构特征的变流器所具有的电气特点以及故障特征，设计了具体的保护设计方案，包括保护分区设置和具体的保护策略设计。

本申请一个实施例的拓扑如图2所示，贯通同相牵引供电系统沿线可能包含多个变流器，变流器将电网三相电直接变换为单相电为牵引网供能，以实现贯通式牵引供电，本申请实施例整体主要包括由降压变压器进行隔离和调压的输入环节、由电力电子阀组构成的整流逆变环节、由升压变压器进行隔离和调压的牵引网连接环节、由滤波器构成的输出环节。

本申请的保护分区设置如图3所示，根据系统构架将故障保护设置为输入变压器保护区、变流器阀组保护区、变流器接地保护区、输出变压器保护区、输出滤波器保护区。故障保护分区的保护对象分别为输入降压变压器故障、变流器阀组故障、变流器接地平衡点故障、输出升压变压器故障、滤波器故障。图3显示的保护配置中，保护配置输入断路器，位于输入变压器的输入端，保护配置输出断路器，位于滤波器的输出端。

可选地，在本申请的一个实施例中，输入变压器保护件100包括：第一检测单元，用于采集输入变压器的原边电流与副边电流，并基于输入变压器的原边电流与副边电流计算第一差动电流和第一制动电流，并在第一差动电流和第一制动电流满足第一触发条件时，确定输入变压器发生接地故障；第一执行单元，用于在输入变压器发生接地故障时，控制变流器闭锁的同时，控制变流器的输入断路器和输出断路器跳闸。

可以理解的是，在检测到变流器的输入变压器发生接地故障时，利用输入变压器保护件对输入变压器进行保护。对于输入变压器保护区，主保护是输入变压器差动保护，主要针对输入变压器的接地故障，监测量是变压器原边电流与副边电流，根据差动电流、制动电流和保护阈值的关系触发保护，使变流器闭锁，并使变流器输入断路器和变流器输出断路器跳闸将故障隔离。并对该变压器配备变压器原边低压过流保护、变压器原边电流速断保护、变压器过负荷保护等后备保护。

如图3所示，在变流器部分包括变流器阀组保护区和变流器接地保护区。保护区的不同对应的保护对象和保护措施不同。

可选地，在本申请的一个实施例中，变流器阀单元保护件200包括：第二检测单元，用于获取每个变流器阀单元的输入电流，当输入电流满足第二触发条件时，确定变流器阀单元发生阀单元过流故障。第三检测单元，用于获取每个变流器阀单元单体的直流电容电压，当直流电容电压满足第三触发条件时，确定变流器阀单元发生阀单元过压故障，当直流电容电压满足第四触发条件时，确定变流器阀单元发生阀单元欠压故障。第二执行单元，用于对故障阀单元进行闭锁，阀单元内部的隔离断路器跳闸，旁路断路器合闸，使故障阀单元退出运行。

由于这是一个多电平的变流器，应该具有阀单元冗余功能，如N个阀组中有一个阀单元因为阀单元内部故障退出运行时，剩余的N-1个阀单元仍可以正常输出电压。系统正常运行有最低阀单元数目要求，在该范围内无故障的阀单元可以维持正常输出电压，仅是故障阀单元退出运行，变流器仍能正常运行。阀单元内部故障主要包括阀单元过流故障、阀单元过压故障和阀单元欠压故障，监测量是阀单元的输入电流和直流电容电压，当其达到阈值时触发阀单元过流保护、阀单元过压保护或阀单元欠压保护，只闭锁故障阀组，阀单元内部的隔离断路器跳闸，旁路断路器合闸，使故障阀单元退出运行。

可选地，在本申请的一个实施例中，变流器阀组保护件300包括：第一统计单元，用于对故障阀单元数目进行统计，当故障阀单元数目超出运行允许范围时，确定发生变流器阀单元冗余超限故障。第四检测单元，用于获取变流器阀组的故障电流的瞬时值或上升率，并在瞬时值或上升率满足第五触发条件时，确定变流器阀组发生线间故障。第五检测单元，用于获取变流器阀组输出侧运行电压的有效值，并在电压有效值满足第六触发条件时，确定变流器阀组受到外部故障影响而发生过压故障。第三执行单元，用于在变流器阀组受内外部故障影响不满足安全的电压和电流运行范围时，控制变流器闭锁的同时，控制变流器的输入断路器和输出断路器跳闸。

对于变流器阀组保护区，主保护是变流器过流保护和变流器过压保护，变流器过流保护主要针对变流器阀组线间故障，当故障电流的瞬时值或上升率达到阈值时触发保护，使变流器闭锁，并使输入和输出的断路器跳闸将故障隔离。变流器过压保护主要针对牵引网电压异常，当变流器逆变侧端口电压达到阈值时触发保护，使变流器闭锁，并使输入和输出的断路器跳闸将故障隔离。

可选地，在本申请的一个实施例中，变流器接地保护件400包括：第六检测单元，用于采集级联阀组串的正负极端口电流和接地支路的电流，计算变流器阀组的第二差动电流和第二制动电流，在第二差动电流和第二制动电流满足第七触发条件时，判断接地故障对变流器阀组产生影响；第四执行单元，用于在接地故障对变流器产生影响时，使变流器闭锁，并使输入断路器和输出的断路器跳闸将故障隔离。

对于变流器接地保护区，由于变流器接地故障支路会与电网接地支路和牵引网接地支路构成新的故障回路，变流器阀组的电压电流和电网、牵引网的电压电流产生耦合，使故障能量从电网侧和牵引网侧同时注入变流器，单纯的闭锁无法阻断故障能量传播路径，所以需要特别针对变流器设计接地电路，限制因耦合产生的过压过流，并针对接地故障进行保护配置以及故障隔离设计。该区域主保护是变流器差动保护，针对N个阀单元模块的接地故障，监测量是级联阀组串的正负极端口电流和接地支路的电流，根据差动电流、制动电流和保护阈值的关系触发保护，使变流器闭锁，并使输入和输出的断路器跳闸将故障隔离。后备保护是变流器接地过流保护，当故障电阻较大时或发生接地故障的阀单元电位较低时，主保护可能无法触发，此时后备保护动作。

可选地，在本申请的一个实施例中，输出变压器保护件500包括：第七检测单元，用于采集输出变压器的原边电流与副边电流，并基于变压器的原边电流与副边电流计算第三差动电流和第三制动电流，并在第三差动电流和第三制动电流满足第八触发条件时，确定输出变压器发生接地故障。第八检测单元，用于采集输出变压器原边电流的直流分量，在直流分量满足第九触发条件时，确定输出变压器发生直流偏磁故障。第五执行单元，用于在输出变压器受到接地故障影响和直流偏磁影响时，控制变流器闭锁的同时，控制变流器的输入断路器和输出断路器跳闸。

输出变压器保护件保护输出变压器保护区，对于输出变压器保护区，主保护是输出变压器差动保护，主要针对输出变压器的接地故障，监测量是变压器原边电流与副边电流，根据差动电流、制动电流和保护阈值的关系触发保护，使变流器闭锁，并使变流器输入断路器和变流器输出断路器跳闸将故障隔离。后备保护是原边低压过流保护。另一个主保护是直流偏磁保护，主要针对暂态过程中电压波形畸变导致的直流偏磁，监测量是变压器原边电流的直流分量，达到阈值时触发保护。

可选地，在本申请的一个实施例中，输出滤波器保护件600包括：第九检测单元，用于采集输出滤波器的支路电流，并在支路电流满足第十触发条件时，确定输出滤波器发生过流故障。第十检测单元，用于采集输出滤波器的并网点电压，并在并网点电压满足第十一触发条件时，确定输出滤波器发生过压故障。第六执行单元，用于在输出滤波器受到接地故障等影响时，控制变流器闭锁的同时，控制变流器的输入断路器和输出断路器跳闸。

输出滤波器保护件保护输出滤波器保护区，对于输出滤波器保护区，主保护是滤波器过流保护和滤波器过压保护，滤波器过流保护主要针对滤波器接地故障，监测量是滤波支路电流，达到阈值时触发保护，使变流器闭锁，并使输入和输出的断路器跳闸将故障隔离。滤波器过压保护主要针对牵引网电压异常，监测量是滤波器端口电压，达到阈值时触发保护。

通过分区后，根据不同分区的故障分别确定需要保护的对象和对应的保护措施。在发生故障但主保护失效时，后备保护动作。

可选地，在本申请的一个实施例中，还包括：后备保护件；

后备保护件包括：第一后备保护组件，用于在输入变压器区电压或电流异常但未被第一检测单元检测到时，执行输入变压器原边低压过流保护、输入变压器原边电流速断保护和输入变压器过负荷保护动作；第二后备保护组件，用于在变流器接地区电流异常但未被第六检测单元检测到时，执行变流器接地过流保护动作；第三后备保护组件，用于在输出变压器区电压或电流异常但未被第七检测单元检测到时，执行输出变压器原边低压过流保护动作。

可选地，在本申请的一个实施例中，后备保护件包括：第十一检测单元，用于获取输入变压器原边电压与原边电流，当电压有效值和电流有效值满足第十二触发条件时，确定发生输入变压器原边低压过流故障；当电流瞬时值或上升率满足第十三触发条件时，确定发生输入变压器原边电流异常故障；当电压有效值和电流有效值满足第十四触发条件时，确定发生输入变压器过负荷故障。第十二检测单元，用于获取变流器接地支路电流，当变流器接地支路电流满足第十四触发条件时，确定发生变流器接地过流故障。第十三检测单元，用于获取输出变压器原边电压与原边电流，当电压有效值和电流有效值满足第十五触发条件时，确定发生输出变压器原边低压过流故障。第七执行单元，用于在系统未执行主保护但检测到系统内部电压或电流异常时，控制变流器闭锁的同时，控制变流器的输入断路器和输出断路器跳闸。

综上，本申请的实施例在输入变压器发生接地故障时执行输入变压器差动保护动作，并配备输入变压器原边低压过流保护，输入变压器原边电流速断保护，输入变压器过负荷保护等后备保护；在每个阀单元发生故障时执行阀单元过流保护、阀单元过压保护和阀单元欠压保护动作；在阀单元故障数目超过限制时执行阀单元冗余超限保护动作；在变流器的变流器阀组发生线间故障时执行变流器过流保护，在外部故障影响下变流器输出侧过压时执行变流器过压保护动作；在变流器的变流器阀组发生接地故障时执行变流器差动保护，并配备变流器接地过流保护作为后备保护；在输出变压器发生接地故障时执行输出变压器差动保护动作，并配备输出变压器原边低压过流保护作为后备保护，在输出变压器发生直流偏磁故障时执行输出变压器直流偏磁保护动作；在变流器的滤波器发生接地故障时执行滤波器过流和过压保护动作。由此，将变流器故障保护进行分区，根据各区域的故障与保护需求分别确定保护措施。

在上述实施例中，贯通同相牵引供电系统的变流器保护系统适用于所有贯通同相牵引供电系统的变流器保护，变流器拓扑类型包括但不限于模块化多电平变流器(MMC)、并联级联型变流器等。

在一些实施例的供电系统中，若没有输出变压器或没有输出滤波器的变流器系统的保护设计，则没有相应的保护区和保护设置，但对于剩余部分的保护分区以及具体的保护设置本申请的实施例仍然适用。

根据本申请实施例提出的贯通同相牵引供电系统的变流器保护系统，针对变流器中输入输出变压器具有的电气隔离特点，将变流器故障保护划分为五个区域，并根据各区域的故障与保护需求分别确定保护措施。由此，落实到贯通同相供电系统变流器的具体结构与故障电气特征，进行了分区考虑与设计，具有针对性，且给出保护设计方案详实有效，可推广应用于类似的场景或设备保护上。

其次参照附图描述根据本申请实施例提出的贯通同相牵引供电系统的变流器保护方法。

图4为根据本申请实施例提供的一种贯通同相牵引供电系统的变流器保护方法的流程图。

如图4所示，该贯通同相牵引供电系统的变流器保护方法包括以下步骤：

步骤S1，利用贯通同相牵引供电系统的变流器为牵引网供能中，对牵引网供能进行故障检测。

步骤S2，在为牵引网供能的输入环节中，检测到变流器的输入变压器发生接地故障时，执行输入变压器差动保护动作。

步骤S3，在为牵引网供能的整流逆变环节中，检测到变流器的各阀单元发生阀单元过流故障、阀单元过压故障、阀单元欠压故障时，执行阀单元过流保护动作、阀单元过压保护动作、阀单元欠压保护动作。

步骤S4，在为牵引网供能的整流逆变环节中，检测到变流器的变流器阀组发生线间故障时，执行变流器过流保护，在检测到变流器阀组受到外部故障影响而发生过压时，执行变流器过压保护变流器过压保护，在检测到故障阀单元数目超出运行允许范围时，执行变流器阀单元冗余超限保护动作。

步骤S5，在为牵引网供能的整流逆变环节中，检测到变流器的变流器阀组发生接地故障时，执行变流器差动保护动作。

步骤S6，在为牵引网供能的牵引网连接环节中，检测到变流器的输出变压器发生接地故障时，执行输出变压器差动保护动作，检测到变压器发生直流偏磁故障时，执行输出变压器直流偏磁保护动作。

步骤S7，在为牵引网供能的输出环节中，检测到变流器的滤波器发生接地故障时，执行滤波器过流保护和滤波器过压保护动作。

可选地，在本申请的一个实施例中，在为牵引网供能的输入环节中，检测到变流器的输入变压器发生接地故障时，执行输入变压器差动保护动作，包括：采集输入变压器的原边电流与副边电流，并基于输入变压器的原边电流与副边电流计算第一差动电流和第一制动电流，并在第一差动电流和第一制动电流满足第一触发条件时，确定输入变压器发生接地故障；在输入变压器发生接地故障时，控制变流器闭锁的同时，控制变流器的输入断路器和输出断路器跳闸。

可选地，在本申请的一个实施例中，在为牵引网供能的整流逆变环节中，检测到变流器阀组单元发生阀单元过流故障、阀单元过压故障或阀单元欠压故障时，执行阀单元过流保护动作、阀单元过压保护动作、阀单元欠压保护动作，包括：获取每个变流器阀单元的输入电流，当输入电流满足第二触发条件时，确定变流器阀单元发生阀单元过流故障，对故障阀组进行闭锁，阀组内部的隔离断路器跳闸，旁路断路器合闸，使故障阀组退出运行；获取每个变流器阀单元单体的直流电容电压，当直流电容电压满足第三触发条件时，确定变流器阀单元发生阀单元过压故障，对故障阀组进行闭锁，阀组内部的隔离断路器跳闸，旁路断路器合闸，使故障阀组退出运行；当直流电容电压满足第四触发条件时，确定变流器阀单元发生阀单元欠压故障，对故障阀组进行闭锁，阀组内部的隔离断路器跳闸，旁路断路器合闸，使故障阀组退出运行。

可选地，在本申请的一个实施例中，在为牵引网供能的整流逆变环节中，检测到变流器阀组发生线间故障时，执行变流器过流保护，检测到变流器阀组受到外部故障影响而发生过压时，执行变流器过压保护过压保护，检测到故障阀组数目超出运行允许范围时，执行阀单元冗余超限保护动作，包括：获取变流器阀组的故障电流的瞬时值或上升率，并在瞬时值或上升率满足第五触发条件时，确定变流器阀组发生线间故障，控制变流器闭锁的同时，控制变流器的输入断路器和输出断路器跳闸；获取变流器阀组输出侧运行电压的有效值，并在电压有效值满足第六触发条件时，确定变流器阀组受到外部故障影响而发生过压故障，控制变流器闭锁的同时，控制变流器的输入断路器和输出断路器跳闸；对故障阀组数目进行统计，当故障阀组数目超出运行允许范围时，确定变流器发生故障阀组数目超限，控制变流器闭锁的同时，控制变流器的输入断路器和输出断路器跳闸。

可选地，在本申请的一个实施例中，在为牵引网供能的牵引网连接环节中，检测到变流器的输出变压器发生接地故障时，执行输出变压器差动保护动作，检测到变压器发生直流偏磁故障时，执行变压器保护动作，包括：采集输出变压器的原边电流与副边电流，并基于变压器的原边电流与副边电流计算第三差动电流和第三制动电流，并在第三差动电流和第三制动电流满足第八触发条件时，确定输出变压器发生接地故障，控制变流器闭锁的同时，控制变流器的输入断路器和输出断路器跳闸；采集输出变压器原边电流的直流分量，在直流分量满足第九触发条件时，确定输出变压器发生直流偏磁故障，控制变流器闭锁的同时，控制变流器的输入断路器和输出断路器跳闸。

可选地，在本申请的一个实施例中，在为牵引网供能的输出环节中，检测到变流器的输出滤波器发生接地故障时，执行输出滤波器过流保护和输出滤波器过压保护动作，包括：采集输出滤波器的支路电流，并在支路电流满足第十触发条件时，确定输出滤波器发生接地故障，控制变流器闭锁的同时，控制变流器的输入断路器和输出断路器跳闸；采集输出滤波器的并网点电压，并在并网点电压满足第十一触发条件时，确定输出滤波器发生接地故障，控制变流器闭锁的同时，控制变流器的输入断路器和输出断路器跳闸。

可选地，在本申请的一个实施例中，还包括：在输入变压器区电压或电流异常但未被第一检测单元检测到时，执行输入变压器原边低压过流保护、输入变压器原边电流速断保护、输入变压器过负荷保护动作；在变流器接地区电流异常但未被第六检测单元检测到时，执行变流器接地过流保护动作；在输出变压器区电压或电流异常但未被第七检测单元检测到时，执行原边低压过流保护动作。

本申请的系统具有快速保护动作、快速且小范围隔离故障的特征，变流器阀组保护区与变流器接地保护区，故障判断快速性要求高于其他三个分区，对应的第二检测单元、第三检测单元、第四检测单元、第六检测单元采集瞬时信号；在检测单元确定故障时，各执行单元迅速控制变流器闭锁，同时控制变流器的输入断路器和输出断路器跳闸，将变流器内部故障快速隔离，避免对贯通同相牵引供电系统的牵引母线供电以及其他变流器造成影响。

需要说明的是，前述对贯通同相牵引供电系统的变流器保护系统实施例的解释说明也适用于该实施例的贯通同相牵引供电系统的变流器保护方法，此处不再赘述。

根据本申请实施例提出的贯通同相牵引供电系统的变流器保护方法，针对变流器中输入输出变压器具有的电气隔离特点，将变流器故障保护划分为五个区域，并根据各区域的故障与保护需求分别确定保护措施。由此，落实到贯通同相供电系统变流器的具体结构与故障电气特征，进行了分区考虑与设计，具有针对性，且给出保护设计方案详实有效，可推广应用于类似的场景或设备保护上。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“N个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

Claims (10)

1.一种贯通同相牵引供电系统的变流器保护系统，其特征在于，包括：

输入变压器保护件，用于在利用贯通同相牵引供电系统的变流器为牵引网供能的输入环节中，检测到所述变流器的输入变压器发生接地故障时，执行输入变压器差动保护动作；

变流器阀单元保护件，用于在为牵引网供能的整流逆变环节中，检测到所述变流器的各阀单元发生阀单元过流故障、阀单元过压故障、阀单元欠压故障时，执行阀单元过流保护动作、阀单元过压保护动作、阀单元欠压保护动作；

变流器阀组保护件，用于在为所述牵引网供能的整流逆变环节中，检测到所述变流器的变流器阀组发生线间故障时，执行变流器过流保护动作，检测到外部故障影响下变流器输出侧过压时执行变流器过压保护动作，检测到故障阀组数目超出运行允许范围时，执行阀单元冗余超限保护动作；

变流器接地保护件，用于在为所述牵引网供能的整流逆变环节中，检测到所述变流器的变流器阀组发生接地故障时，执行变流器差动保护动作；

输出变压器保护件，用于在为所述牵引网供能的牵引网连接环节中，检测到所述变流器的输出变压器发生接地故障时，执行输出变压器差动保护动作，检测到所述变压器发生直流偏磁故障时，执行变压器直流偏磁保护动作；以及

输出滤波器保护件，用于在为所述牵引网供能的输出环节中，检测到所述变流器的滤波器发生接地故障时，执行滤波器过流保护和滤波器过压保护动作。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述输入变压器保护件包括：

第一检测单元，用于采集所述输入变压器的原边电流与副边电流，并基于所述输入变压器的原边电流与副边电流计算第一差动电流和第一制动电流，并在所述第一差动电流和所述第一制动电流满足第一触发条件时，确定所述输入变压器发生接地故障；

第一执行单元，用于在所述输入变压器发生接地故障时，控制所述变流器闭锁的同时，控制所述变流器的输入断路器和输出断路器跳闸。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述变流器阀单元保护件包括：

第二检测单元，用于获取每个变流器阀单元的输入电流，当所述输入电流满足第二触发条件时，确定所述变流器阀单元发生所述阀单元过流故障；

第三检测单元，用于获取每个变流器阀单元单体的直流电容电压，当所述直流电容电压满足第三触发条件时，确定所述变流器阀单元发生所述阀单元过压故障，当所述直流电容电压满足第四触发条件时，确定所述变流器阀单元发生所述阀单元欠压故障；

第二执行单元，用于对所述故障阀单元进行闭锁，阀单元内部的隔离断路器跳闸，旁路断路器合闸，使故障阀单元退出运行。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述变流器阀组保护件包括：

第一统计单元，用于对所述故障阀单元数目进行统计，当所述故障阀单元数目超出运行允许范围时，确定发生变流器阀单元冗余超限故障；

第四检测单元，用于获取所述变流器阀组的故障电流的瞬时值或上升率，并在所述瞬时值或上升率满足第五触发条件时，确定所述变流器阀组发生线间故障；

第五检测单元，用于获取所述变流器阀组输出侧运行电压的有效值，并在所述电压有效值满足第六触发条件时，确定所述变流器阀组受到外部故障影响而发生过压故障；

第三执行单元，用于在变流器阀组受内外部故障影响不满足安全的电压和电流运行范围时，控制所述变流器闭锁的同时，控制所述变流器的输入断路器和输出断路器跳闸。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述变流器接地保护件包括：

第六检测单元，用于采集级联阀组串的正负极端口电流和接地支路的电流，计算变流器阀组的第二差动电流和第二制动电流，在所述第二差动电流和第二制动电流满足第七触发条件时，判断接地故障对变流器阀组产生影响；

第四执行单元，用于在所述接地故障对变流器产生影响时，使变流器闭锁，并使输入断路器和输出的断路器跳闸将故障隔离。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述输出变压器保护件包括：

第七检测单元，用于采集所述输出变压器的原边电流与副边电流，并基于所述变压器的原边电流与副边电流计算第三差动电流和第三制动电流，并在所述第三差动电流和所述第三制动电流满足第八触发条件时，确定所述输出变压器发生接地故障；

第八检测单元，用于采集输出变压器原边电流的直流分量，在所述直流分量满足第九触发条件时，确定所述输出变压器发生直流偏磁故障；

第五执行单元，用于在所述输出变压器受到接地故障影响和直流偏磁影响时，控制所述变流器闭锁的同时，控制所述变流器的输入断路器和输出断路器跳闸。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述输出滤波器保护件包括：

第九检测单元，用于采集所述输出滤波器的支路电流，并在所述支路电流满足第十触发条件时，确定所述输出滤波器发生过流故障；

第十检测单元，用于采集所述输出滤波器的并网点电压，并在所述并网点电压满足第十一触发条件时，确定所述输出滤波器发生过压故障；

第六执行单元，用于在所述输出滤波器受到接地故障等影响时，控制所述变流器闭锁的同时，控制所述变流器的输入断路器和输出断路器跳闸。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：后备保护件；

所述后备保护件包括：

第一后备保护组件，用于在输入变压器区电压或电流异常但未被所述第一检测单元检测到时，执行输入变压器原边低压过流保护、输入变压器原边电流速断保护和输入变压器过负荷保护动作；

第二后备保护组件，用于在变流器接地区电流异常但未被所述第六检测单元检测到时，执行变流器接地过流保护动作；

第三后备保护组件，用于在输出变压器区电压或电流异常但未被所述第七检测单元检测到时，执行输出变压器原边低压过流保护动作。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述后备保护件包括：

第十一检测单元，用于获取输入变压器原边电压与原边电流，当所述电压有效值和电流有效值满足第十二触发条件时，确定发生输入变压器原边低压过流故障；当所述电流瞬时值或上升率满足第十三触发条件时，确定发生输入变压器原边电流异常故障；当所述电压有效值和电流有效值满足第十四触发条件时，确定发生输入变压器过负荷故障；

第十二检测单元，用于获取变流器接地支路电流，当所述变流器接地支路电流满足第十四触发条件时，确定发生变流器接地过流故障；

第十三检测单元，用于获取输出变压器原边电压与原边电流，当所述电压有效值和电流有效值满足第十五触发条件时，确定发生输出变压器原边低压过流故障；

第七执行单元，用于在所述系统未执行主保护但检测到系统内部电压或电流异常时，控制所述变流器闭锁的同时，控制所述变流器的输入断路器和输出断路器跳闸。

10.一种权利要求1-9所述的贯通同相牵引供电系统的变流器保护系统的保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

利用贯通同相牵引供电系统的变流器为牵引网供能中，对所述牵引网供能进行故障检测；

在为所述牵引网供能的输入环节中，检测到所述变流器的输入变压器发生接地故障时，执行输入变压器差动保护动作；

在为所述牵引网供能的整流逆变环节中，检测到所述变流器的各阀单元发生阀单元过流故障、阀单元过压故障、阀单元欠压故障时，执行阀单元过流保护动作、阀单元过压保护动作、阀单元欠压保护动作；

在为所述牵引网供能的整流逆变环节中，检测到所述变流器的变流器阀组发生线间故障时，执行变流器过流保护，在检测到变流器阀组受到外部故障影响而发生过压时，执行变流器过压保护变流器过压保护，在检测到故障阀单元数目超出运行允许范围时，执行变流器阀单元冗余超限保护动作；

在为所述牵引网供能的整流逆变环节中，在检测到所述变流器的变流器阀组发生接地故障时，执行变流器差动保护动作；

在为所述牵引网供能的牵引网连接环节中，检测到所述变流器的输出变压器发生接地故障时，执行输出变压器差动保护动作，检测到变压器发生直流偏磁故障时，执行输出变压器直流偏磁保护动作；

在为所述牵引网供能的输出环节中，检测到所述变流器的滤波器发生接地故障时，执行滤波器过流保护和滤波器过压保护动作。

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