CN115051332B - 一种牵引变电所距离保护电压互感器断线判别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种牵引变电所距离保护电压互感器断线判别方法，包括步骤，设定电压互感器断线判别电压整定值、电流整定值；实时采集牵引变电所母线电压、馈线电流，得到时间、电压、电流；电压互感器断线电压判定：ΔU=U‑U _Zd <0时，电压互感器可能断线，记录这一时刻t、I；ΔU≥0时，电压互感器无断线；ΔU<0时，对电压互感器断线电流判定：ΔI=I‑I _Zd ，ΔI<0时，电压互感器可能断线；ΔI≥0时，为短路故障，电压互感器无断线；ΔI<0时，电压互感器断线前Δt时刻电流判定：

时，电压互感器断线，闭锁距离保护；

时，为短路故障，电压互感器无断线。该方法成本较低且易实现，能准确区分短路故障和电压互感器断线。

Description

一种牵引变电所距离保护电压互感器断线判别方法

技术领域

本发明属于铁道电气化工程的继电保护领域；特别是涉及一种电气化铁路牵引变电所距离保护的电压互感器断线判别方法。

背景技术

电气化铁路牵引变电所设置馈线连接至接触网，为电力机车或动车组供应电能。牵引变电所馈线通常设置距离保护，实现对接触网故障的迅速切除。

距离保护的原理是通过采集馈线的电流和电压，通过电流和电压的比值计算测量阻抗，小于阻抗整定值时保护动作。由于正常时接触网测量阻抗很大，短路时测量阻抗为接触网回路阻抗，其值不大且不受外部电源系统运行方式影响，正常运行和短路时测量阻抗区别显著，因此保护性能优越，应用广泛。

但是当电压互感器回路断线时，测量电压很小，此时即使接触网没有发生短路故障，测量阻抗也会变小，距离保护可能会判断为短路故障导致误动作。为此，需要判断电压互感器回路状态，一旦判断为电压互感器回路断线，则立即闭锁距离保护，防止误动作。现有技术中，距离保护中电压互感器断线的判据主要是测量电压低，并且测量电流不大。但是，在实际应用中，由于接触网供电回路为复杂供电网络，在某些情况下发生短路故障时，误判断为电压互感器断线，则会闭锁距离保护，导致误闭锁，引起故障切除不及时，导致故障范围扩大。

对电压互感器断线判别基于以下条件考虑，当电压互感器二次回路出现断线时，断线判别方法能可靠检测出来，并将距离保护闭锁。当一次系统发生短路时断线判别方法不能误判，以免将距离保护误闭锁。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服已有技术缺陷，提出一种能够准确判断电压互感器断线故障的方法。

本发明所采用的技术方案是，一种牵引变电所距离保护电压互感器断线判别方法，其特征在于，包括以下步骤：

A.设定电压互感器断线判别电压整定值 U _Zd ，电流整定值I _Zd ；

B.实时采集牵引变电所母线电压、馈线电流，进行采样、滤波和数值计算，得到采样时间t、电压测量值U、电流测量值I；

C.电压互感器断线电压判定：ΔU=U-U _Zd 。

当ΔU<0时，判断电压互感器可能断线，记录电压测量值U的时刻t、电流测量值I，

ΔU≥0时，则判断电压互感器没有断线，结束本次判断；

D．ΔU<0时，对电压互感器断线电流判定：ΔI=I-I _Zd

ΔI<0，则判断电压互感器可能断线；

ΔI≥0时，则电流超过最大负荷电流，判断为短路故障，电压互感器没有断线，结束本次判断；

E．若ΔI<0，电压互感器断线前Δt时刻电流判定：

σ为判断整定值

若

，判断为电压互感器断线，闭锁距离保护，判别结束；

若

，判断为短路故障，电压互感器没有断线，结束本次判断。

所述电压整定值

其中：U _min为牵引网最低运行电压，K _k 为可靠系数取值为1.2，K _m 为灵敏系数取值为1.5；

所述电流整定值

按躲过流过馈线的最大负荷电流设定。

本发明的有益效果是，通过在牵引变电所馈线保护装置中增加电压互感器断线判别即可实现，无需进行硬件升级改造，无需单独设置判别装置，成本较低且易于实现。对于牵引变电所为接触网供电并且在分区所并联的复杂供电网络，能准确区分短路故障和电压互感器断线。

附图说明

图1为本发明的牵引变电所距离保护电压互感器断线判别方法的流程图；

图2为本发明的牵引变电所馈线接线示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

如图1所示，本发明一种牵引变电所距离保护电压互感器断线判别方法，包括以下步骤：

A.设定电压互感器断线判别电压整定值U _Zd ，电流整定值I _Zd ；

电压互感器断线时，由于存在残压，电压互感器测得的电压并不为0V；同时为了躲过牵引网最低运行电压，考虑灵敏系数和可靠系数，电压互感器断线判别电压整定值为

（1）

其中U _min为牵引网最低运行电压，K _k 为可靠系数取值为1.2，K _m 为灵敏系数取值为1.5。通过计算，U _Zd 取13.3kV；

电压互感器断线判别电流整定值I _Zd 按躲过流过馈线的最大负荷电流设定，保证了在负荷电流情况下，电压互感器断线时，能够可靠判别。

B. 保护装置实时采集牵引变电所母线电压、馈线电流，进行采样、滤波和数值计算，得到采样时间t、电压测量值U、电流测量值I。

C.电压互感器断线电压判定：

将电压测量值与设定的电压整定值进行比较，由于电压互感器断线时电压测量值U会降低，则电压互感器断线电压判据为

ΔU=U-U _Zd （2）

当ΔU<0时，判断电压互感器可能断线，记录电压测量值U的时刻t、电流测量值I，

ΔU≥0时，则判断电压互感器没有断线，结束本次判断。

D．ΔU<0时，对电压互感器断线电流判定：

由于发生短路故障时电压测量值U也会降低，则需要增加电流判据进一步判断电压互感器是否断线，电压互感器断线电流判据为

ΔI=I-I _Zd （3）

若ΔI<0，则判断电压互感器可能断线；

若ΔI≥0时，则电流超过最大负荷电流，判断为短路故障，电压互感器没有断线，结束本次判断。

E．若ΔI<0，电压互感器断线前Δt时刻电流判定：

由于电压互感器断线故障时电流不会发生显著变化，增加电压互感器断线前Δt时刻电流判据确定电压互感器是否断线，Δt可取1到2个周波，对工频电流为20~40ms，计算t前Δt时刻的电流测量值I _t-Δt 。电压互感器断线前Δt时刻电流判据为

（4）

σ为判断整定值，线路在实际运行时牵引变电所一个供电臂供电范围内一行线路最多开行两辆动车组，σ按躲过两辆动车组在工频1到2个周波电流的变化量设定,σ为40A；

若

，判断为电压互感器断线，闭锁距离保护，判别结束；

若

，判断为短路故障，电压互感器没有断线，结束本次判断。

本发明的工作原理是，短路故障引起的电压互感器测量电压降低，同时伴随着电流互感器测量电流的变化，即二者是同步的。而在空载或者带负荷运行情况下，电压互感器断线引起的测量电压的降低和测量电流的变化二者是不相关的。因此，利用电流、电压的时差特性，即在短路故障时，电流幅值变化和电压降低同时发生，而在正常供电无电流或仅有负荷电流时发生电压互感器断线，电流幅值变化和电压降低不会同时发生，进而判断是否为电压互感器断线故障。

实施例：下面以某电气化铁路举例说明。

供电方式为牵引变电所通过断路器为双线电气化铁路接触网供电，供电末端设置分区所实现两线并联供电，牵引变电所为供电电源。第一距离保护、第二距离保护、第三距离保护分别设置在第一断路器、第二断路器、第三断路器处。牵引变电所馈线接线示意图如图2所示。牵引变电所的基础数据为：母线额定电压为27.5kV，供电系统阻抗为3.78Ω，接触网长度20km，单位电抗为0.36Ω/km。在供电臂2km处发生短路故障时，短路电流分别通过2个供电回路至短路点。下面分别说明第一距离保护、第二距离保护、第三距离保护利用上述判别方法进行判别的过程。

1. U _Zd 设定为13.3kV，I _Zd 设定为最大负荷电流800A。

2.根据供电回路的等效阻抗网络可知，第一电流互感器测量电流为I₁=5850A，第二电流互感器测量电流为I₂=310A，第三电流互感器测量电流I₃=310A，牵引变电所第一电压互感器测量电压U₁=4.21kV，分区所第三电压互感器测量电压U₃=2.01kV。

3.对于第一距离保护，

电压互感器断线电压判定：ΔU=U ₁ -U _Zd =-9.09<0，

电压互感器断线电流判定：ΔI=I ₁ -I _Zd =5050>0，

判断为短路故障，电压互感器没有断线，不闭锁距离保护。

对于第二距离保护，

电压互感器断线电压判定：ΔU=U ₁ -U _Zd = -9.09<0，

电压互感器断线电流判定：ΔI=I ₂ -I _Zd = -490<0，

电压互感器断线前Δt时刻电流判定：

判断为短路故障，电压互感器没有断线，不闭锁距离保护。

对于第三距离保护，

电压互感器断线电压判定：ΔU=U ₃ -U _Zd =-11.29<0，

电压互感器断线电流判定：ΔI=I ₃ -I _Zd =-490<0，

电压互感器断线前Δt时刻电流判定：

判断为短路故障，电压互感器没有断线，不闭锁距离保护。

本实例可见，牵引变电所、分区所距离保护的电压互感器断线判断情况，均为有效，而当采用传统距离保护中电压互感器断线的判据，仅采用电压、或者电压和电流大小时，则第一距离保护能够正确判断，第二距离保护和第三距离保护会判断错误导致误闭锁。

值得指出的是，本发明的保护范围并不局限于上述具体实例方式，根据本发明的基本技术构思，也可用基本相同的结构，可以实现本发明的目的，只要本领域普通技术人员无需经过创造性劳动，即可联想到的实施方式，均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种牵引变电所距离保护电压互感器断线判别方法，其特征在于，包括以下步骤：

A.设定电压互感器断线判别电压整定值U _Zd ，电流整定值I _Zd ；

B.实时采集牵引变电所母线电压、馈线电流，进行采样、滤波和数值计算，得到采样时间t、电压测量值U、电流测量值I；

C.电压互感器断线电压判定：ΔU=U-U _Zd ；

当ΔU<0时，判断电压互感器可能断线，记录电压测量值U的时刻t、电流测量值I，

ΔU≥0时，则判断电压互感器没有断线，结束本次判断；

D．ΔU<0时，对电压互感器断线电流判定：ΔI=I-I _Zd

ΔI<0，则判断电压互感器可能断线；

ΔI≥0时，则电流超过最大负荷电流，判断为短路故障，电压互感器没有断线，结束本次判断；

E．若ΔI<0，电压互感器断线前Δt时刻电流判定：

σ为判断整定值，线路在实际运行时牵引变电所一个供电臂供电范围内一行线路最多开行两辆动车组，σ按躲过两辆动车组在工频1到2个周波电流的变化量设定σ为40A；

若

，判断为电压互感器断线，闭锁距离保护，判别结束；

若

，判断为短路故障，电压互感器没有断线，结束本次判断。

2.根据权利要求1所述的牵引变电所距离保护电压互感器断线判别方法，其特征在于，所述电压整定值

其中：U _min为牵引网最低运行电压，K _k 为可靠系数取值为1.2，K _m 为灵敏系数取值为1.5；

所述电流整定值I _Zd 按躲过流过馈线的最大负荷电流设定。

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