CN115800190A - 中低速磁浮交通接地保护系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种中低速磁浮交通接地保护系统及其方法，该系统包括牵引供电站接地漏电保护系统、列车框架接地保护系统、接地保护控制系统。其中列车框架接地保护系统在逆流二极管与列车框架间接入电流传感器，并将电流信号传递至控制系统，通过传感器电流的变化识别故障位置，并通过继电保护和手动跳闸相结合的方式有效切除故障点；牵引供电站接地漏电保护系统将原有的过电压继电器改为过电流继电器，当故障电流达到整定值时发出报警信号，并在正负极线路分别接入电流传感器，电信号传递至接地保护控制系统，控制系统通过比较差流值确定故障区间，控制断路器跳闸。本发明可实现列车发生正极接地故障时快速准确识别故障点，并启动相应的断路器跳闸切断故障。

Description

中低速磁浮交通接地保护系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种保护系统，具体而言，涉及一种中低速磁浮交通接地保护系统及其方法。

背景技术

中低速磁浮列车采用直流供电模式，通过正极接触轨向车辆供电，负极接触轨回流，列车运行过程中由于绝缘子的质量和老化等原因极易发生正极对地接地故障。正极接地故障主要包括列车内部正极回路对列车框架短路、正极接触轨对地短路。目前针对正极接地故障的保护接地系统主要包括两种：牵引变电所接地漏电保护装置、列车框架接地保护装置。

中低速磁浮列车在每座牵引变电所设置接地漏电保护系统，牵引变电所接地漏电保护系统动作，其过电压接地保护装置(64D)设置于牵引变电所直流负极母线与地之间，负极对地电压达到整定值时跳闸，现有保护系统整定值设置为200V。由于各牵引变电所并联运行，某区间发生正极接地故障后，各牵引变电所地对负极电压均同时升高，电压值均超过200V，导致全线64D动作，接触网全线失电，影响正常的行车，如2015长沙磁浮交通发生的5.12大范围停电事故就是因为此原因。

列车运行过程中发生机车内部对框架短路，列车框架接地保护系统动作，故障点在线路断路器下侧时，断路器断开可以切断短路故障，但当故障发生在线路断路器上侧时，断路器断开但不能及时切除短路故障，等到列车到站后才引起牵引变电所故障跳闸，故障电流长时间存在会对行车安全和列车设备造成危害。

因此，亟需研究中低速磁浮列车接地保护系统，对牵引供电站接地漏电保护装置、列车框架接地保护装置进行改进，同时设计接地保护控制装置，对两种接地保护系统进行总体调控，从而可以使接地保护装置快速准确识别故障点，并启动相应的断路器跳闸切断故障。

发明内容

本发明提供了一种中低速磁浮交通接地保护系统，其目的在于解决背景技术中所述的中低速磁浮列车运行及停靠过程中发生正极接地故障时，出现的无法及时切除故障造成故障长期存在、无法准确识别故障点导致大范围停电等问题。该系统由接地保护控制装置总体调控，通过两种保护接地装置和人工操作相互配合，及时切断故障。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种中低速磁浮交通接地保护系统，包括牵引供电站接地漏电保护装置、列车框架接地保护装置、接地保护控制装置；其特征为：所述牵引供电站接地漏电保护装置和列车框架接地保护装置将传感器测得的电信号传递至接地保护控制装置中的信号接收器，所述接地保护控制装置对电信号进行处理后做出动作选择，发出报警信号，并通过人工操作或者远程控制的方式实现断路器跳闸切除故障。

优选为：所述牵引供电站接地漏电保护装置包括馈线断路器、过电流继电器、接地电阻、第一逆流二极管、第一电流传感器；其中馈线断路器、过电流继电器、接地电阻、第一电流传感器组成过电流保护装置；所述第一电流传感器接入接地电网与负极轨之间，测量流入负极轨的故障电流，过电流继电器与第一电流传感器的二次侧连接，并将第一电流传感器所测流入负极轨的故障电流与过电流继电器电流整定值比较，一旦故障电流超过整定值，过电流继电器的电磁铁吸合，触点相应动作，故障电流经闭合的常开主触点，加到馈线断路器的跳闸线圈中，控制馈线断路器跳闸切断供电线路。

优选为：所述第一逆流二极管阴极端与接地电阻相连，阳极端与第一电流传感器相连；

优选为：所述第一电压传感器一端与负极轨相连，另一端接入接地网，并将测量的电压信号传递至接地保护控制装置的信号接收器。

优选为：所述列车框架保护接地装置包括第二电压传感器、过电压继电器、线路断路器、第二电流传感器、第二逆流二极管、保护电阻；其中第二电压传感器、过电压继电器、线路断路器、保护电阻组成过电压保护装置；所述第二电压传感器与保护电阻并联，测量保护电阻电压，过电压继电器与第二电压传感器的二次侧连接，并将所测保护电阻电压与电压整定值比较，一旦所测电压超过整定值，过电压继电器的电磁铁吸合，触点相应动作，故障电流经闭合的常开主触点，加到线路断路器的跳闸线圈中，控制断路器跳闸切断供电线路。

优选为：所述第二逆流二极管阴极端与保护电阻相连，阳极端与电流传感器相连。

优选为：所述第二电流传感器一端与第二逆流二极管相连，另一端与列车框架相连，并将第二电流传感器所测列车框架短路电流信号传递至接地保护控制系统的信号接收器。

优选为：所述接地保护控制装置对信号接收器接受的以上各种电流、电压信号进行处理，并通过处理后的数据控制报警装置报警，并将故障数据显示在显示器上，提醒工作人员检查排除故障。

本发明还公开一种中低速磁浮交通接地保护方法，其特征为：包括如下步骤：

步骤1：所述接地保护控制装置的信号接收器接收第一电流传感器采集的流入负极轨故障电流、第三电流传感器采集的正极线路流出电流、第四电流传感器采集的负极线路流入电流与第一电压传感器采集的负极轨对地故障电压，并将以上电流信号与电压信号传递至数据处理器，数据处理器对以上电信号波形进行分析；

进一步的，当第一电压传感器所测负极轨对地故障电压值达到200V时，数据处理器控制报警装置发出报警信号，提醒工作人员发生正极接地故障；

进一步的，数据处理器计算第三电流传感器所测正极线路流出电流与第四电流传感器所测负极线路流入电流差值，并进行比较找出最大差流值，差流值最大的牵引所供电区间判断为故障所在区间，立刻启动馈线断路器跳闸切断故障；

进一步的，利用延时装置，采用故障电流越大，跳闸时间越短，故障电流越小，跳闸时间越长的方式，实现保护的分级控制，控制其余牵引变电所馈线断路器跳闸。

步骤2：所述接地保护控制装置的信号接收器接收第二电流传感器采集的列车框架短路电流、第二电压传感器采集的保护电阻电压，并将以上电流信号与电压信号传递至数据处理器，数据处理器对以上电信号波形进行分析，当第二电流传感器采集的列车框架短路电流信号、第二电压传感器采集的保护电阻电压信号一直为0时，数据处理器识别列车正常运行没有故障出现；

进一步的，当第二电压传感器采集的保护电阻电压信号由0突变且超过整定值200V时，数据处理器识别发生正极对框架短路故障，此时，若第二电流传感器采集的列车框架短路电流信号出现波动，但随即衰减为0时，数据处理器进一步识别断路器下侧列车正极与框架发生短路故障，且线路断路器断开，故障被有效切除；

进一步的，当第二电流传感器采集的列车框架短路电流信号在某一时刻由0突变不为零，且保持一定值不变时，数据处理器识别断路器上侧机车正极与框架发生短路故障，且线路断路器无法切断故障，这时数据处理器控制报警装置发出报警，综合显示器显示报警信息，提示列车工作人员立即手动跳闸，切断故障。

有益效果

当中低速磁浮列车运行过程中发生正极对地短路故障时，可以准确识别故障点，定位故障发生范围，并及时切断故障。

附图说明

图1为中低速磁浮交通接地保护系统结构示意图；

图2为中低速磁浮交通接地保护系统控制系统示意图。

图标：1-牵引供电站接地漏电保护装置，11-馈线断路器，12-过电流继电器，13-接地电阻，14-第一电压传感器，15-第一逆流二极管，16-第一电流传感器；2-列车框架保护接地装置，21-第三电流传感器、22-线路断路器，23-第二电压传感器，24-保护电阻，25-第二电流传感器，26-第二逆流二极管，27-过电压继电器，28-第四电流传感器；3-接地保护控制装置，31-报警装置，32-信号接收器，33-数据处理器，34-延时装置，35-综合处理器；4-牵引变电所正极线路；5-牵引变电所负极线路；6-接地网；7-站内接地轨；8-供电轨；9-回流轨；10-接地电刷。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

一种中低速磁浮交通接地保护系统，包括牵引供电站接地漏电保护装置1、列车框架接地保护装置2、接地保护控制装置3；其特征为：所述牵引供电站接地漏电保护装置1包括馈线断路器11、过电流继电器12、接地电阻13、第一电压传感器14、第一逆流二极管15、第一电流传感器16；其中馈线断路器11、过电流继电器12、接地电阻13(接地电阻值设置为5Ω)、第二电流传感器组成过电流保护装置；所述第一电流传感器16接入接地网6与负极轨5之间，测量流入负极轨的故障电流，过电流继电器12与第二电流传感器16的二次侧连接，并将故障电流与过电压继电器电流整定值(整定值设置为40A)比较，一旦故障电流超过整定值，过电流继电器12的电磁铁吸合，触点相应动作，故障电流经过过电流继电器12闭合的常开主触点，加到馈线断路器11的跳闸线圈中，控制馈线断路器跳闸切断供电线路；所述第一逆流二极管15阴极端与接地电阻13相连，阳极端与第一电流传感器16相连；所述第一电压传感器14一端与负极轨5相连，另一端接入接地网6，测量负极轨对地故障电压，并将第一电流传感器16所测负极轨对地故障电压信号传递至接地保护控制装置3的信号接收器32；

所述列车框架保护接地装置2包括第二电压传感器23、过电压继电器27、线路断路器22、第二电流传感器25、第二逆流二极管26、保护电阻24；其中第二电压传感器23、过电压继电器27、线路断路器22、保护电阻24(保护电阻值设置为5Ω)组成过电压保护装置；所述第二电压传感器23与保护电阻24并联，测量保护电阻电压，过电压继电器27与第二电压传感器23的二次侧连接，并将测量保护电阻电压与过电压继电器27电压整定值(整定值设置为200V)比较，一旦电压超过整定值，过电压继电器27的电磁铁吸合，触点相应动作，故障电流流经过电压继电器27闭合的常开主触点，加到线路断路器22的跳闸线圈中，控制线路断路器23跳闸切断供电线路；所述第二逆流二极管26阴极端与保护电阻24相连，阳极端与第二电流传感器25相连；第二电流传感器25一端与逆流二极管相连，另一端与列车框架相连，测量列车框架短路电流，并将列车框架短路电流信号传递至接地保护控制系统的信号接收器32；所述第三电流传感器21第四电流传感器28分别接入列车正负极回路，分别测量正极线路流出电流和测量负极线路流入电流，并将测量的电流信号传递至接地保护控制装置3的信号接收器32；

所述接地保护控制装置通过信号接收器32接收以上电流、电压信号，并通过数据处理器33控制报警装置31报警，并通过综合显示器35显示故障数据，提醒工作人员检查排除故障。

本发明还公开一种中低速磁浮交通接地保护方法，包括上述的中低速磁浮交通接地保护系统，其特征为：包括对牵引供电站接地漏电保护方法以及列车框架接地保护方法，其中

所述对牵引供电站接地漏电保护方法包括如下步骤：

步骤1：所述接地保护控制装置3的信号接收器32接收第一电流传感器16采集的负极轨对地故障电流、第三电流传感器21采集的正极线路流出电流、第四电流传感器28采集的负极线路流入电流与第一电压传感器14采集的负极轨对地故障电压，并将以上电流信号与电压信号传递至数据处理器33，数据处理器33对电信号波形进行分析。

进一步的，当第一电流传感器16所测流入负极轨故障电流达到数据处理器33设定的预警动作值(整定为36A)时，报警装置31发出信号，提醒工作人员有正极接地故障；当漏电电流达到数据处理器33设定的报警动作值(整定为40A)，且此时第一电压传感器14所测负极轨对地故障电压达到200V时，接地保护控制系统启动数据处理器33的逻辑判断功能，进行故障定位。

其中过电流继电器电流整定值I_act的确定公式如下:

式中：K_rel为可靠系数，考虑到电流继电器的动作电流的误差、负荷电流和自启动电流取值的近似性等，一般为1.1～1.2；K_ss为自启动系数，其数值由电网具体接线与负荷性质确定，一般取1.5～3，但在无高电压大功率电动机时可取为1；K_r为过电流保护装置的返回系数，应为0.85～0.9；I_L.max被保护设备最大负荷电流，中低速磁浮交通取20A。

电流速断保护在系统最大运行方式下发生三相短路时,其保护范围α_max(百分数)按下式计算:

其中Z_s.min为最小运行方式下三相短路时短路点的阻抗；Z_L为被保护线路全长的阻抗；K_rel为可靠系数，考虑到电流继电器的动作电流的误差、负荷电流和自启动电流取值的近似性等，一般为1.1～1.2。

电流速断保护在系统最小运行方式下发生三相短路时,其保护范围α_min(百分数)按下式计算:

其中Z_s.max为最大运行方式下两相短路时短路点的阻抗；Z_s.min为最小运行方式下三相短路时短路点的阻抗；Z_L为被保护线路全长的阻抗；K_K为故障类型系数；K_rel为可靠系数，考虑到电流继电器的动作电流的误差、负荷电流和自启动电流取值的近似性等，一般为1.1～1.2。

进一步的，数据处理器33计算第三电流传感器21所测正极线路流出电流和第四电流传感28所测负极线路流入电流的电流差值，并比较找出各牵引所的最大差流值，差流值最大的牵引所供电区间判断为故障所在区间，立刻启动馈线断路器11跳闸切断故障。

进一步的，利用延时装置34(150ms～1s)，采用故障电流越大，跳闸时间越短，故障电流越小，跳闸时间越长的方式，实现保护的分级控制，控制其余牵引变电所馈线断路器11跳闸。

本发明接地保护控制系统通过延时装置34来实现反时限特性，其动作方程为：

其中T_P为时间倍率；I_act为设定的起动电流；I为电流差值。

该步骤3进一步包括如下内容，越靠近正极接地故障点的直流馈线，其提供的故障电流越大，第三、第四电流传感器所测正负极线路流入、流出的电流差值越大，差流值最大的馈线断路器11最先动作；离故障点越远的直流馈线其提供的故障电流越小，正负极线路之间电流差值也越小，相应的保护装置跳闸时间也更长。通过这种时间级差的配合来实现保护功能的选择性。

所述对列车框架接地保护方法包括如下步骤：

步骤2：所述接地保护控制装置1的信号接收器接收第二电流传感器25采集的列车框架短路电流信号与第二电压传感器23采集的保护电阻电压信号后，将以上电流信号与电压信号传递至数据处理器33，数据处理器33对电信号波形进行分析，当电压、电流信号一直为0时，数据处理器识别列车正常运行没有故障出现。

进一步的，当第二电压传感器23所测保护电阻电压信号由0突变且超过整定值200V时，数据处理器33识别发生正极对框架短路故障，此时，若第二电流传感器25所测列车框架短路电流信号出现波动，但随即衰减为0时，数据处理器33进一步识别出断路器下侧列车正极与框架发生短路故障，且线路断路器22断开，故障被有效切除。

进一步的，当第二电流传感器25所测列车框架短路电流信号在某一时刻电流突变，且保持一定值不变时，数据处理器33识别断路器上侧机车正极与框架发生短路故障，且线路断路器22无法切断故障，这时数据处理器33控制报警装置31发出报警，综合显示器35显示报警信息，提示列车工作人员立即手动跳闸，切断故障。

本发明首先将中低速磁浮交通原有的牵引供电站漏电保护接地装置过电压动作装置改为过电流动作装置，并且在正负极回路设置电流传感器，并通过控制系统对电信号的分析，确定故障接地区间，及时切断故障，避免了采用过电压保护装置所带来的大范围停电问题。其次本发明通过在列车框架接地保护装置中加入第二电流传感器，并且通过控制系统对第二电流传感器所测列车框架短路电流进行分析，有效解决了当列车发生正极设备对框架短路时，原有列车框架接地保护装置不能准确识别故障点，进而不能及时切断故障的问题。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (9)

1.一种中低速磁浮交通接地保护系统，包括牵引供电站接地漏电保护装置、列车框架接地保护装置、接地保护控制装置；其特征为：设置在上述保护装置上的各电流传感器测得的电流信号、各电压传感器测得的电压信号传递至接地保护控制装置中的信号接收器，所述接地保护控制装置对以上电信号进行处理后做出动作选择，发出报警信号，并通过人工操作或者远程控制的方式实现断路器跳闸切除故障。

2.根据权利要求1所述的中低速磁浮交通接地保护系统，其特征为：所述牵引供电站接地漏电保护装置包括馈线断路器、过电流继电器、接地电阻、第一逆流二极管、第一电流传感器；其中馈线断路器、过电流继电器、接地电阻、第一电流传感器组成过电流保护装置；所述第一电流传感器接入接地电网与负极轨之间，测量流入负极轨的故障电流，过电流继电器与第一电流传感器的二次侧连接，并将第一电流传感器测量的故障电流与过电流继电器电流整定值比较，一旦故障电流超过整定值，过电流继电器的电磁铁吸合，触点相应动作，故障电流经闭合的常开主触点，加到馈线断路器的跳闸线圈中，控制馈线断路器跳闸切断供电线路。

3.根据权利要求2所述的中低速磁浮交通接地保护系统，其特征为：所述第一逆流二极管阴极端与接地电阻相连，阳极端与第一电流传感器相连；所述第一电压传感器一端与负极轨相连，另一端接入接地网，第一电压传感器测量负极轨对地故障电压，并将故障电压信号传递至接地保护控制装置的信号接收器。

4.根据权利要求1所述的中低速磁浮交通接地保护系统，其特征为：所述列车框架保护接地装置包括第二电压传感器、过电压继电器、线路断路器、第二电流传感器、第二逆流二极管、保护电阻；其中第二电压传感器、过电压继电器、线路断路器、保护电阻组成过电压保护装置；所述第二电压传感器与保护电阻并联，测量保护电阻电压，过电压继电器与第二电压传感器的二次侧连接，并将第二电压传感器测量的保护电阻电压与过电压继电器电压整定值比较，一旦保护电阻电压超过整定值，过电压继电器的电磁铁吸合，触点相应动作，故障电流经闭合的常开主触点，加到线路断路器的跳闸线圈中，控制断路器跳闸切断供电线路。

5.根据权利要求4所述的中低速磁浮交通接地保护系统，其特征为：所述第二逆流二极管阴极端与保护电阻相连，阳极端与第二电流传感器相连。

6.根据权利要求5所述的中低速磁浮交通接地保护系统，其特征为：第二电流传感器一端与第二逆流二极管相连，另一端与列车框架相连，测量列车框架短路电流，并将第二电流传感器二次侧与接地保护控制系统的信号接收器相连。

7.根据权利要求4所述的中低速磁浮交通接地保护系统，其特征为：第三电流传感器接入列车正极回路，测量列车正极线路流出的电流，第四电流传感器接入列车负极回路，测量列车负极线路流入的电流。

8.根据权利要求1所述的中低速磁浮交通接地保护系统，其特征为：所述接地保护控制装置对信号接收器接受的以上各种电流、电压信号进行处理，并通过处理后的数据控制报警装置报警，并将故障数据显示在显示器上，提醒工作人员检查排除故障。

9.中低速磁浮交通接地保护方法，包括权利要求1所述的中低速磁浮交通接地保护系统，其特征为：包括对列车框架接地保护方法以及对牵引供电站接地漏电保护方法，其中所述对列车框架接地保护方法包括如下步骤：

所述对牵引供电站接地漏电保护方法包括如下步骤：

步骤1：所述接地保护控制装置的信号接收器接收第一电流传感器采集的流入负极轨故障电流、第三电流传感器采集的正极线路流出电流、第四电流传感器采集的负极线路流入电流与第一电压传感器采集的负极轨对地故障电压，并将以上电流信号与电压信号传递至数据处理器，数据处理器对以上电信号波形进行分析；

步骤2：当第一电压传感器所测负极轨对地故障电压值达到200V时，数据处理器控制报警装置发出报警信号，提醒工作人员发生正极接地故障；

步骤3：数据处理器计算第三电流传感器所测正极线路流出电流与第四电流传感器所测负极线路流入电流差值，并进行比较找出最大差流值，差流值最大的牵引所供电区间判断为故障所在区间，立刻启动馈线断路器跳闸切断故障；

步骤4：利用延时装置，采用故障电流越大，跳闸时间越短，故障电流越小，跳闸时间越长的方式，实现保护的分级控制，控制其余牵引变电所馈线断路器跳闸；

所述对列车框架接地保护方法包括如下步骤：

步骤1：所述接地保护控制装置的信号接收器接收第二电流传感器采集的列车框架短路电流、第二电压传感器采集的保护电阻电压，并将以上电流信号与电压信号传递至数据处理器，数据处理器对以上电信号波形进行分析，当第二电流传感器采集的列车框架短路电流信号、第二电压传感器采集的保护电阻电压信号一直为0时，数据处理器识别列车正常运行没有故障出现；

步骤2：当第二电压传感器采集的保护电阻电压信号由0突变且超过整定值200V时，数据处理器识别发生正极对框架短路故障，此时，若第二电流传感器采集的列车框架短路电流信号出现波动，但随即衰减为0时，数据处理器进一步识别断路器下侧列车正极与框架发生短路故障，且线路断路器断开，故障被有效切除；

步骤3：当第二电流传感器采集的列车框架短路电流信号在某一时刻由0突变不为零，且保持一定值不变时，数据处理器识别断路器上侧机车正极与框架发生短路故障，且线路断路器无法切断故障，这时数据处理器控制报警装置发出报警，综合显示器显示报警信息，提示列车工作人员立即手动跳闸，切断故障。

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