CN202944220U - 一种电气化铁道at牵引网分段供电与保护系统 - Google Patents
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Abstract
一种电气化铁道AT牵引网分段供电与保护系统，它在AT牵引网的每一自耦变压器处设置接触网和负馈线对地的电压互感器；每一自耦段内分别设置接触网和负馈线近、远端电流互感器和近、远端断路器；所述的接触网和负馈线电压互感器，接触网和负馈线近、远端电流互感器，接触网和负馈线近、远端断路器均与控制及测量装置相连。该系统能及时、快速、准确地切除、隔离故障，缩小事故及影响范围，提高牵引网供电可靠性；同时选用单极断路器，可减少无关断路器的动作次数，延长其工作寿命。本实用新型实施起来投资较少，既可用于新线建设，也适用于旧线改造。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电气化铁道AT牵引网分段供电与保护系统。
背景技术
电气化铁路牵引供电系统由牵引变电所和牵引网构成，牵引网由接触网、钢轨(和地)构成。牵引网一般采用结构简单的直接供电方式。为适应高速铁路大功率列车的运行需求，日本、法国和我国的高速铁路牵引网都采用了自耦变压器(AT)供电方式。为进一步增强供电能力，我国还在近10,000km高速铁路上全部采用了上下行在自耦变压器(AT)处并联的供电方式，称为全并联AT供电方式。由于AT牵引网所构成的电力网络的复杂性，使得牵引网故障概率较高，同时，全并联AT牵引网中任何故障将导致整条牵引网供电中断，大大降低了本来就薄弱的牵引网的可靠性，直接影响、制约高速铁路的良好运行。
实用新型内容
本实用新型的目的就是提供一种电气化铁道AT牵引网分段供电与保护系统，该系统能及时、快速、准确地切除、隔离和排除故障，缩小事故及影响范围，提高牵引供电的可靠性。
本实用新型解决其技术问题，所采用的技术方案为：一种电气化铁道AT牵引网分段供电与保护系统，其特征在于：
所述AT牵引网的每一自耦变压器处设置接触网对地的接触网电压互感器和负馈线对地的负馈线电压互感器；
每一自耦段内接触网的近、远端分别设置接触网近、远端电流互感器和接触网近、远端断路器；
每一自耦段内的负馈线近、远端分别设置负馈线近、远端电流互感器和负馈线近、远端断路器；
所述的接触网电压互感器，负馈线电压互感器，接触网近、远端电流互感器，接触网近、远端断路器，负馈线近、远端电流互感器和负馈线近、远端断路器均与控制及测量装置相连。
本实用新型的工作过程和原理是：
控制及测量装置通过采集每一自耦段的自耦变压器处的接触网电压互感器、负馈线电压互感器检测出的接触网和负馈线对地电压，当有接触网对地电压值、负馈线对地电压值小于等于规定值，表明牵引网发生了短路故障，需判定其位置并采取保护动作。此时，控制及测量装置实时同步采集每一自耦段内接触网近、远端电流互感器检测出的接触网近、远两端的接触网电流
及负馈线近、远端电流互感器检测出的负馈线近、远两端的电流，并根据各个自耦段接触网近、远端和负馈线近、远端的电压和电流得到故障潮流符号值，将流入自耦段接触网和负馈线一端的潮流符号值标定为1、流出自耦段接触网和负馈线一端的潮流符号值标定为-1、空载的潮流符号值标定为0。
若某自耦段内接触网两端的潮流符号值的和值的绝对值大于等于1时，表明在该段接触网线路上有新的通路形成，据此确定在该段接触网线路上发生了接触网对地短路故障；控制及测量装置令该自耦段的近、远端接触网断路器分闸和重合闸，如是瞬间短路或干扰所致，则会重合闸成功；重合闸失败，则表明短路故障为永久性故障，控制及测量装置令该自耦段的近、远端接触网断路器永久性分闸(直至确认故障排除后，再合闸)；并进而通过短路回路的电抗得出故障点的具体位置。
若某自耦段内负馈线两端的潮流符号值的和值的绝对值大于等于1时，表明在该段负馈线线路有新的通路形成，据此确定在该段负馈线线路上发生了负馈线对地短路故障；控制及测量装置令该自耦段的近、远端负馈线断路器分闸和重合闸，如是瞬间短路或干扰所致，则会重合闸成功；重合闸失败，则表明短路故障为永久性故障，控制及测量装置令该自耦段的近、远端负馈线断路器永久性分闸(直至确认故障排除后，再合闸)；并进而通过短路回路的电抗得出故障点的具体位置。
若有自耦段内接触网近、远端的潮流符号值的和值的大于等于1且该自耦段内负馈线近、远端的潮流符号值的和值的绝对值也大于等于1，则控制及测量装置判定该自耦段内发生接触网对负馈线短路故障，或发生接触网和负馈线同时对地的短路故障；控制及测量装置令该自耦段两端的接触网断路器和负馈线断路器均分闸，再重合，重合成功，则恢复正常；重合闸失败，则表明短路故障为永久性故障，控制及测量装置令该自耦段两端的接触网断路器和负馈线断路器永久性分闸(直至确认故障排除后，再合闸)；并进而通过短路回路的电抗得出故障点的具体位置。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
一、本实用新型通过自耦变压器处接触网电压互感器和负馈线电压互感器检测出每一自耦变压器处的接触网和负馈线的对地电压，再通过每一自耦段内接触网近、远端电流互感器检测出的接触网近、远两端的接触网电流，及负馈线近、远端电流互感器检测出的负馈线近、远两端的电流，进而得到每一自耦段两端的潮流符号值的和值，以测出的每一自耦段两端的潮流符号值的和值作为判据，可方便、可靠地判断出短路故障的类型和具体位置，并及时断开故障所在自耦段两端的断路器，增强了继电保护的选择性、速动性和可靠性，更有效、准确地切除、隔离、排除故障，避免故障影响的扩大化；同时，牵引网中非故障段仍正常供电、继续运行，减少停电范围，在保证牵引供电的可靠性和安全性的前提下，提高了铁路运输的效率。
另一方面，值班人员通过变电所或调度室的控制及测量装置，可在供电发生故障状态下，及时、准确了解、掌握牵引网中故障的类型和具体位置，指引维修人员准确赴现场维修、排除故障，保证列车迅速恢复正常运行，也减少了供电发生故障的损失。
二、本实用新型对接触网和负馈线分别选用独立的断路器进行操作，较之现有采用双极断路器对接触网和负馈线进行联动操作，故障时可减少断路器的动作次数，延长其工作寿命。
三、本实用新型可进一步与行车调度信息结合使用，增强牵引网运行方式的可控性和灵活性。
四、本实用新型实施起来投资较少，既可用于新线建设，也适用于旧线改造。
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的描述。
附图说明
图1是本实用新型实施例的结构示意图。
具体实施方式
实施例
图1示出，本实用新型的一种具体实施方式为：一种电气化铁道AT牵引网分段供电与保护系统，其特征在于：
所述AT牵引网的每一自耦变压器ATn处设置接触网T对地的接触网电压互感器UTn和负馈线F对地的负馈线电压互感器UFn；
每一自耦段n内接触网T的近、远端分别设置接触网近、远端电流互感器ITna、ITnb和接触网近、远端断路器KTna、KTnb；
每一自耦段n内的负馈线F近、远端分别设置负馈线近、远端电流互感器IFna、IFnb和负馈线近、远端断路器KFna、KFnb；
所述的接触网电压互感器UTn，负馈线电压互感器UFn，接触网近、远端电流互感器ITna、ITnb，接触网近、远端断路器KTna、KTnb，负馈线近、远端电流互感器IFna、IFnb，负馈线近、远端断路器KFna、KFnb均与控制及测量装置相连。
图1还示出，本例的工作过程和原理是：
控制及测量装置通过采集每一自耦段n的自耦变压器ATn处的接触网电压互感器UTn、负馈线电压互感器UFn检测出的接触网T和负馈线F对地电压，当有接触网对地电压值、负馈线对地电压值小于等于规定值，表明牵引网发生了短路故障，需判定其位置并采取保护动作。此时，控制及测量装置实时同步采集每一自耦AT段n内接触网近、远端电流互感器ITna、ITnb检测出的接触网T近、远两端的接触网电流及负馈线近、远端电流互感器IFna、IFnb检测出的负馈线F近、远两端的电流，并根据各个自耦段n接触网近、远端和负馈线近、远端的电压和电流得到故障潮流符号值，将流入自耦段接触网和负馈线一端的潮流符号值标定为1、流出自耦段接触网和负馈线一端的潮流符号值标定为-1、空载的潮流符号值标定为0。
若某自耦段n′内接触网两端的潮流符号值的和值的绝对值大于等于1时，表明在该段n′接触网线路上有新的通路形成，据此确定在该段接触网线路上发生了接触网对地短路故障；控制及测量装置令该自耦段的近、远端接触网断路器分闸和重合闸，如是瞬间短路或干扰所致，则会重合闸成功；重合闸失败，则表明短路故障为永久性故障，控制及测量装置令该自耦段的近、远端接触网断路器永久性分闸(直至确认故障排除后，再合闸)；并进而通过短路回路的电抗得出故障点的具体位置。
如图1中，自耦段n′＝2即自耦段2内接触网T近、远端的潮流符号值的和值等于2，自耦段2内负馈线近、远端的潮流符号值的和值为零，其他自耦段n的接触网T近、远端以及负馈线F近、远端的潮流符号值的和值均为零。控制及测量装置则判定自耦段2内发生接触网T对地短路故障，令自耦段2近、远两端的接触网断路器KT2a、KT2b分闸，再重合，重合成功，则恢复正常。重合失败，则令自耦段2近、远两端的接触网断路器KT2a、KT2b永久性分闸(直至确认故障排除后，再合闸)；同时，控制及测量装置对比发现自耦段2接触网T近端的短路电流大于接触网T远端的的短路电流，则选择与自耦段2接触网T近端最近的自耦变压器AT2处(即自耦段2近端的自耦变压器)的接触网电压与该端的接触网电流计算出短路电抗，用该短路电抗与自耦段2的接触网T与钢轨回路的总电抗的比值乘以自耦段2的长度得出短路故障点距自耦变压器AT2的距离。
又如图1中，若自耦段n′＝2即自耦段2内接触网T近端的潮流符号值为1
而远端的潮流符号值为0，其和值的绝对值等于1；自耦段2内负馈线近、远端的潮流符号值的和值为零，其他自耦段n的接触网T以及负馈线F近端和远端的潮流符号值的和值均为零；此时，由于自耦段2内接触网T近端的潮流符号值为1而远端的潮流符号值为0，亦即近端有电流流入、远端没有电流流入，控制及测量装置可以判定：靠近自耦变压器AT2接触网T的近端发生对地短路故障，远端则发生断线故障，令自耦段2近、远两端的接触网断路器KT2a、KT2b分闸；同时，控制及测量装置对比发现自耦段2接触网T近端的短路电流远大于接触网T远端的的断路电流，则选择与自耦段2接触网T近端最近的自耦变压器AT2处的接触网电压与该端的接触网电流IT2a计算出短路电抗，用该短路电抗与自耦段2的接触网T与钢轨回路的总电抗的比值乘以自耦段2的长度得出短路故障点距自耦变压器AT2的距离。
若某自耦段n’内负馈线两端的潮流符号值的和值的绝对值大于等于1时，表明在该段负馈线线路上有新的通路形成，据此确定在该段负馈线线路上发生了负馈线对地短路故障；控制及测量装置令该自耦段的近、远端负馈线断路器分闸和重合闸，如是瞬间短路或干扰所致，则会重合闸成功；重合闸失败，则表明短路故障为永久性故障，控制及测量装置令该自耦段的近、远端负馈线断路器永久性分闸(直至确认故障排除后，再合闸)；并进而通过短路回路的电抗得出故障点的具体位置。
如图1中，自耦段n′＝2即自耦段2内负馈线F近、远端的潮流符号值的和值等于2，自耦段2内接触网T近、远端的潮流符号值的和值为零，其他自耦段n的接触网T近、远端以及负馈线近、远端的潮流符号值的和值均为零。控制及测量装置则判定自耦段2内发生负馈线F对地短路故障，令自耦段2近、远两端的负馈线断路器KF2a、KF2b分闸，再重合，重合成功，则恢复正常。重合失败，则令自耦段2近、远两端的负馈线断路器KF2a、KF2b永久性分闸(直至确认故障排除后，再合闸)；同时，控制及测量装置对比发现自耦段2负馈线F近端的短路电流大于负馈线F远端的的短路电流，则选择与自耦段2负馈线F近端最近的自耦变压器AT2处的负馈线电压与负馈线F该端的电流计算出短路电抗，用该短路电抗与自耦段2的负馈线F与钢轨的回路的总电抗的比值乘以自耦段2的长度得出短路故障点距自耦变压器AT2的距离。
若有自耦段n′内接触网T近、远端的潮流符号值的和值的绝对值大于等于1且该自耦段n′内负馈线F近、远端的潮流符号值的和值的绝对值也大于等于1，则控制及测量装置判定该自耦段n′内发生接触网T对负馈线F短路故障，或发生接触网T和负馈线F同时对地的短路故障；控制及测量装置令该自耦段n两端的接触网断路器KTn′a、KTn′b和负馈线断路器KFn′a、KFn′b均分闸，再重合，重合成功，则恢复正常；重合闸失败，则表明短路故障为永久性故障，控制及测量装置令该自耦段两端的接触网断路器KTn′a、KTn′b和负馈线断路器KFn′a、KFn′b永久性分闸(直至确认故障排除后，再合闸)；并进而通过短路回路的电抗得出故障点的具体位置。
如图1中，若自耦段n′＝3即自耦段3内接触网T近、远端的潮流符号值的和值的绝对值为2，自耦段3内负馈线F近、远端的潮流符号值的和值的绝对值也为2；其他自耦段n的接触网T近、远端以及负馈线近、远端的潮流符号值的和值均为零。控制及测量装置则判定自耦段3内发生接触网T和负馈线F之间的短路故障，令自耦段3两端的接触网断路器KT3a、KT3b和负馈线断路器KF3a、KF3b均分闸，再重合，重合成功，则恢复正常。重合失败，则令自耦段3近、远端的接触网断路器KT3a、KT3b和负馈线断路器KF3a、KF3b均再次分闸；同时，控制及测量装置对比发现自耦段3接触网T近端的短路电流大于远端的接触网T的短路电流，则选择与自耦段3接触网T近端最近的自耦变压器AT3(即自耦段3的自耦变压器)处接触网电压和负馈线电压与该端的接触网断路器KT3a中的电流IT3a计算短路电抗，用该短路电抗与自耦段3的接触网T与负馈线F回路的总电抗的比值乘以自耦段3的长度得出短路故障点距自耦段3的自耦变压器AT3的距离。
显然，本实用新型中的符号n及下标n均表示自耦段的序号；n′为n的特定具体值，是接触网T(或负馈线F)发生了短路故障的自耦段的序号，如图1中，n′＝2或3。
显然，本实用新型既能用于图1的单线AT牵引网，也能用于复线AT牵引网末端并联及复线全并联AT牵引网。
Claims (1)
1.一种电气化铁道AT牵引网分段供电与保护系统，其特征在于：
所述AT牵引网的每一自耦变压器(ATn)处设置接触网(T)对地的接触网电压互感器(UTn)和负馈线(F)对地的负馈线电压互感器(UFn)；
每一自耦段(n)内接触网(T)的近、远端分别设置接触网近、远端电流互感器(ITna、ITnb)和接触网近、远端断路器(KTna、KTnb)；
每一自耦段(n)内的负馈线(F)近、远端分别设置负馈线近、远端电流互感器(IFna、IFnb)和负馈线近、远端断路器(KFna、KFnb)；
所述的接触网电压互感器(UTn)，负馈线电压互感器(UFn)，接触网近、远端电流互感器(ITna、ITnb)，接触网近、远端断路器(KTna、KTnb)，负馈线近、远端电流互感器(IFna、IFnb)，负馈线近、远端断路器(KFna、KFnb)均与控制及测量装置相连。
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