KR20060132420A - Ground fault protective relaying scheme using distance relay in traction power supply system - Google Patents

Ground fault protective relaying scheme using distance relay in traction power supply system Download PDF

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Abstract

A ground fault protective relaying scheme using a distance relay in a traction power supply system is provided to intercept only power of an accident section by easily detecting an accident point. A ground fault protective relaying scheme using a distance relay in a traction power supply system includes a 64P relay and di/dt distance relays(20,22,24,26). The 64p relay shorts a ground switch when a ground fault accident occurs in the traction power supply system. The di/dt distance relays(20,22,24,26) trip-control circuit breakers(30,32,34,36) by calculating a distance to the point of ground fault accident based on the amount of change of feeding line current as the ground switch shorts.

Description

전기철도용 직류 급전계통에서의 지락보호를 위한 거리계전시스템 및 그 제어방법 {Ground fault protective relaying scheme using distance relay in traction power supply system}Ground fault protection relaying scheme using distance relay in traction power supply system for ground fault protection in DC feed system for electric railway

도 1은 일반적인 전기철도용 직류 급전계통에서의 지락보호계전장치의 구성도.1 is a configuration diagram of a ground fault protection device in a DC power supply system for a general electric railway.

도 2는 전기철도용 직류 급전계통에서 본 발명에 따른 지락보호계전시스템이 적용된 급전계통도.Figure 2 is a feed system applied to the ground fault protection relay system according to the present invention in a DC power feeding system for electric railway.

도 3은 본 발명에 따른 전기철도용 직류 급전계통에서의 지락보호계전방법에 적용되는 지락보호계전기의 설정 보호구역에 대한 예시도.Figure 3 is an illustration of a set protection zone of the ground fault protection relay applied to the ground fault protection relay method in the DC power supply system for electric railway according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 전기철도용 직류 급전계통에서의 지락보호계전방법을 도 3의 설정값을 예로 하여 설명하는 플로우챠트.4 is a flow chart illustrating a ground fault protection method in a DC power feeding system for an electric railway according to the present invention, using the set values of FIG. 3 as an example.

*도면의 주요 부분에 대한 간단한 부호의 설명* Explanation of simple symbols for the main parts of the drawings

10, 12, 14..정류기10, 12, 14. Rectifier

20, 22, 24, 26..di/dt 거리 계전기20, 22, 24, 26 .. di / dt distance relay

30, 32, 34, 36..차단기30, 32, 34, 36..breakers

40, 42..전철 부하40, 42 .. Railway Load

본 발명은 전기철도용 직류 급전계통에서의 지락보호계전시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기철도용 직류 급전계통에서 지락사고가 발생하게 되면 지락사고가 발생한 지락구간을 식별함은 물론 지락지점도 용이하게 검측할 수 있도록 하는 전기철도용 직류 급전계통에서의 지락보호계전시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a ground fault protection relay system and a control method thereof in a DC power feed system for electric railway, and more specifically, if a ground fault occurs in a DC feed system for electric railway, a ground fault section is identified as well as a ground fault. The present invention relates to a ground fault protection relay system and a control method thereof in a DC feed system for electric railways that can easily detect spots.

전기철도는 전력의 전송로로 가공전선 또는 제 3궤조 및 레일을 사용하여 차량의 구동을 위해 필요한 전력을 공급받는 형태로 되어 있다. 전력을 차량에 공급하는 급전 형태는 크게 직류 급전방식과 교류 급전방식으로 구분되는데, 국내의 전기철도는 직류 급전방식의 급전계통을 사용하고 있다.An electric railway is a form of receiving electric power necessary for driving a vehicle by using a overhead wire or a third rail and a rail as a transmission line of electric power. The power supply type for supplying electric power to a vehicle is largely divided into a DC power supply method and an AC power supply method. Domestic electric railways use a DC power supply system.

상기한 직류 급전계통은 일반 전력 계통으로부터 수전하는 특별고압의 교류전기를 변전소에서 직류로 변환하여 전차선로에 직류 전력을 공급하게 된다.The DC power supply system converts a special high voltage AC electric power received from a general electric power system into a direct current in a substation and supplies DC power to a tram line.

상기한 직류 급전계통은 연장이 긴 전차선로의 말단까지 규정된 전압을 안정적으로 공급하기 위해서 적정한 구간마다 변전설비를 갖추고 있는데, 각 변전소에는 차량 운행 도중 예기치 않은 사고 등으로 인하여 지락사고가 발생할 경우 각종 설비를 보호하고 공공의 안전을 확보하기 위하여 지락보호계전기를 설치하여 사고를 판단하고 신속하게 전력공급을 차단하게 된다.The DC feeder system is equipped with substation facilities at appropriate sections in order to stably supply the prescribed voltage to the end of a long tram line, and each substation has various ground faults due to unexpected accidents during vehicle operation. In order to protect the facilities and to ensure public safety, ground fault protection relays are installed to determine the accident and to cut off the power supply promptly.

도 1은 상기한 직류 급전계통에 의해 급전되는 전기철도용 직류 급전시스템 에서 각 변전소에 설치되어 사용되는 지락보호계전기의 일예를 나타낸 도면이다. 이러한 종래의 지락보호계전기는 고장거리에 관계없이 변전소 보호구역내의 근거리 뿐만 아니라 보호구역을 벗어난 원거리에서 발생한 지락에도 반응하여 전력 공급을 차단할 수 있도록 되어 있다. 1 is a diagram illustrating an example of a ground fault protection relay installed in each substation in a DC power supply system for an electric railway powered by the DC power supply system. Such a ground fault protection relay is capable of shutting off the power supply in response to a ground fault occurring at a long distance outside the protection zone as well as a short distance in the substation protection zone, regardless of a failure distance.

그런데, 상기한 바와 같은 종래의 지락보호계전방식은 지락사고가 발생하였는지의 여부를 판단할 수 있으나, 지락사고가 어느 구간에서 발생하였는지를 판단할 수가 없다는 문제점이 있었다. By the way, the conventional ground fault protection relay system as described above can determine whether a ground fault has occurred, but there is a problem that can not determine in which section the ground fault occurred.

즉, 지락으로 인해 대지 전위가 DC 네가티브 버스의 전위보다 높아지게 되면 각 변전소에 설치되는 지락보호계전기의 접지저항기를 통해 지락전류가 흐르기 때문에 어느 구간에서 지락이 발생하였는지를 알 수가 없으므로 지락이 발생한 사고구간뿐만 아니라 지락사고가 발생하지 않은 건전구간의 전원도 차단되는 문제점이 있었다.In other words, if the ground potential becomes higher than the DC negative bus potential due to ground fault, the ground current flows through the ground resistor of the ground protection relay installed in each substation, so it is impossible to know in which section the ground fault occurred. In addition, there was a problem that the power of the healthy section is not cut off ground fault.

본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 전기철도용 직류 급전계통에서 지락사고가 발생하게 되면 지락사고에 따른 사고전류에 근거하여 지락사고가 발생한 지락구간을 식별할 수 있게 함은 물론 지락지점도 용이하게 검측할 수 있도록 하여 건전구간의 전력은 정상적으로 공급되게 하면서 사고구간의 전력만을 차단할 수 있도록 하는 전기철도용 직류 급전계통에서의 지락보호계전시스템 및 그 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above-described problems, if a ground fault occurs in the DC power supply system for the electric railway, it is possible to identify the ground fault zone in which the ground fault occurred based on the fault current according to the ground fault It is an object of the present invention to provide a ground fault protection relay system and a control method thereof in a DC feed system for an electric railway that can easily detect the power of an accident section while allowing power to be normally supplied.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기철도용 직류 급전계통에서의 지락보호계전시스템은 전기철도용 직류 급전계통에서 지락사고가 발생하면 접지스위치를 단락시키는 64P 계전기; 상기 접지스위치가 단락됨에 따라 형성되는 급전선 전류의 변화량을 근거로 지락사고 지점까지의 거리를 연산하여 해당 차단기를 트립 제어하는 di/dt 거리계전기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.Ground fault protection relay system in the electric railway DC feed system according to the present invention for achieving the above object is a 64P relay for shorting the ground switch when a ground fault occurs in the electric railway DC feed system; It is characterized in that it comprises a di / dt distance relay for tripping the circuit breaker by calculating the distance to the ground fault point based on the change amount of the feeder line current is formed as the ground switch is short-circuited.

또한, 본 발명에 따른 전기철도용 직류 급전계통에서의 지락보호계전방법은 전기철도용 직류 급전계통에서 지락사고가 발생하였는지의 여부를 판단하는 단계; 지락사고가 발생하게 되면 접지스위치를 단락시키는 단계; 상기 접지스위치가 단락됨에 따라 형성되는 급전선 전류의 변화량을 연산하는 단계; 상기 연산된 전류의 변화량에 근거하여 지락사고 지점까지의 거리를 산출하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.In addition, the ground fault protection relay method in the DC feed system for electric railway according to the present invention comprises the steps of determining whether a ground fault occurred in the DC feed system for electric railway; Shorting the ground switch when a ground fault occurs; Calculating a change amount of a feeder current formed as the ground switch is short-circuited; And calculating a distance to the ground fault point based on the calculated change amount of current.

또한, 상기 거리 산출 단계에서의 거리 산출은 하기의 수학식, 즉 In addition, the distance calculation in the distance calculation step is the following equation,

Figure 112005032371207-PAT00001
Figure 112005032371207-PAT00001

Figure 112005032371207-PAT00002
Figure 112005032371207-PAT00002

Figure 112005032371207-PAT00003
Figure 112005032371207-PAT00003

Figure 112005032371207-PAT00004
Figure 112005032371207-PAT00004

(여기서, D는 사고지점까지의 거리, if는 급전선 지락전류, E는 급전 전압, L은 선로의 리액턴스, R은 선로저항을 나타낸다.)에 의하여 결정되는 것을 특징으로 한다.(Where D is the distance to the accident site, if is the feeder ground fault current, E is the feeder voltage, L is the reactance of the line, and R is the line resistance).

또한, 상기 거리 산출 단계에서의 거리 산출은 E/L 계측의 직접 수행이 어려울 경우 하기의 수학식, 즉In addition, the distance calculation in the distance calculation step, if it is difficult to directly perform E / L measurement, the following equation, that is,

Figure 112005032371207-PAT00005
Figure 112005032371207-PAT00005

Figure 112005032371207-PAT00006
Figure 112005032371207-PAT00006

(여기서, D는 사고지점까지의 거리, if는 급전선 지락전류, E는 급전 전압, L은 선로의 리액턴스, R은 선로저항, SSif가 스테디 스테이트(Steady State)에 도달한 시간, Time Constant는 시정수를 나타낸다.) 에 의하여 결정되는 것을 특징으로 한다.Where D is the distance to the accident site, if is the feeder ground fault current, E is the feed voltage, L is the reactance of the line, R is the line resistance, and SS is the time the if reaches steady state, Time Constant Denotes a time constant.).

또한, 본 발명에 따른 전기철도용 직류 급전계통에서의 지락보호계전방법은 전기철도용 직류 급전계통에서 지락사고에 따라 해당 차단기를 트립 제어하기 위한 보호구역을 사전에 설정하여 둔 상태에서, 지락사고가 발생하면 접지스위치를 단락시키는 단계; 상기 접지스위치가 단락됨에 따라 형성되는 급전선 전류의 변화량을 검측하여 지락사고 지점까지의 거리를 산출하는 단계; 상기 단계에서 산출된 지락사고 지점까지의 거리가 사전에 설정된 보호구역의 범위에 포함되면 해당 차단기를 트립 제어하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, the ground fault protection relay method in the DC feed system for electric railway according to the present invention in a state in which a protective zone for trip control of the circuit breaker is set in advance according to the ground fault in the DC feed system for electric railway, a ground fault occurs Shorting the ground switch; Calculating a distance to a ground fault point by detecting a change amount of a feeder current formed as the ground switch is short-circuited; And tripping control of the circuit breaker when the distance to the ground fault point calculated in the step is included in a range of a preset protection zone.

그리고, 상기 차단기 트립 제어 단계는, 상기 지락거리 산출단계에서 산출된 지락사고 지점까지의 거리가 사전에 설정된 보호구역 1의 범위에 포함되면 차단기를 트립 제어하는 제 1단계; 상기 지락거리 산출단계에서 산출된 지락사고 지점까지의 거리가 상기 보호구역 1의 범위에 포함되지 않고, 사전에 설정된 보호구역 2의 범위에 포함되면 상기 보호구역 2와 연계된 지연시간 경과 후 차단기를 트립 제어하는 제 2단계; 상기 지락거리 산출단계에서 산출된 지락사고 지점까지의 거리가 상기 보호구역 2의 범위에 포함되지 않으면 보호구역 3의 범위에 포함되는 것으로 보고 상기 보호구역 3과 연계된 지연시간 경과 후 차단기를 트립 제어하는 제 3단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The circuit breaker trip control step may include: a first step of tripping the circuit breaker when the distance to the ground fault point calculated in the ground fault distance calculation step is included in a preset protection zone 1; If the distance to the ground fault point calculated in the ground fault distance calculation step is not included in the range of the protected zone 1, but falls within a preset range of the protected zone 2, the breaker after the delay time associated with the protected zone 2 has elapsed. A second step of controlling trip; If the distance to the ground fault point calculated in the ground fault distance calculation step is not included in the range of the protected zone 2, it is considered to be included in the range of the protected zone 3, and the breaker is tripped after the delay time associated with the protected zone 3 has elapsed. It is characterized by comprising a third step.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해서 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 전기철도용 직류 급전계통에서의 지락보호계전시스템에 적용되는 직류 급전계통도로서, 본 발명을 이해하기 용이하도록 하나의 변전소에 구비되는 64P 계전기, 정류기, di/dt 거리계전기, 차단기 등에 대해서 도시한 것이다.Figure 2 is a DC power supply system diagram applied to the ground fault protection relay system in the DC power supply system for electric railway according to the present invention, 64P relay, rectifier, di / dt distance relay, which is provided in one substation to facilitate understanding of the present invention, The circuit breaker is shown.

본 발명에 따른 전기철도용 직류 급전계통에서의 지락보호계전시스템에 적용되는 di/dt 거리 계전기(20, 22, 24, 26)는 급전선 전류의 di/dt(time=0) 값을 측정하여 사고지점까지의 거리를 산출하고, 그 거리가 주 보호구역 내이면 해당 차단 기(30, 32, 34, 36 중 1개)를 트립시키고 주 보호구역 밖이면 적절한 시간 지연 후에 해당 차단기(30, 32, 34, 36 중 1개)를 트립 동작시키도록 함으로써 인접변전소에 설치되는 di/dt 거리 계전기와 보호협조가 이루어지게 한다.The di / dt distance relays 20, 22, 24, and 26 applied to the ground fault protection relay system in the DC feed system for electric railway according to the present invention measure the di / dt (time = 0) value of the feeder current and the accident point. Calculate the distance to and trip the breaker (one of 30, 32, 34, 36) if the distance is within the main reserve, or after the appropriate time delay if it is outside the main reserve. The tripping operation of one of the two circuits, 36, provides protection coordination with the di / dt distance relay installed in the adjacent substation.

여기서, 상기 지락사고의 발생여부는 64P 계전기에 의해 이루어지는데, 64P 계전기는 정류기 부극과 대지 사이의 전위차를 검측하여 그 전위차가 사전에 설정된 기준 전위차 이상이면 지락사고로 판정하게 되고, 지락사고가 판정되면 접지스위치(Ground Switch)를 단락시키게 된다. Here, the occurrence of the ground fault is made by a 64P relay, the 64P relay detects the potential difference between the rectifier negative electrode and the ground, and if the potential difference is equal to or greater than a preset reference potential difference, the ground fault is determined. If the ground switch (Ground Switch) is shorted.

상기한 di/dt 거리 계전기(20, 22, 24, 26)가 동작하기 위해서는 충분한 사고전류가 흘러야 하는데, 이것을 위해서는 정류기(10, 12, 14)의 부극과 대지 사이에 접지스위치가 설치되고, 접지사고가 발생하게 되면 64P 계전기는 상기 접지스위치를 즉각적으로 단락시킴으로써 di/dt 거리계전기(20, 22, 24, 26)의 동작에 필요한 충분한 지락전류가 흐를 수 있도록 한다.Sufficient fault current must flow in order for the di / dt distance relays 20, 22, 24, and 26 to operate. For this purpose, a grounding switch is installed between the negative electrode of the rectifiers 10, 12 and 14 and the ground. In the event of an accident, the 64P relay immediately short-circuits the ground switch to allow sufficient ground current for the operation of the di / dt range relays 20, 22, 24, and 26 to flow.

그러나, 상기한 접지스위치의 단락은 단지 접지사고가 발생되었다는 정보를 줄 뿐 접지사고지점이 다수의 di/dt 거리 계전기(20, 22, 24, 26) 중 어느 di/dt 거리 계전기(20, 22, 24, 26)의 주 보호구역 내에서 발생하였는지에 대한 정보는 주지 못하는데, 본 발명에 따른 di/dt 거리계전기(20, 22, 24, 26)는 지락사고 발생 지점을 산출함으로써 지락사고가 자기의 보호구역인지 아닌지를 판단하고 자기구역으로 판단되면 자기보호구역에 설치된 차단기(30, 32, 34, 36 중 1개)를 트립 제어하도록 제어신호를 출력한다.However, any di / dt distance relay (20, 22 of the short-circuit of the grounding switch is the only ground faults branch line information only that the ground incident plurality of di / dt distance relay (20, 22, 24, 26) , 24, 26) does not give information about whether the occurrence occurred in the main protection zone, the di / dt distance relay (20, 22, 24, 26) according to the present invention by calculating the point of the ground fault occurs The control signal is output to determine whether or not the protection zone is a magnetic zone and to trip control the circuit breakers 30, 32, 34, and 36 installed in the magnetic protection zone.

따라서, 본 발명에 따른 di/dt 거리 계전기(20, 22, 24, 26)는 사고 위치를 판단할 수 있으므로 접지스위치와 함께 설치되어 급전선로의 접지사고에 가장 가까운 차단기(30, 32, 34, 36)만을 선택 차단하여 시스템을 보호하고 건전구간의 전력공급은 계속 유지시킴으로써 시스템의 신뢰성을 높일 수 있다.Therefore, the di / dt distance relay 20, 22, 24, 26 according to the present invention can determine the accident location, so it is installed with a grounding switch, the circuit breaker (30, 32, 34, closest to the grounding accident of the feed line) 36) It can increase the reliability of the system by protecting the system by selecting and blocking only the power supply and maintaining the power supply of the healthy section.

본 발명에 따른 di/dt 거리 계전기(20, 22, 24, 26)는 접지스위치가 단락됨에 따라 형성되는 급전선 전류의 변화량에 근거하여 지락사고지점까지의 거리를 산출하게 되는데, 이하에서는 그 상세한 과정을 설명한다.The di / dt distance relays 20, 22, 24, and 26 according to the present invention calculate the distance to the ground fault point based on the amount of change in the feeder current formed as the ground switch is shorted. Explain.

전기철도용 직류 급전계통에서 지락사고가 발생하여 접지스위치가 단락되었을 때 지락사고 전류는 일반적으로 하기의 수학식 1과 같이 변한다. When a ground fault occurs in a DC power supply system for an electric railway and a ground switch is short-circuited, the ground fault current generally changes as shown in Equation 1 below.

Figure 112005032371207-PAT00007
Figure 112005032371207-PAT00007

여기서, if는 급전선 지락전류, R은 선로의 저항, E는 급전 전압, L은 선로의 리액턴스를 나타낸다.Here, if the transmission line ground fault current, R is the resistance of the line, E is the power supply voltage, L represents the reactance of the line.

이어서, 지락사고에 의한 접지스위치가 단락되는 순간의 사고전류의 변화율은 하기의 수학식 2와 수학식 3과 같이 된다. Subsequently, the rate of change of the fault current when the ground switch is short-circuited due to a ground fault is as shown in Equations 2 and 3 below.

Figure 112005032371207-PAT00008
Figure 112005032371207-PAT00008

Figure 112005032371207-PAT00009
Figure 112005032371207-PAT00009

Figure 112005032371207-PAT00010
Figure 112005032371207-PAT00010

여기서, D는 사고지점까지의 거리, if는 급전선 지락전류, R은 선로의 저항, E는 급전 전압, L은 선로의 리액턴스를 나타낸다.Where D is the distance to the accident site, if is the feeder ground fault current, R is the line resistance, E is the feeder voltage, and L is the line's reactance.

상기한 수학식 4와 같이 지락사고지점까지의 거리는 급전전압을 사고전류 증가율(접지스위치가 닫힌 이후)로 나눈 값에 비례하여 사고지점까지의 거리를 산출할 수 있다. 또한 상기한 수학식 4에 의해 결정되는 값은 저항 R에 무관하므로 지락사고 시 접지저항 값에 관계없이 지락사고지점까지의 거리를 산출할 수 있다.As shown in Equation 4, the distance to the ground fault point may be calculated based on a value obtained by dividing the feed voltage by the increase rate of the fault current (after the ground switch is closed). In addition, since the value determined by Equation 4 is independent of the resistance R , the distance to the ground fault point can be calculated regardless of the ground resistance value at the time of ground fault.

본 발명에 따른 di/dt 거리 계전기(20, 22, 24, 26)는 상기의 수학식 4에 나타낸 바와 같이 [di/dt]t=0를 계측 혹은 연산함으로써 사고지점까지의 거리를 산출하게 되는데, 실제적으로는 [di/dt]t=0의 직접 측정이 매우 어려우므로 하기의 수학식 5 및 수학식 6에 의해 간접적으로 [di/dt]t=0를 계측할 수 있다. E/L 값을 구하면 L 값을 구할 수 있고, L 값을 알면 지락사고가 발생한 지점까지의 거리를 구할 수 있다.The di / dt distance relay 20, 22, 24, 26 according to the present invention calculates the distance to the accident point by measuring or calculating [di / dt] t = 0 as shown in Equation 4 above. , in practice, it is possible to measure the [di / dt] t = 0 because the direct measurement of the very difficult indirectly by the equation 5 and equation 6 to [di / dt] t = 0 . If we get E / L value, we can get L value. If we know L value, we can get distance to ground fault.

Figure 112005032371207-PAT00011
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Figure 112005032371207-PAT00012
Figure 112005032371207-PAT00012

여기서, D는 사고지점까지의 거리, SSif가 과도상태에서 벗어나 안정적인 상태(Steady State)에 이르는 시간이고, Time Constant는 지락에 의한 사고 과도전류의 시정수를 나타낸다.Here, D is the distance to the accident site, SS is the time from if the transient state to the steady state (Steady State), Time Constant represents the time constant of the accident transient current caused by the ground fault.

즉, 지락에 의한 사고전류의 스테디 스테이트 값을 구하고, 이 스테디 스테이트 값의 일정비율에 이르는 시간(예컨대, 시정수의 경우 63.21%)을 측정하면 상기 수학식 5와 같이 E/L을 구할 수 있다. 상기의 수학식 5에서는 일정비율에 이르는 시간으로 시정수를 이용하였지만 다른 값을 이용하여도 관계없다. That is, if the steady state value of the fault current caused by the ground fault is obtained, and the time to reach a constant ratio of the steady state value (for example, 63.21% in case of time constant) is measured, E / L can be obtained as shown in Equation 5 above. . In the above Equation 5, although the time constant is used as the time to reach a constant ratio, other values may be used.

그리고, 상기한 수학식 3 내지 수학식 5에 의해 결정되는 값 E/L은 선로저항 R에 무관하므로 지락사고시의 접지저항 값에 관계없이 지락사고 지점까지의 거리를 나타내므로 고저항 지락사고도 용이하게 검출할 수 있다.In addition, since the value E / L determined by the above Equations 3 to 5 is independent of the line resistance R , it indicates the distance to the ground fault point regardless of the ground resistance value at the time of the ground fault, so that a high resistance ground fault is easy. Can be detected.

한편, 도 3은 본 발명에 따른 전기철도용 직류 급전계통에서의 지락보호계전시스템 및 그 방법에 적용되는 di/dt 거리 계전기(20, 22, 24, 26)의 설정값에 대한 예시도이다. 실제로 인접변전소와의 사이에는 2개 이상의 급전선이 존재할 수 있으나, 본 도에서는 설명을 위해 1개 급전선만 표시하였다.On the other hand, Figure 3 is an illustration of the set value of the ground fault protection relay system and the di / dt distance relay 20, 22, 24, 26 applied in the DC power supply system for the electric railway according to the present invention. In fact, two or more feed lines may exist between adjacent substations, but only one feed line is shown in this drawing for explanation.

본 발명에 따른 di/dt 거리 계전기(20, 22, 24, 26)는 각 변전소마다 또한 각 급전선마다 설치되는데, 도 3은 본 발명에 따른 di/dt 거리 계전기(20, 22, 24, 26)에 설정되는 다중 보호구역을 설명하기 위하여 제 1변전소(Sub_A)와 이 제 1변전소(Sub_A)와 인접한 제 2변전소(Sub_B) 사이의 1개 급전선로로 한정하여 도시하였다. 상기 다중 보호구역은 di/dt 거리계전기(20, 22, 24, 26)의 동작 여부를 결정하는 중요한 요소로서, di/dt 거리계전기(20, 22, 24, 26)는 설정된 보호구역 내에서 지락사고가 발생하였을 때 해당 차단기(30, 32, 34, 36)로 트립 제어를 출력하게 된다. 또한 각 보호구역과 연계된 시간지연을 통해 인접변전소의 di/dt 거리계전기와의 사이에 보호협조가 이루어진다.The di / dt distance relays 20, 22, 24, 26 according to the present invention are installed at each substation and at each feed line, Figure 3 shows the di / dt distance relays 20, 22, 24, 26 according to the present invention. In order to explain the multiple protection zones set in the drawing, only one feed line between the first substation Sub_A and the first substation Sub_A and the adjacent second substation Sub_B is shown. The multiple protection zone is an important factor in determining whether the di / dt distance relays 20, 22, 24, and 26 are operated, and the di / dt distance relays 20, 22, 24, and 26 are grounded within the set protection zone. When an accident occurs, the trip control is output to the circuit breakers 30, 32, 34, and 36. In addition, through the time delays associated with each protected area, protection coordination is achieved between the di / dt distance relays of adjacent substations.

변전소의 각 급전선에 설치되는 di/dt 거리 계전기(20, 22, 24, 26)는 도 3에 도시한 바와 같이 동작거리가 설정되어 보호구역이 제한되는데, 각 di/dt 거리계전기(20, 22, 24, 26)에 대한 보호구역은 인접한 양 변전소(Sub_A와 Sub_B)간의 거리를 기준으로 하여 80%에 해당되는 동작거리를 보호구역으로 설정하거나 200%에 해당되는 동작거리를 보호구역으로 설정하는 등 사용자의 편의에 따라 조정이 가능하다. Di / dt distance relay that is installed in each feed line of the substation (20, 22, 24, 26) is a there is a reserve limit the working distance is set as, respective di / dt distance relay (20, 22, shown in Figure 3 , 24, 26) is to set the operating distance of 80% as the protection zone or the 200% operating distance as the protection zone based on the distance between two adjacent substations (Sub_A and Sub_B). Etc. can be adjusted according to the user's convenience.

상기 di/dt 거리계전기(20, 22, 24, 26)에 대한 동작을 보다 상세하게 설명한다. The operation of the di / dt distance relays 20, 22, 24, and 26 will be described in more detail.

상기 제 1변전소(Sub_A)에 설치된 di/dt 거리 계전기(20)가 인접변전소(Sub_B)까지의 거리 대비 80%로 보호구역이 설정된 경우, 상기 di/dt 거리 계전기(20)는 지락사고의 발생을 감지하게 되면 무조건 자신의 주보호구역에 있는 해당 차단기(30)로 트립을 요구하는 신호를 출력하게 된다.When the protection zone is set at 80% of the distance to the substation Sub_B from the di / dt distance relay 20 installed in the first substation Sub_A, the di / dt distance relay 20 generates a ground fault. If it detects the unconditionally outputs a signal requesting a trip to the breaker 30 in the main protection area.

그리고, 상기 di/dt 거리 계전기(20)가 인접변전소(Sub_B)까지의 거리 대비 200%로 보호구역이 설정된 경우, 상기 di/dt 거리 계전기(20)는 지락사고를 감지하였더라도 자신의 관할 영역에 있는 차단기(30)로 트립 요구신호를 즉시 출력하지 않고 소정 시간이 경과하기를 기다린 이후, 그때에도 지락상태가 감지되면 해당 차단기(30)로 트립신호를 출력하게 된다.If the di / dt distance relay 20 is set to 200% of the distance to the adjacent substation Sub_B, the di / dt distance relay 20 is located in its own jurisdiction even if a ground fault is detected. After waiting for a predetermined time to elapse without immediately outputting the trip request signal to the breaker 30, the trip signal is output to the corresponding breaker 30 when a ground fault is detected.

이어서, 도 4에 도시한 플로우차트를 참조하여 본 발명에 따른 본 발명에 따른 전기철도용 직류 급전계통에서의 지락보호계전방법에 대해서 설명한다. 이하에서 64P 계전기와 di/dt 거리 계전기 및 차단기는 모든 변전소에 설치되는 것이므로 그 참조부호는 생략한다.Next, a ground fault protection method in the DC power feeding system for an electric railway according to the present invention will be described with reference to the flowchart shown in FIG. 4. In the following descriptions, 64P relays, di / dt distance relays, and breakers are installed in all substations, and their reference numerals are omitted.

우선, 본 발명에 따른 지락보호계전시스템에는 64P가 설치되어 네가티브 버스와 대지 사이의 전위차에 근거하여 지락을 감지함은 물론 지락이 감지되면 정류기 부극에 설치되는 접지스위치를 단락 제어할 수 있도록 구성되어 있다. 또한 본 발명에 따른 di/dt 거리 계전기는 거리에 따라 보호구역을 설정할 수 있다. First, in the ground fault protection relay system according to the present invention, 64P is installed to detect a ground fault based on the potential difference between the negative bus and the ground, and to short-circuit the ground switch installed in the rectifier negative electrode when the ground fault is detected. have. In addition, the di / dt distance relay according to the present invention can set the protection zone according to the distance.

상기 보호구역은 전술한 바와 같이 인접한 양 변전소간의 거리 대비 백분률로 표현할 수 있다. 예컨대, 상기 보호구역은 사용자의 요구에 따라 보호구역 1(Zone 1)은 양 변전소간의 거리 대비 80%, 보호구역 2(Zone 2)는 양 변전소간의 거리 대비 200%, 보호구역 3(Zone 3)은 보호구역 2에 포함되지 않는 부분으로 설정되는 것이 가능한데, 하나의 보호구역을 설정하거나 둘 이상의 보호구역을 설정할 수 있다. As described above, the protection zone may be expressed as a percentage of the distance between two adjacent substations. For example, the protection zone is 80% of the distance between the two substations, Zone 1 (200), 200% of the distance between the two substations, Zone 3 May be set to a part not included in protected area 2, which may set up one protected area or two or more protected areas.

그리고, 상기 di/dt 거리 계전기는 상기한 보호구역 2 및 보호구역 3과 관련되어 지연시간이 설정되는데, 상기 지연시간은 지락사고가 발생되었을 때 해당 차 단기를 트립 제어할 때까지 지연되어야 하는 시간을 의미하며, 이 지연시간은 인접변전소에 구비되는 di/dt 거리계전기들과의 보호협조를 위해 설정된다.In addition, the di / dt distance relay has a delay time set in relation to the protection zone 2 and the protection zone 3, the delay time is the time to be delayed until the trip control when the ground fault occurs This delay time is set for protection coordination with di / dt range relays in adjacent substations.

전술한 바와 같이 각 di/dt 거리계전기에 보호구역이 설정된 상태에서, 전기철도용 직류 급전계통 중 임의의 지점에서 지락사고가 발생하게 되면 정류기 부극과 대지 사이에 전위차(VGN)가 발생하게 되는데, 64P 계전기는 상기 전위차(VGN)가 사전에 설정된 기준 전위치(V_set)를 초과하는 지의 여부를 판별하게 된다(S10).As described above, if a ground fault occurs at any point of the DC feed system for the electric railway in the state where a protection zone is set in each di / dt distance relay, a potential difference (VGN) occurs between the rectifier negative electrode and the ground. The relay determines whether or not the potential difference VGN exceeds a preset reference full position V_set (S10).

상기 판단(S10) 결과, 상기 64P 계전기는 상기 전위차(VGN)가 상기 기준치(V_set)를 초과하게 되면, 정류기의 부극에 설치되는 접지스위치를 단락시키게 된다(S12).As a result of the determination (S10), when the potential difference VGN exceeds the reference value V_set, the 64P relay short-circuits the ground switch installed at the negative electrode of the rectifier (S12).

이어서, 상기 di/dt 거리 계전기는 접지스위치가 단락됨에 의해 형성되는 급전선 전류의 변화량을 검측하게 된다. 이러한 전류의 변화량의 검측은 전술한 바와 같이 수학식 1 내지 수학식 6에 의하여 수행된다.Subsequently, the di / dt distance relay detects a change amount of the feeder current formed by the shorting of the ground switch. The detection of the amount of change in the current is performed by Equations 1 to 6 as described above.

이어서, 상기 di/dt 거리 계전기는 상기한 바와 같이 검측된 전류의 변화량에 따른 지락사고 지점까지의 거리가 보호구역 1의 영역범위 안에 포함되는 지의 여부를 판단하게 된다(S14).Subsequently, the di / dt distance relay determines whether the distance to the ground fault point according to the amount of change of the detected current is included in the area range of the protection zone 1 as described above (S14).

상기 판단(S14) 결과, di/dt 거리 계전기는 지락사고 지점이 보호구역 1의 범위 안에 포함되게 되면, 자신의 관할영역에 있는 해당 차단기로 트립 제어신호를 출력(S16)하고 지락사고 지점이 보호구역 1의 범위 안에 포함되지 않으면 이하의 과정을 수행한다.As a result of the determination (S14), the di / dt distance relay outputs a trip control signal to the corresponding circuit breaker in its jurisdiction when the ground fault point is within the range of the protection zone 1 (S16) and the ground fault point is protected. If it is not within the scope of Zone 1, proceed as follows:

이어서, di/dt 거리 계전기는 지락사고 지점이 보호구역 1의 범위 안에 포함 되지 않으면, 지락사고 지점이 보호구역 2의 범위 안에 포함되는 지의 여부를 판단하게 된다(S18).Subsequently, if the ground fault point is not included in the protection zone 1 range, the di / dt distance relay determines whether the ground failure point is included in the protection zone 2 (S18).

상기 판단(S18) 결과, di/dt 거리 계전기는 지락사고 지점이 보호구역 2의 범위 안에 포함되게 되면, 지락상태가 계속 존재하는지를 판단(S20)함과 더불어 지락사고가 보호구역 2와 연계된 제 1지연시간을 초과하여 유지되는지를 판단(S22)하여 상기 제 1지연시간을 초과하여 지락사고가 유지되게 되면 자신의 급전선로에 설치된 해당 차단기로 트립 제어신호를 출력하게 된다(S24). 여기서, 지락상태의 판단은 도 2에 도시한 접지스위치에 흐르는 전류 Ig값의 변화에 의해 수행된다. 이 판단 방법은 시스템의 성격에 따라 달라지는데, 부하전류가 대지와 절연이 잘된 제 3궤조를 통하여 부하전류의 귀환회로가 형성된 경우에는 접지전류에 최대누설전류 Ig_set값을 설정하여 Ig값이 사전에 설정된 상기 Ig_set값보다 큰 상태를 지락상태로 판단할 수 있고, 주행레일이 부하전류의 귀환회로로 이용될 경우에는 주행레일로부터의 누설전류가 상대적으로 크므로 접지스위치 전류에 대하여 사전에 (-△I/△t)set값을 설정하여 접지스위치 전류의 -△I/△t값이 상기 설정값보다 작아지면 지락상태가 해제된 것으로 판단할 수 있다. 또한 상기한 2가지의 판단방법을 조합하여 사용할 수 있다.As a result of the determination (S18), the di / dt distance relay determines whether the ground fault condition continues if the ground fault point is included in the range of the protected area 2 (S20), and the ground fault is connected to the protected area 2. If it is determined whether it is maintained in excess of one delay time (S22), and if a ground fault is maintained in excess of the first delay time, a trip control signal is output to a corresponding circuit breaker installed in a feed line of itself (S24). Here, the determination of the ground fault is performed by the change of the current Ig value flowing through the ground switch shown in FIG. This determination method depends on the characteristics of the system.When the load current feedback circuit is formed through the third track with good load insulation, the maximum leakage current Ig_set value is set in the ground current and the Ig value is set in advance. can be determined for a state than the Ig_set value to ground state, the running rail is in advance with respect to the ground the switch current to a relatively large leakage current from, the running rail when used as a feedback circuit of the load current (- △ I It is possible to determine that the ground fault state is released when the value of -ΔI / Δt of the ground switch current is smaller than the set value by setting the value of / Δt) set . In addition, the above two determination methods can be used in combination.

상기 판단(S18) 결과, di/dt 거리 계전기는 지락사고 지점이 보호구역 2의 범위 안에 포함되지 않게 되면 이하의 과정을 수행한다.As a result of the determination (S18), the di / dt distance relay performs the following process when the ground fault point is not included in the range of the protection zone 2.

즉, di/dt 거리 계전기는 지락사고가 보호구역 3과 연계된 제 2지연시간 동안 유지되는지를 판단(S26, S28)하여 상기 제 2지연시간을 초과하여 지락사고가 유 지되게 되면 자신의 급전선로에 설치된 해당 차단기로 트립 제어신호를 출력하게 된다(S30).That is, the di / dt distance relay determines whether the ground fault is maintained for the second delay time associated with the protected area 3 (S26, S28), and if the ground fault is maintained for longer than the second delay time, the feed line The trip control signal is output to the circuit breaker installed in the furnace (S30).

한편, 상기 판단(S20, S26)의 결과, 지락사고가 해제되면 단계(S32)로 이행하여 접지스위치를 개방하게 된다.On the other hand, if the ground fault is canceled as a result of the determination (S20, S26), the process proceeds to step S32 to open the ground switch.

전술한 바와 같이 본 발명에 따른 전기철도용 직류 급전계통에서의 지락보호계전방법은 지락사고가 발생하면 지락여부를 판별함은 물론 지락사고 지점까지의 거리의 연산이 가능하고, 이 연산된 지락 거리에 따라 해당 차단기를 트립 제어하도록 하게 된다. As described above, the ground fault protection relay method in the DC power supply system for electric railway according to the present invention can determine whether the ground fault occurs, as well as calculate the distance to the ground fault point. Therefore, the circuit breaker trip control.

전술한 실시예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백한 것이다.The above embodiments have been described with respect to the most preferred embodiments of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. It is obvious to one of ordinary skill in the art.

본 발명에 따른 전기철도용 직류 급전계통에서의 지락보호계전방법은, 전기철도용 직류 급전계통에서 지락사고가 발생하게 되면 지락사고에 따른 사고전류에 근거하여 지락사고가 발생한 급전선 및 지락구간을 식별할 수 있는 효과가 있다.In the ground fault protection relay method in the DC feed system for electric railway according to the present invention, when a ground fault occurs in the DC feed system for electric railway, a ground fault line and a ground fault section may be identified based on the fault current according to the ground fault. It has an effect.

또한, 본 발명은 지락사고가 발생하면 그 지락사고가 발생한 지점을 용이하게 검측할 수 있기 때문에 건전구간의 전력은 정상적으로 공급되게 하면서 사고구간의 전력만을 차단할 수 있도록 하는 효과가 있다.In addition, since the present invention can easily detect the point where the ground fault occurred when the ground fault occurs, there is an effect that the power of the healthy section is normally supplied while the power of the accident section can be cut off.

Claims (6)

전기철도용 직류 급전계통에서 지락사고가 발생하면 접지스위치를 단락시키는 64P 계전기;A 64P relay that short-circuits the ground switch when a ground fault occurs in the DC feed system for electric railway; 상기 접지스위치가 단락됨에 따라 형성되는 급전선 전류의 변화량을 근거로 지락사고 지점까지의 거리를 연산하여 해당 차단기를 트립 제어하는 di/dt 거리계전기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기철도용 직류 급전계통에서의 지락보호계전시스템.The DC power supply system for an electric railway, comprising a di / dt distance relay configured to trip the circuit breaker by calculating a distance to a ground fault point based on a change amount of a feeder line current formed as the ground switch is shorted. Ground Protection Relay System 전기철도용 직류 급전계통에서 지락사고가 발생하였는지의 여부를 판단하는 단계;Determining whether a ground fault has occurred in the DC feed system for electric railway; 지락사고가 발생하게 되면 접지스위치를 단락시키는 단계;Shorting the ground switch when a ground fault occurs; 상기 접지스위치가 단락됨에 따라 형성되는 급전선 전류의 변화량을 연산하는 단계;Calculating a change amount of a feeder current formed as the ground switch is short-circuited; 상기 연산된 전류의 변화량에 근거하여 지락사고 지점까지의 거리를 산출하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전기철도용 직류 급전계통에서의 지락 거리 산출방법.And calculating a distance to a ground fault point based on the calculated change amount of current. 제 2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 거리 산출 단계에서 산출된 거리는 하기의 수학식에 의하여 결정되는 값 D인 것을 특징으로 하는 전기철도용 직류 급전계통에서의 지락 거리 산출방법.The distance calculated in the distance calculation step is a ground fault distance calculation method in a DC power supply system for electric rail, characterized in that the value D determined by the following equation.
Figure 112005032371207-PAT00013
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Figure 112005032371207-PAT00014
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Figure 112005032371207-PAT00015
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Figure 112005032371207-PAT00016
Figure 112005032371207-PAT00016
여기서, D는 사고지점까지의 거리, if는 급전선 지락전류, E는 급전 전압, L은 선로의 리액턴스, R은 선로저항을 나타낸다.Where D is the distance to the accident site, if is the feeder ground fault current, E is the feeder voltage, L is the line reactance, and R is the line resistance.
제 2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 거리 산출 단계에서의 거리산출은 하기의 수학식에 의하여 결정되는 값 D인 것을 특징으로 하는 전기철도용 직류 급전계통에서의 지락 거리 산출방법.The distance calculation in the distance calculation step is a ground fault distance calculation method in the DC power supply system for electric rail, characterized in that the value D determined by the following equation.
Figure 112005032371207-PAT00017
Figure 112005032371207-PAT00017
Figure 112005032371207-PAT00018
Figure 112005032371207-PAT00018
여기서, D는 사고지점까지의 거리, if는 급전선 지락전류, E는 급전 전압, L은 선로의 리액턴스, R은 선로저항, SSif가 스테디 스테이트(Steady State)에 도달한 시간, Time Constant는 시정수를 나타낸다.Where D is the distance to the accident point, if is the feeder ground fault current, E is the feeder voltage, L is the reactance of the line, R is the line resistance, and SS is the time that if reaches the steady state, and Time Constant is Represents a time constant.
전기철도용 직류 급전계통에서 지락사고에 따라 해당 차단기를 트립 제어하는 보호구역을 사전에 설정하여 둔 상태에서, 지락사고가 발생하면 접지스위치를 단락시키는 단계;Short-circuit the ground switch when a ground fault occurs in a state in which a protection zone for tripping the circuit breaker is set in advance according to a ground fault in a DC power feeding system for an electric railway; 상기 접지스위치가 단락됨에 따라 형성되는 급전선 전류의 변화량을 연산하여 지락사고 지점까지의 거리를 산출하는 단계;Calculating a distance to a ground fault point by calculating a change amount of a feeder current formed as the ground switch is short-circuited; 상기 단계에서 산출된 지락사고 지점까지의 거리가 상기 보호구역의 범위에 포함되면 해당 차단기를 트립 제어하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기철도용 직류 급전계통에서의 지락보호계전방법.And a trip control of the circuit breaker when the distance to the ground fault point calculated in the step is included in a range of the protection zone. 제 5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 차단기 트립 제어 단계는, The circuit breaker trip control step, 상기 지락거리 산출단계에서 산출된 지락사고 지점까지의 거리가 사전에 설정된 보호구역 1의 범위에 포함되면 차단기를 트립 제어하는 제 1단계;A first step of tripping the circuit breaker if the distance to the ground fault point calculated in the ground fault distance calculation step falls within a preset range of the protection zone 1; 상기 지락거리 산출단계에서 산출된 지락사고 지점까지의 거리가 상기 보호구역 1의 범위에 포함되지 않고, 사전에 설정된 보호구역 2의 범위에 포함되면 상기 보호구역 2 정보와 연계된 지연시간 경과 후 차단기를 트립 제어하는 제 2단계;When the distance to the ground fault point calculated in the ground fault distance calculation step is not included in the range of the protected zone 1, but falls within a preset range of the protected zone 2, the circuit breaker after the delay time associated with the protected zone 2 information has elapsed. A second step of controlling trip; 상기 지락거리 산출단계에서 산출된 지락사고 지점까지의 거리가 상기 보호구역 2의 범위에 포함되지 않으면 보호구역 3 정보와 연계된 지연시간 경과 후 차단기를 트립 제어하는 제 3단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기철도용 직류 급전계통에서의 지락보호계전방법.And a third step of tripping the circuit breaker after a delay time associated with the protection zone 3 information if the distance to the ground fault point calculated in the ground distance calculation step is not included in the range of the protection zone 2. Ground fault protection relay method in DC feed system for electric railway.
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