一種直流牽引變電所繼電保護(hù)裝置及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電氣化軌道交通供電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及直流牽引供電變電所和接觸網(wǎng)的繼電保護(hù)技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]直流牽引變電所的功能是從公用電網(wǎng)的交流電源經(jīng)整流得到直流電來(lái)供給列車，多用于地鐵、輕軌等城市軌道交通。通常，直流牽引變電所包括兩路獨(dú)立的(中壓)三相交流電源和兩臺(tái)并列的12脈波(可等效成一臺(tái)24脈波)牽引整流機(jī)組，其中牽引整流機(jī)組由牽引變壓器和二極管整流器及附件構(gòu)成。直流牽引變電所供出直流電給牽引網(wǎng)。牽引網(wǎng)由接觸網(wǎng)(或接觸軌)和鋼軌構(gòu)成。直流牽引變電所和牽引網(wǎng)構(gòu)成直流牽引供電系統(tǒng)。直流牽引供電系統(tǒng)在運(yùn)行中可能發(fā)生各種故障，其中最常見(jiàn)而且是最危險(xiǎn)的故障就是各種類型的短路故障，一般牽引網(wǎng)的電阻極小致使短路電流極大，如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和切除短路故障，其危害極大，擔(dān)當(dāng)發(fā)現(xiàn)和切除故障任務(wù)的是繼電保護(hù)裝置。因此繼電保護(hù)裝置是城市軌道交通安全運(yùn)行所不可或缺的安全設(shè)備。
[0003]直流供電采用的直流開(kāi)關(guān)技術(shù)相比交流開(kāi)關(guān)更加復(fù)雜，制造難度更大、造價(jià)更高，壽命卻更短。通常，交流開(kāi)關(guān)開(kāi)斷額定短路電流的分閘次數(shù)(電氣壽命)遠(yuǎn)大于直流開(kāi)關(guān)的分閘次數(shù)，如交流開(kāi)關(guān)為50次，直流開(kāi)關(guān)為20次，而交流開(kāi)關(guān)開(kāi)斷額定電流的分閘次數(shù)(電氣壽命)也遠(yuǎn)大于直流開(kāi)關(guān)，如交流開(kāi)關(guān)為20000次，直流開(kāi)關(guān)為3000次。因此，改變只使用壽命較短的直流開(kāi)關(guān)來(lái)切除短路故障的傳統(tǒng)做法，提出合理利用壽命更長(zhǎng)的交流開(kāi)關(guān)與直流開(kāi)關(guān)相配合的方法來(lái)切除故障是非常必要的，該方法還具有識(shí)別、區(qū)分永久故障與瞬時(shí)(非永久)故障的新的功能，從而減少盲目的、不必要的重合閘，節(jié)約開(kāi)關(guān)壽命，減少設(shè)備的電氣沖擊，大大提高供電可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種直流牽引變電所繼電保護(hù)裝置及其方法，它能有效地解決直流開(kāi)關(guān)壽命較短的問(wèn)題，同時(shí)，還具有識(shí)別、區(qū)分永久故障與瞬時(shí)(非永久)故障的功會(huì)K。
[0005]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:一種直流牽引變電所繼電保護(hù)裝置及其方法，涉及現(xiàn)有直流牽引變電所三相進(jìn)線K的交流開(kāi)關(guān)QFJ、直流母線B的電壓互感器YH、直流饋線一 K1的直流開(kāi)關(guān)一 QFZ:及其電流互感器一 LH 1、直流饋線二 K2的直流開(kāi)關(guān)二QFZ2&其電流互感二 LH2;繼電保護(hù)裝置RP的輸入端連接電壓互感器YH的測(cè)量端和電流互感器一 IA、電流互感器二 1^2的測(cè)量端，繼電保護(hù)裝置RP的輸出端連接交流開(kāi)關(guān)QFJ的控制端和直流開(kāi)關(guān)一 QFZ1、直流開(kāi)關(guān)二 QFZ2的控制端。
[0006]本發(fā)明的工作原理是通過(guò)利用交流開(kāi)關(guān)與直流開(kāi)關(guān)相配合的方法來(lái)切除故障，在電氣化鐵路的接觸網(wǎng)中，當(dāng)電壓降低到一定程度，如低于額定電壓的60%時(shí)，列車停止工作(其電流為O)，認(rèn)為系統(tǒng)發(fā)生短路故障。短路發(fā)生后，短路點(diǎn)及其附近測(cè)量到的電流即為故障電流，且流向短路點(diǎn)，因此短路故障可以根據(jù)電壓的高低和電流的流向來(lái)判定故障類型。為了方便，標(biāo)定電流互感器一 1^測(cè)量的直流饋線一 K i大于O的并流入直流母線B的電流的符號(hào)值P1= 1，而大于O的并流出直流母線B的電流的符號(hào)值P -1，等于O的電流的符號(hào)值P1= O，同樣，標(biāo)定電流互感器LHjU量的直流饋線二 K2的大于O的并流入直流母線B的電流的符號(hào)值P2= 1，而大于O的并流出直流母線B的電流的符號(hào)值P 2= -1，等于O的電流的符號(hào)值仏=O。于是，在所述的直流牽引變電所，可以通過(guò)直流母線B的電壓的高低和電流的符號(hào)值的組合來(lái)判斷直流母線B和直流饋線一 K1、直流饋線二 K2等故障類型并制定保護(hù)方法，即:當(dāng)直流母線B的電壓互感器YH測(cè)量的電壓低于設(shè)定值(如額定電壓的60% )時(shí)，繼電保護(hù)裝置RP輸出信號(hào)到交流開(kāi)關(guān)QFJ控制端使其直接分閘，并記交流開(kāi)關(guān)QFJ分閘前電壓互感器YH測(cè)量的直流母線B的電壓為Uq:若交流開(kāi)關(guān)QFJ分閘后電壓互感器YH測(cè)量的直流母線B的電壓Uh高于交流開(kāi)關(guān)QFJ分閘前電壓互感器YH測(cè)量的直流母線B的電壓Uq，則繼電保護(hù)裝置RP判定為瞬時(shí)性短路故障，且認(rèn)為故障已經(jīng)消失，遂通過(guò)交流開(kāi)關(guān)QFJ的控制端使其合閘，系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行；若交流開(kāi)關(guān)QFJ分閘后電壓互感器YH測(cè)量的直流母線B的電壓Uh等于或低于交流開(kāi)關(guān)QFJ分閘前電壓互感器YH測(cè)量的直流母線B的電壓Uq，則繼電保護(hù)裝置RP判定為永久性短路故障，分三種情形:
[0007]A.若此時(shí)符號(hào)值的組合{Pl，p2} = {-1, 1}，則繼電保護(hù)裝置RP判定直流饋線一K1 (及其接觸網(wǎng))故障，遂通過(guò)直流開(kāi)關(guān)一 QFZ1的控制端使其分閘，切除故障的直流饋線一K1 (及其接觸網(wǎng))，再令已分閘的交流開(kāi)關(guān)QFJ合閘，恢復(fù)直流饋線二 K2 (及其接觸網(wǎng))的正常供電；
[0008]B.若此時(shí)符號(hào)值的組合{P1，P2} = {1，-1}，則繼電保護(hù)裝置RP判定直流饋線二K2(及其接觸網(wǎng))故障，遂通過(guò)直流開(kāi)關(guān)二 QFZ2的控制端使其分閘，切除故障的直流饋線二K2 (及其接觸網(wǎng))，再令已分閘的交流開(kāi)關(guān)QFJ合閘，恢復(fù)直流饋線一 K1 (及其接觸網(wǎng))的正常供電；
[0009]C.若此時(shí)符號(hào)值的組合{Pl，p2} = {I, 0}或{0，1}或{1，1}，則繼電保護(hù)裝置RP判定直流母線B故障，遂通過(guò)直流開(kāi)關(guān)一 QFZ1和直流開(kāi)關(guān)二 QFZ 2的控制端使其分閘，切除故障的直流母線B。
[0010]超出上述A、B、C三種情形，而交流開(kāi)關(guān)QFJ分閘后電壓互感器YH測(cè)量的直流母線B的電壓Uh仍然等于或低于交流開(kāi)關(guān)QFJ分閘前電壓互感器YH測(cè)量的直流母線B的電壓Uq，則判定為鄰近變電所發(fā)生了永久性短路故障，則由臨近的變電所的繼電保護(hù)裝置處理。
[0011]交流開(kāi)關(guān)QFJ、直流開(kāi)關(guān)一 QFZ1、直流饋線二 K2的分合閘信息將及時(shí)反饋到繼電保護(hù)裝置RP。
[0012]理論分析和計(jì)算表明:當(dāng)直流母線B的電壓互感器YH測(cè)量的電壓低于設(shè)定值(如額定電壓的60% )而繼電保護(hù)裝置RP使三相進(jìn)線K的交流開(kāi)關(guān)QFJ分閘后，由于電源到短路點(diǎn)的電氣距離增加，直流側(cè)的短路電流可以降低50%到80%，因此，更有利于直流開(kāi)關(guān)切除永久性短路故障，減少其壽命損失。
[0013]同理可處理復(fù)線軌道、兩臺(tái)并列的牽引整流機(jī)組(牽引變壓器和二極管整流器)、雙直流母線的牽引變電所的直流母線和直流饋線及其接觸網(wǎng)的短路故障。
[0014]另外，為進(jìn)一步提高性能，還可以對(duì)兩個(gè)相鄰直流牽引變電所之間的接觸網(wǎng)采用低電壓?jiǎn)?dòng)的縱差保護(hù)。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0016]—、本發(fā)明在不增加其他專用設(shè)備情況下可區(qū)分永久性短路故障和瞬時(shí)性短路故障，避免盲目、不必要的重合閘及其造成的開(kāi)關(guān)壽命損失和重合閘過(guò)程對(duì)電氣設(shè)備的沖擊，大大提高系統(tǒng)可靠性。
[0017]二、本發(fā)明更好地利用了交流開(kāi)關(guān)電氣壽命長(zhǎng)和直流開(kāi)關(guān)電氣壽命短的特點(diǎn)，提出了優(yōu)先使用交流開(kāi)關(guān)和交流開(kāi)關(guān)與直流開(kāi)關(guān)相配合來(lái)切除各種短路故障的繼電保護(hù)方案，可靠、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用。
[0018]三、本發(fā)明可以省去直流進(jìn)線開(kāi)關(guān)，有利于簡(jiǎn)化直流牽引變電所的結(jié)構(gòu)，節(jié)約投資。
[0019]四、本發(fā)明實(shí)施方便，既適用于新線建設(shè)，也便于舊線改造。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的牽引變電所結(jié)構(gòu)與故障示意圖
[0021]圖2是本發(fā)明實(shí)施例的牽引變電所繼電保護(hù)裝置連接結(jié)構(gòu)示意圖
[0022]圖3是本發(fā)明實(shí)施例的牽引變電所繼電保護(hù)方法工作流程示意圖
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0024]圖1示出，本發(fā)明實(shí)施例的直流牽引變電所結(jié)構(gòu)與故障示意圖，圖中直流牽引變電所包括三相進(jìn)線K及交流開(kāi)關(guān)QFJ、牽引變壓器TT、二極管整流器UT、直流母線B、直流饋線一 &及其直流開(kāi)關(guān)一 QFZ 1、直流饋線二 1(2及其直流開(kāi)關(guān)二 QFZ 2;其中測(cè)量直流母線B電壓的電壓互感器YH并聯(lián)于直流母線B上，測(cè)量直流饋線一 K1電流的電流互感器一 LH i安裝在直流開(kāi)關(guān)一 QFZ1中，測(cè)量直流饋線二 K 2電流的電流互感器二 LH 2安裝在直流開(kāi)關(guān)二 QFZ 2中，為清晰起見(jiàn)，均未在圖中畫(huà)出；另外，通過(guò)直流饋線一 K1的電流記為I i，通過(guò)直流饋線二1(2的電流記為12;圖中