一种适用于高铁的新型馈线距离保护方法与流程

本发明涉及电气化铁道领域，具体涉及一种适用于高铁的新型馈线距离保护方法。

背景技术：

目前高铁接触网故障的主保护，基本上还是采用传统的自适应距离保护。但高铁的负荷与传统普速铁路的负荷有着很大的区别，尤其是高铁机车采用交直交供电模式，基本不含有低次谐波，在负荷大时传统的自适应距离保护无法区分过负荷和故障，多条高速铁路都出现负荷增大导致过负荷跳闸事件，这对继电保护的可靠性造成了极大的影响。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种适用于高铁的新型馈线距离保护方法，对过负荷误动的距离保护区域进行闭锁，从而降低因为负荷增大导致过负荷跳闸事件的发生。

本发明通过下述技术方案实现：

一种适用于高铁的新型馈线距离保护方法，包括以下步骤：

步骤a、获得馈线距离保护动作区：根据高铁供电系统获得馈线距离保护动作区；

步骤b、获得闭锁距离保护区：

通过在馈线距离保护动作区内找出最小过负荷阻抗整定角度ф1、最大过负荷阻抗整定角度ф2，过负荷闭锁定值zr，最小过负荷阻抗整定角度ф1的角边线为边a，最大过负荷阻抗整定角度ф2的角边线为边b，边a、边b分别与馈线距离保护动作区所交后形成的三角区域为预闭锁距离保护区，然后以过负荷闭锁定值zr为半径所得的扇形区域与预闭锁距离保护区相交得到区域m，利用预闭锁距离保护区减去区域m即得闭锁距离保护区；

步骤c、闭锁距离保护：

获得当前的阻抗值z、当前阻抗角度值ф；

闭锁距离保护预判定：若当前的阻抗值z、当前阻抗角度值ф落入馈线距离保护动作区，则转入闭锁距离保护判定；

闭锁距离保护判定：若当前的阻抗值z、当前阻抗角度值ф落入闭锁距离保护区，则闭锁距离保护，此时，即距离保护不动作。

本发明的设计原理为：由于目前高铁接触网故障的主保护，基本上还是采用传统的自适应距离保护。但高铁的负荷与传统普速铁路的负荷有着很大的区别，尤其是高铁机车采用交直交供电模式，基本不含有低次谐波，在负荷大时传统的自适应距离保护无法区分过负荷和故障，多条高速铁路都出现负荷增大导致过负荷跳闸事件，这对继电保护的可靠性造成了极大的影响。造成上述影响的原因，经过我们的分析研究发现：针对目前的高铁电力机车，例如目前时速为380公里每小时的高铁电力机车(crh-380a)，这类高铁的高铁供电系统处于过负荷状态时，其阻抗特性都会在特定的一个区域集中，且这些过负荷状态下的阻抗会落入到馈线距离保护动作区，而针对馈线距离保护动作区的设定，一般情况下，阻抗会落入到馈线距离保护动作区就会触发保护动作。根据我们研究认为，高铁供电系统处于过负荷状态时，其阻抗特性集中的区域一般为过负荷误动作区域，为了确保距离保护模块的可靠性，进而能保证继电保护的可靠性。我们需要设定一种方式寻找并去掉过负荷误动作区域，从而即使在高铁供电系统处于过负荷状态时，其阻抗落入到过负荷误动作区域也不会触发保护动作，而是触发闭锁保护动作。我们的技术方案是通过模值及角度的判断设定了闭锁功能，这样能确保距离保护模块的可靠性，进而能保证继电保护的可靠性。

本发明通过最小过负荷阻抗整定角度ф1、最大过负荷阻抗整定角度ф2，过负荷闭锁定值zr与馈线距离保护动作区综合处理从而得出闭锁距离保护区，此时的闭锁距离保护区即为过负荷误动作区域，从上技术方案可以看出，本发明的闭锁距离保护区即为值大于过负荷闭锁定值zr且阻抗角度大于或等于最小过负荷阻抗整定角度ф1、且阻抗角度小于最大过负荷阻抗整定角度ф2的区域范围。接着，我们通过判断当前的阻抗值z、当前阻抗角度值ф是否落入馈线距离保护动作区，即使当前的阻抗值z、当前阻抗角度值ф落入馈线距离保护动作区，我们依旧不进行动作保护，本发明还要进行二次判定，判定当前的阻抗值z、当前阻抗角度值ф是否也落入到闭锁距离保护区，若落入到闭锁距离保护区，则触发闭锁距离保护，保护不动作，而其他情形下，比如：当前的阻抗值z、当前阻抗角度值ф未落入馈线距离保护动作区，则不需要继续判定直接判定不进行保护动作；又比如：当前的阻抗值z、当前阻抗角度值ф落入馈线距离保护动作区，且也没有落入到闭锁距离保护区，则依旧要触发保护动作。通过上述方式，本申请与现有技术最大的区别是：寻找适合的闭锁距离保护区，，通过闭锁距离保护判定，从而有效排除部分误动作信息，从而提升对继电保护的可靠性。

优选的，闭锁距离保护判定的具体判定规则为：若当前的阻抗值z大于过负荷闭锁定值zr，且当前阻抗角度值ф大于等于最小过负荷阻抗整定角度ф1，且当前阻抗角度值ф小于等于最大过负荷阻抗整定角度ф2，则视为落入闭锁距离保护区，则闭锁距离保护，此时，即距离保护不动作。

优选的，上述内容介绍了本申请基础设计原理，接下来，我们通过具体方案介绍下，如何寻找最为合适的闭锁距离保护区，闭锁距离保护区的设定，即为最小过负荷阻抗整定角度ф1、最大过负荷阻抗整定角度ф2、过负荷闭锁定值zr的设定，本发明在本内容部分，介绍了三种方法获得。

第一种：最小过负荷阻抗整定角度ф1、最大过负荷阻抗整定角度ф2、过负荷闭锁定值zr的获得方法为：

先获得过负荷阻抗集中区域:使得高铁供电系统处于过负荷状态，在此状态下采集高铁供电系统的过负荷阻抗，去掉馈线距离保护区域外的过负荷阻抗，找出过负荷阻抗在馈线距离保护区域内的集中区域；

分析馈线距离保护区域内的过负荷阻抗，找出馈线距离保护区域内的过负荷阻抗的最大边界和最小边界，分析最小边界得到最小过负荷阻抗整定角度ф1，分析最大边界得到最大过负荷阻抗整定角度ф2；将最小边界与馈线距离保护动作区的相交，通过该相交的交点分析得出该交点处的阻抗值zd，过负荷闭锁定值zr为0.7～0.8倍阻抗值zd。

第一种：最小过负荷阻抗整定角度ф1、最大过负荷阻抗整定角度ф2、过负荷闭锁定值zr的获得方法为：

先获得过负荷阻抗集中区域:使得高铁供电系统处于过负荷状态，在此状态下采集高铁供电系统的过负荷阻抗，去掉馈线距离保护区域外的过负荷阻抗，找出过负荷阻抗在馈线距离保护区域内的集中区域；

分析馈线距离保护区域内的过负荷阻抗，找出馈线距离保护区域内的过负荷阻抗的最大边界和最小边界，分析最小边界得到最小过负荷阻抗整定角度ф1，分析最大边界得到最大过负荷阻抗整定角度ф2；对馈线距离保护区域内的过负荷阻抗分析，找出最靠近馈线距离保护动作区原点的过负荷阻抗即过负荷闭锁定值zr。

上述所述分析最小边界得到最小过负荷阻抗整定角度ф1和分析最大边界得到最大过负荷阻抗整定角度ф2的方法为：以馈线距离保护动作区原点为圆心，向过负荷阻抗在馈线距离保护区域内的集中区域发射多根射线，当射线下方没有过负荷阻抗时，该射线为最小边界，该射线的角度为最小过负荷阻抗整定角度ф1，当射线上方没有过负荷阻抗时，该射线为最大边界，该射线的角度为最大过负荷阻抗整定角度ф2。

第三种：对于当高铁供电系统为380a型电力动车组的高铁供电系统时，过负荷闭锁定值zr直接为7.25ω，最小过负荷阻抗整定角度ф1为9°、最大过负荷阻抗整定角度ф2为23°。

优选的，采集高铁供电系统的过负荷阻抗按照最大方式进行，即采样电流两路、电压两路。

优选的，所述电流两路、电压两路作为输入量，其中每个输入量在一周波采样96个过负荷阻抗，将当前采样点和前95点组成一个数据窗，以此获得高铁供电系统处于过负荷状态的过负荷阻抗。

优选的，所述过负荷阻抗采用傅里叶变换计算有效值。

优选的，采采样过负荷阻抗时频率为4800hz。

本发明通过上述最大采样参数，从而有效的保证了数据采样准确性，从大数据的基础上综合分析数据的结构特性，从而能有效的总结出上述三种不同的闭锁距离保护区的设定方案。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：综上所述，本发明具有以下有益效果：本发明根据高铁电力机车的特性，将距离保护中过负荷误动作区域，通过模值及角度的判断设定了闭锁功能，这样能确保距离保护模块的可靠性，进而能保证继电保护的可靠性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为高铁电力机车过负荷阻抗分布示意图。

图2为本发明的闭锁区域逻辑判断示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

图1、图2的详细解释如下：

如图1所示，图1中，五边形区域为现有的馈线距离保护动作区，该区的设定属于成熟现有技术，在此不再赘述，图1中，虚线矩形区域为过负荷阻抗在馈线距离保护区域内的集中区域，图1中黑点表示过负荷阻抗。通过图1中的集中区域划定边界，在图2中可以看出，本发明的边界线为边a边b，在边a边b的夹角区域内，即为预闭锁距离保护区，分为扇形区域和三角形区域，扇形区域为区域m，此处的三角形区域即为闭锁距离保护区。图2中，夹角ф1依据图1、图2中集中区域中的最小边界所得、ф2依据图1、图2中集中区域中的最大边界所得。最小边界和最大边界根据原点向集中区域发出射线后能包含所有集中区域内的过负荷阻抗而得。

实施例1：

一种适用于高铁的新型馈线距离保护方法，包括以下步骤：

步骤a、获得馈线距离保护动作区：根据高铁供电系统获得馈线距离保护动作区；

步骤b、获得闭锁距离保护区：

通过在馈线距离保护动作区内找出最小过负荷阻抗整定角度ф1、最大过负荷阻抗整定角度ф2，过负荷闭锁定值zr，最小过负荷阻抗整定角度ф1的角边线为边a，最大过负荷阻抗整定角度ф2的角边线为边b，边a、边b分别与馈线距离保护动作区所交后形成的三角区域为预闭锁距离保护区，然后以过负荷闭锁定值zr为半径所得的扇形区域与预闭锁距离保护区相交得到区域m，利用预闭锁距离保护区减去区域m即得闭锁距离保护区；

步骤c、闭锁距离保护：

获得当前的阻抗值z、当前阻抗角度值ф；

闭锁距离保护预判定：若当前的阻抗值z、当前阻抗角度值ф落入馈线距离保护动作区，则转入闭锁距离保护判定；

闭锁距离保护判定：若当前的阻抗值z、当前阻抗角度值ф落入闭锁距离保护区，则闭锁距离保护，此时，即距离保护不动作。

本发明的设计原理为：由于目前高铁接触网故障的主保护，基本上还是采用传统的自适应距离保护。但高铁的负荷与传统普速铁路的负荷有着很大的区别，尤其是高铁机车采用交直交供电模式，基本不含有低次谐波，在负荷大时传统的自适应距离保护无法区分过负荷和故障，多条高速铁路都出现负荷增大导致过负荷跳闸事件，这对继电保护的可靠性造成了极大的影响。造成上述影响的原因，经过我们的分析研究发现：针对目前的高铁电力机车，例如目前时速为380公里每小时的高铁电力机车(crh-380a)，这类高铁的高铁供电系统处于过负荷状态时，其阻抗特性都会在特定的一个区域集中，且这些过负荷状态下的阻抗会落入到馈线距离保护动作区，而针对馈线距离保护动作区的设定，一般情况下，阻抗会落入到馈线距离保护动作区就会触发保护动作。根据我们研究认为，高铁供电系统处于过负荷状态时，其阻抗特性集中的区域一般为过负荷误动作区域，为了确保距离保护模块的可靠性，进而能保证继电保护的可靠性。我们需要设定一种方式寻找并去掉过负荷误动作区域，从而即使在高铁供电系统处于过负荷状态时，其阻抗落入到过负荷误动作区域也不会触发保护动作，而是触发闭锁保护动作。我们的技术方案是通过模值及角度的判断设定了闭锁功能，这样能确保距离保护模块的可靠性，进而能保证继电保护的可靠性。

本发明通过最小过负荷阻抗整定角度ф1、最大过负荷阻抗整定角度ф2，过负荷闭锁定值zr与馈线距离保护动作区综合处理从而得出闭锁距离保护区，此时的闭锁距离保护区即为过负荷误动作区域，从上技术方案可以看出，本发明的闭锁距离保护区即为值大于过负荷闭锁定值zr且阻抗角度大于或等于最小过负荷阻抗整定角度ф1、且阻抗角度小于最大过负荷阻抗整定角度ф2的区域范围。接着，我们通过判断当前的阻抗值z、当前阻抗角度值ф是否落入馈线距离保护动作区，即使当前的阻抗值z、当前阻抗角度值ф落入馈线距离保护动作区，我们依旧不进行动作保护，本发明还要进行二次判定，判定当前的阻抗值z、当前阻抗角度值ф是否也落入到闭锁距离保护区，若落入到闭锁距离保护区，则触发闭锁距离保护，保护不动作，而其他情形下，比如：当前的阻抗值z、当前阻抗角度值ф未落入馈线距离保护动作区，则不需要继续判定直接判定不进行保护动作；又比如：当前的阻抗值z、当前阻抗角度值ф落入馈线距离保护动作区，且也没有落入到闭锁距离保护区，则依旧要触发保护动作。通过上述方式，本申请与现有技术最大的区别是：寻找适合的闭锁距离保护区，，通过闭锁距离保护判定，从而有效排除部分误动作信息，从而提升对继电保护的可靠性。

优选的，闭锁距离保护判定的具体判定规则为：若当前的阻抗值z大于过负荷闭锁定值zr，且当前阻抗角度值ф大于等于最小过负荷阻抗整定角度ф1，且当前阻抗角度值ф小于等于最大过负荷阻抗整定角度ф2，则视为落入闭锁距离保护区，则闭锁距离保护，此时，即距离保护不动作。

优选的，上述内容介绍了本申请基础设计原理，接下来，我们通过具体方案介绍下，如何寻找最为合适的闭锁距离保护区，闭锁距离保护区的设定，即为最小过负荷阻抗整定角度ф1、最大过负荷阻抗整定角度ф2、过负荷闭锁定值zr的设定，本发明在本内容部分，介绍了三种方法获得。

第一种：最小过负荷阻抗整定角度ф1、最大过负荷阻抗整定角度ф2、过负荷闭锁定值zr的获得方法为：

先获得过负荷阻抗集中区域:使得高铁供电系统处于过负荷状态，在此状态下采集高铁供电系统的过负荷阻抗，去掉馈线距离保护区域外的过负荷阻抗，找出过负荷阻抗在馈线距离保护区域内的集中区域(图1中虚线部分区域)；

分析馈线距离保护区域内的过负荷阻抗，找出馈线距离保护区域内的过负荷阻抗的最大边界和最小边界，分析最小边界得到最小过负荷阻抗整定角度ф1，分析最大边界得到最大过负荷阻抗整定角度ф2；将最小边界与馈线距离保护动作区的相交，通过该相交的交点分析得出该交点处的阻抗值zd，过负荷闭锁定值zr为0.7～0.8倍阻抗值zd。如图1、2所示，图2中：最小过负荷阻抗整定角度ф1、最大过负荷阻抗整定角度ф2是依据，图1中虚线部分区域划定的，其划定方法可以ф2-ф1的角度区域包含所有虚线部分区域内的过负荷阻抗。

第二种：最小过负荷阻抗整定角度ф1、最大过负荷阻抗整定角度ф2、过负荷闭锁定值zr的获得方法为：

先获得过负荷阻抗集中区域:使得高铁供电系统处于过负荷状态，在此状态下采集高铁供电系统的过负荷阻抗，去掉馈线距离保护区域外的过负荷阻抗，找出过负荷阻抗在馈线距离保护区域内的集中区域；

分析馈线距离保护区域内的过负荷阻抗，找出馈线距离保护区域内的过负荷阻抗的最大边界和最小边界，分析最小边界得到最小过负荷阻抗整定角度ф1，分析最大边界得到最大过负荷阻抗整定角度ф2；对馈线距离保护区域内的过负荷阻抗分析，找出最靠近馈线距离保护动作区原点的过负荷阻抗即过负荷闭锁定值zr。

上述所述分析最小边界得到最小过负荷阻抗整定角度ф1和分析最大边界得到最大过负荷阻抗整定角度ф2的方法为：以馈线距离保护动作区原点为圆心，向过负荷阻抗在馈线距离保护区域内的集中区域发射多根射线，当射线下方没有过负荷阻抗时，该射线为最小边界，该射线的角度为最小过负荷阻抗整定角度ф1，当射线上方没有过负荷阻抗时，该射线为最大边界，该射线的角度为最大过负荷阻抗整定角度ф2。

第三种：对于当高铁供电系统为380a型电力动车组的高铁供电系统时，过负荷闭锁定值zr直接为7.25ω，最小过负荷阻抗整定角度ф1为9°、最大过负荷阻抗整定角度ф2为23°。

优选的，采集高铁供电系统的过负荷阻抗按照最大方式进行，即采样电流两路、电压两路。

优选的，所述电流两路、电压两路作为输入量，其中每个输入量在一周波采样96个过负荷阻抗，将当前采样点和前95点组成一个数据窗，以此获得高铁供电系统处于过负荷状态的过负荷阻抗。

优选的，所述过负荷阻抗采用傅里叶变换计算有效值。

优选的，采采样过负荷阻抗时频率为4800hz。

本发明通过上述最大采样参数，从而有效的保证了数据采样准确性，从大数据的基础上综合分析数据的结构特性，从而能有效的总结出上述三种不同的闭锁距离保护区的设定方案。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。