一种贯通式同相供电接触网馈线继电保护方法与流程

本发明属于牵引供电技术领域，尤其是涉及一种贯通式同相供电接触网馈线继电保护方法。

背景技术

在电气化铁路中，牵引供电系统是其核心组成部分，是电力机车的重要动力来源。我国电气化铁路牵引供电系统采用工频单相交流供电，目前牵引网供电绝大多数采用的是换相分段供电方式，由于各分段电压相位不同，需设置一定数量的分段点(无电区)，当机车通过分段点时对机车运行速度产生影响，引起速度损失，降低了线路运能，且易引起受电弓、接触线故障，不利于机车的平滑取流和高速稳定运行，严重时危及旅客人身安全。

贯通式同相供电技术的出现解决了传统异相供电方式存在的不足，如“过分相”和电能质量等问题。它通过在牵引变电所设置大功率静止变流器(sfc)交直交变换设备，将牵引变电所三相交流电直接变换成25kv/50hz单相交流电。但是sfc的过载能力弱，当某一馈线发生故障时，其输出功率会可能大幅超出换流器额定值输出范围，此时sfc将在几微秒的时间内关断。由于接触网馈线继电保护装置的动作时间一般在40毫秒以上，sfc输出关断先于继电保护装置动作，使得整个牵引变电站的馈线继电保护装置保护功能失效，不能有选择性的切除故障，进而影响接触网馈线故障的定位与排除，对接触网不间断供电的要求极为不利。由于存在上述问题，接触网馈线保护在传统换相分段供电方式与贯通式同相供电方式下的实现方式有所不同。因此，研究一种适用于贯通式同相供电方式的接触网馈线继电保护方法对于电气化铁路的安全稳定运行具有重要意义。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种贯通式同相供电接触网馈线继电保护方法，以解决现有的sfc输出关断先于继电保护装置动作，使得整个牵引变电站的馈线继电保护装置保护功能失效，不能有选择性的切除故障。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种贯通式同相供电接触网馈线继电保护方法，通过同相供电换流控制器实时检测输出电流，当检测到输出电流异常时，经过中断输出、再次输出和故障判别后，并结合牵引网馈线继电保护装置，最终实现电流正常输出或者向系统发送故障告警。

进一步的，具体方法如下：

s1、假设同相供电换流器的额定输出电流为in，在换流控制器中设置输出比例系数k1、k2、中断输出时间t1、展宽时间t2、故障输出最大保持时间t3，继电保护装置的最大动作时间为t4；

s2、同相供电换流控制器实时监测输出的电流值，当实际输出电流i输出小于k1·in时，同相供电换流控制器正常工作；当实际输出电流i输出大于k1·in时，同相供电换流控制器判定接触网馈线发生故障，此时同相供电换流控制器立即中断输出；

s3、中断输出保持时间为t1，在t1同相供电换流控制器暂停输出电流以躲过牵引网馈线上发生的瞬时故障；当t1时间结束后，同相供电换流控制器进行故障判别；

s4、同相供电换流控制器进行故障判别，即启动展宽时间t2，同时根据实际负荷情况开始输出电流；若在展宽时间t2内，同相供电换流控制器检测到实际输出电流i输出始终小于k1·in，在t2延时到后进行电流正常输出；若在展宽时间t2内，同相供电换流控制器检测到实际输出电流i输出大于k1·in，则判定为接触网发生永久故障，并立即向变电站内所有接触网馈线继电保护装置发出启动保护信号；

s5、同相通电换流控制器向接触网馈线继电保护装置发出启动保护信号后，启动t3时间计时，并调整其输出电流为k2·in；变电站内接触网馈线继电保护装置接收到启动保护信号后即开始故障计算与判别，若某一保护装置动作，则跳开相应的馈线断路器，并启动故障测距，同时向同相供电换流控制器发送故障已切除信号；若在t3时间内同相供电换流控制器收到故障已切除信号，则恢复正常输出；若t3延时已满足，同相供电换流控制器仍未收到故障已切除信号，则立即停止输出电流，同时向scada系统发送告警信号，等待人工处理。

进一步的，还包括状态机制的建立，所述状态机制包括正常输出状态、中断输出状态、故障判别状态、故障输出状态、闭锁状态；

电流正常输出时，即为正常输出状态；

所述步骤s2中，当实际输出电流i输出大于k1·in时，同相供电换流控制器进入中断输出状态，中断输出状态的保持时间为t1；

中断输出状态的保持时间t1后，进入故障判别状态，故障判别状态的最大保持时间即为启动展宽时间t2；

所述步骤s4中，若在展宽时间t2内，即故障判别状态持续时间内，同相供电换流控制器检测到实际输出电流i输出大于k1·in，则在展宽时间t2后，进入故障输出状态；

所述步骤s5中，故障输出状态的最大持续时间为故障输出的最大保持时间t3、如果t3时间内故障切除，则进入正常输出状态，如果t3时间内未切除故障，则进入闭锁状态；

根据状态机制实时了解相供电换流控制器的状态。

进一步的，所述中断输出保持时间t1,应在合理范围内整定，用以熄灭故障时产生电弧，暂时切除接触网馈线上的瞬时或者永久性故障，对于瞬时性故障，馈线断路器没有必要跳闸后再重合闸。

进一步的，所述的比例系数k2的值应在合理范围内整定，既不超过同相供电换流控制器的输出能力，又满足接触网馈线末端故障时继电保护的灵敏性要求。

进一步的，所述步骤s1中，故障输出最大保持时间t3大于继电保护装置的最大动作时间为t4。

进一步的，所述同相供电换流控制器与继电保护装置之间通过报文方式通信。

相对于现有技术，本发明所述的贯通式同相供电接触网馈线继电保护方法具有以下优势：

(1)本发明所述的贯通式同相供电接触网馈线继电保护方法取代了原牵引网馈线保护的重合闸功能，实现了“软重合闸”的效果，减少了断路器的动作次数和故障电流对开关设备的冲击，延长了设备的使用寿命；解决了同相供电换流控制器因快速中断输出而导致的接触网馈线继电保护功能失效而导致的无选择性问题，由发生故障的接触网馈线的保护装置出口跳闸，切除故障馈线，保证了接触网馈线继电保护的选择性和无故障馈线的不间断供电，缩小了停电范围；解决了同相供电换流控制器因快速中断输出而导致的无法故障测距问题，在接触网馈线保护装置保护动作的同时进行故障测距，为进行接触网馈线有效地管理和故障诊断提供依据，具有方法科学合理、保护动作迅速等优点。

(2)本发明所述的贯通式同相供电接触网馈线继电保护方法建立了完善的状态机制，可以根据同相供电换流控制器的所在状态，实时了解故障处理所在节点。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的贯通式同相供电接触网馈线继电保护方法原理图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种贯通式同相供电接触网馈线继电保护方法，通过同相供电换流控制器实时检测输出电流，当检测到输出电流异常时，经过中断输出、再次输出和故障判别后，并结合牵引网馈线继电保护装置，最终实现电流正常输出或者向系统发送故障告警。

同相供电换流控制器是牵引供电系统采用贯通式同相供电技术时，所使用的一种集交直交变换与协调控制于一体的综合设备，它可将牵引变电站进线三相交流电变换成25kv/50hz的单相交流电，同时具有与牵引变电站内继电保护装置以及相邻牵引变电站进行协调控制的功能。

所述的接触网馈线继电保护装置启动保护逻辑只需以下三个条件满足其一即可：接收到同相供电换流控制器发出的启动保护信号、检测到馈线电流突变、检测到馈线电压突变。只有当馈线上存在故障点时，该馈线的继电保护装置方可能满足保护动作条件，出口跳闸并进行故障测距，其他馈线则因不满足保护动作条件而不动作，从而保证了继电保护的选择性，缩小了停电范围。

如图1所示，贯通式同相供电接触网馈线继电保护方法具体如下：

(1)首先在同相供电换流控制器(额定输出电流为in)中设置输出比例系数k1、k2、中断输出时间t1、展宽时间t2、故障输出最大保持时间t3，继电保护装置的最大动作时间为t4。

(2)构建状态机，该状态机包含：正常输出状态、中断输出状态、故障判别状态、故障输出状态、闭锁状态共5个状态。

(3)同相供电换流控制器正常工作时处于“正常输出状态”。在该状态下，同相供电换流控制器实时监测其输出的电流值，当实际输出电流i输出小于k1·in时，同相供电换流控制器正常工作，保持“正常输出状态”；当实际输出电流i输出大于k1·in时，同相供电换流控制器判定接触网馈线发生故障，此时同相供电换流控制器立即中断输出，进入“中断输出状态”。

(4)“中断输出状态”的保持时间为t1，在该状态下，同相供电换流控制器暂停输出电流以躲过牵引网馈线上发生的瞬时故障。当保持时间t1结束后，同相供电换流控制器进入“故障判别状态”。

(5)同相供电换流控制器一进入“故障判别状态”即启动展宽时间t2，同时根据实际负荷情况开始输出电流。若在展宽时间t2内，同相供电换流控制器检测到实际输出电流i输出始终小于k1·in，则在t2延时到后进入“正常输出状态”；若在展宽时间t2内，同相供电换流控制器检测到实际输出电流i输出大于k1·in，则立即向变电站内所有接触网馈线继电保护装置发出启动保护信号，同时同相供电换流控制器进入“故障输出状态”。

(6)进入“故障输出状态”后，同相供电换流控制器启动t3时间计时，并调整其输出电流为k2·in。变电站内接触网馈线继电保护装置接收到启动保护信号后即开始故障计算与判别，若某一保护动作则跳开相应的馈线断路器(继电保护最大动作时间为t4)并启动故障测距，同时向同相供电换流控制器发送故障已切除信号。若在t3时间内同相供电换流控制器收到故障已切除信号，则恢复正常输出，进入“正常输出状态”；若t3延时已满足，同相供电换流控制器仍未收到故障已切除信号，则立即停止输出电流，进入“闭锁状态”，同时向scada系统发送告警信号，等待人工处理。

结合具体实施例如下：

用于检测是否有线路故障的比例系数k1设置为1.5，即当输出电流超过1.5倍额定输出电流时，认为牵引网馈线线路发生故障；同相供电换流控制器“中断输出状态”的保持时间，即中断输出时间t1设置为0.5秒，用以躲过线路上大部分的瞬时故障；同相供电换流控制器“故障判别状态”的保持时间，即故障展宽时间t2设置为0.2秒，在该0.2秒时间内检测是否再次发生故障；比例系数k2设置为1.2，即在展宽时间t2内再次检测到故障时，则以额定输出功率不变、输出电流固定为1.2倍额定电流的方式向故障点注入电流，并启动保护判断，由牵引网馈线保护装置跳开故障线路的断路器；牵引网馈线继电保护的最大动作时间t4为1秒，为保证继电保护能可靠动作，同相供电换流控制器“故障输出状态”的最大保持时间，即向故障点注入电流的最大保持时间t3设置为1.5秒。若超过1.5秒，故障仍未切除，则停止输出，并向scada系统发出报警信号，提醒运营人员检修。

所述的同相供电换流控制器“中断输出状态”保持时间t1，应在合理范围内整定，用以熄灭故障时产生的电弧，暂时切除接触网馈线上的瞬时或者永久性故障，对于瞬时性故障馈线断路器没有必要再跳闸后再重合闸，该方法可替代传统牵引变电站中馈线保护装置的“重合闸”功能，减少馈线断路器动作次数，延长断路器使用寿命。

所述的比例系数k2的值应在合理范围内整定，既不超过同相供电换流控制器的输出能力，又满足接触网馈线末端故障时继电保护的灵敏性要求。

所述步骤s1中，故障输出最大保持时间t3大于继电保护装置的最大动作时间为t4。

所述同相供电换流控制器与继电保护装置之间通过报文方式通信。

接触网馈线继电保护装置跳闸后，其保护动作信号以及故障测距结果将以动作报告方式，发送至控制中心，并将故障已切除信号以通讯方式发送至同相供电换流控制器。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。