一种地铁交流环网供电动态适应过流保护方法及系统与流程

本发明属于电力系统配电网保护技术领域，特别涉及一种地铁交流环网供电动态适应过流保护方法及系统。

背景技术：

目前，我国地铁供电系统普遍采用“手拉手”双环网接线的中压网络供电方案。其根据分区内变电所的数量可划分为小分区供电方案和大分区供电方案。通常小分区供电方案的每个分区内设置3～4个变电所，且供电区间敷设的电缆较多，因此现已逐步采用大分区供电方案。大分区供电方案中1个分区通常设置6个及以上变电所。城市轨道交通中压网络结构备用关系复杂，在实际运行中运行方式多种多样。大分区供电保护在各种运行方式下均应能可靠动作，确保系统安全。市轨道交通相邻变电所的间距较短，35kv环网各点的线路阻抗相差较小，环网上不同地点的短路电流值相差亦很小。

近些年，随着供电一次设备产品性能的提高和城市化进程的加快，建设成本低、方便施工和运行维护管理的大分区轨道交通供电系统逐渐成为一种趋势。对于分散式及小分区中压交流供电系统，保护配置相对简单，与传统的电力系统保护配置没有太大区别；但对于大分区交流供电系统情况则不同，由于受到一次设备故障耐受时间的限制，传统的过流保护方案无法满足各种故障时保护动作选择性的要求，特别是当保护装置故障或者通讯异常时，这就容易导致保护装置的动作会将未故障时的设备切除。

例如在附图2中，按照现有的保护逻辑，如果保护装置4和保护装置5之间通讯异常，当故障点出现在地铁站3和地铁站4之间的环网电缆上时，保护装置4检测到保护装置3的过流启动判断信号，但是接收不到保护装置5的过流启动判断信号，则保护装置4会判断故障点在地铁站2和地铁站3之间的环网电缆上，因此会控制该处的断路器断开，将地铁站3及后续的站点均切除，但实际故障点是在地铁站3和地铁站4之间的环网电缆上，这样就将没有故障的地铁站3也切除掉了，导致切除故障的范围过大。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种地铁交流环网供电动态适应过流保护方法及系统，用于解决现有技术中供电环网中在切除故障时保护时间级差配合难以及由于通讯异常或者保护装置故障导致切除故障范围较大的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种地铁交流环网供电系统的过流保护方法，地铁交流环网中每个供电区间包括第一母线和第二母线，第一母线和第二母线之间通过母联开关连接，相邻供电区间的对应母线通过环网电缆连接，每个母线上设置有具备动态适应过流保护功能的保护装置，保护装置包括进线保护装置和出线保护装置，如果出线保护装置与相邻供电区间对应的进线保护装置之间通讯异常，则该出线保护装置及其相邻供电区间上对应的进线保护装置的动态适应过流保护动作延迟时间由t1设置为t2；如果出线保护装置出现故障，则与该出线保护装置在同一母线上及其相邻供电区间上对应的进线保护装置的动态适应过流保护动作延迟时间由t1设置为t2；t2>t1，t1为保护装置正常运行时的动态适应过流保护的动作延迟时间。

本发明的有益效果是：

当出线保护装置与相邻供电区间的进线保护装置之间通讯异常，则该出线保护装置的动态适应过流保护动作时间由t1延长为t2，当到达时间t1时保护装置不动作，当时间延迟到t2时如果故障未被切除则该出线保护装置动作；如果出线保护装置出现故障，则与该出线保护装置在同一母线上的进线保护装置的动态适应过流保护动作时间由t1延长为t2，当到达时间t1时，与该出线保护装置在同一母线上的进线保护装置不动作，当时间延迟到t2时如果故障未被切除则该进线保护装置动作。避免了故障切除范围过大，提高了地铁站运行可靠性。

为了避免将未故障时的保护装置对应的断路器切除，如果进线保护装置出现故障，则该进线保护装置相邻供电区间上对应的出线保护装置的动态适应过流保护动作延迟时间由t1设置为t2。

为了区别区内故障和区外故障，配置所述动态适应过流保护功能的保护装置接收相邻供电区间上对应的保护装置的过流启动判断信号和本母线的过流启动判断信号；该保护装置检测故障电流大于动态适应过流定值，动态适应过流保护启动，该保护装置正常运行时，如果此时保护装置接收到的两种信号均为真，则判定为区外故障，闭锁该保护装置的动态适应过流保护功能；如果保护装置接收到的相邻供电区间上对应的保护装置的过流启动判断信号为假，本母线的过流启动判断信号为真，则判定为区内环网电缆故障，该保护装置动作；如果保护装置接收到的相邻供电区间上对应的保护装置的过流启动判断信号为真，本母线的过流启动判断信号为假，则判定为区内母线故障，该保护装置动作。

为了提高保护装置动作的可靠性，当保护装置的动态适应过流保护动作延迟时间变为t2时，到达t1时刻不动作，到达t2时刻如果故障未被切除则该保护装置动作。

各供电区间的第一母线、第二母线与变压器之间设置有馈线保护装置，馈线保护装置动作延迟时间设置为t0，t1>t0，提高了馈线保护装置动作的可靠性。

本发明还提供了一种地铁交流环网供电动态适应过流保护系统，地铁交流环网中每个供电区间包括第一母线和第二母线，第一母线和第二母线之间通过母联开关连接，相邻供电区间的对应母线通过环网电缆连接，每个母线上设置有具备动态适应过流保护功能的保护装置，保护装置包括进线保护装置和出线保护装置，如果出线保护装置与相邻供电区间对应的进线保护装置之间通讯异常，则该出线保护装置及其相邻供电区间上对应的进线保护装置的动态适应过流保护动作延迟时间由t1设置为t2；如果出线保护装置出现故障，则与该出线保护装置在同一母线上及其相邻供电区间上对应的进线保护装置的动态适应过流保护动作延迟时间由t1设置为t2；t2>t1，t1为保护装置正常运行时的动态适应过流保护的动作延迟时间。

本发明的有益效果是：

当出线保护装置与相邻供电区间的进线保护装置之间通讯异常，则该出线保护装置的动态适应过流保护动作时间由t1延长为t2，当到达时间t1时保护装置不动作，当时间延迟到t2时如果故障未被切除则该出线保护装置动作；如果出线保护装置出现故障，则与该出线保护装置在同一母线上的进线保护装置的动态适应过流保护动作时间由t1延长为t2，当到达时间t1时，与该出线保护装置在同一母线上的进线保护装置不动作，当时间延迟到t2时如果故障未被切除则该进线保护装置动作。避免了故障切除范围过大，提高了地铁站运行可靠性。

为了避免将未故障时的保护装置对应的断路器切除，如果进线保护装置出现故障，则该进线保护装置相邻供电区间上对应的出线保护装置的动作延迟时间由t1设置为t2。

为了区别区内故障和区外故障，配置所述动态适应过流保护功能的保护装置接收相邻供电区间上对应的保护装置的过流启动判断信号和本母线的过流启动判断信号；该保护装置检测故障电流大于动态适应过流定值，动态适应过流保护启动，该保护装置正常运行时，如果此时保护装置接收到的两种信号均为真，则判定为区外故障，闭锁该保护装置的动态适应过流保护功能；如果保护装置接收到的相邻供电区间上对应的保护装置的过流启动判断信号为假，本母线的过流启动判断信号为真，则判定为区内环网电缆故障，该保护装置动作；如果保护装置接收到的相邻供电区间上对应的保护装置的过流启动判断信号为真，本母线的过流启动判断信号为假，则判定为区内母线故障，该保护装置动作。

为了提高保护装置动作的可靠性，当保护装置的动态适应过流保护动作延迟时间变为t2时，到达t1时刻不动作，到达t2时刻如果故障未被切除则该保护装置动作。

各供电区间的第一母线、第二母线与变压器之间设置有馈线保护装置，馈线保护装置动作延迟时间设置为t0，t1>t0，提高了馈线保护装置动作的可靠性。

附图说明

图1为本发明的各保护装置启动过流保护时的信号连接示意图；

图2为现有技术的地铁站交流环网供电系统的结构示意图；

图3为本发明的动态适应过流保护逻辑图；

图4为本发明的地铁环网电缆故障通讯正常时故障处理示意图；

图5为本发明的地铁环网电缆故障通讯异常时故障处理示意图；

图6为本发明的地铁供电系统母线故障处理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：

过流保护系统实施例：

一种地铁交流环网供电动态适应过流保护系统，该过流保护系统可以用在地铁站系统中，也可以应用在其他的大型设备中。如图1所示，包括三个地铁站，每个地铁站对应一个供电区间，每个供电区间包括第一母线和第二母线，第一母线和第二母线通过母联开关相连，该母联开关为母联断路器，相邻供电区间的对应母线通过环网电缆连接，每个供电区间内设置有与断路器，每个断路器对应设置有保护装置，母联断路器对应设置有母联保护装置，保护装置包括进线保护装置和出线保护装置，各保护装置配置有动态适应过流保护功能，如图1所示，本实施例的动态适应过流保护系统中设置有断路器k1、断路器k2、断路器k3、断路器k4、断路器k5、断路器k6、断路器k7、断路器k8，保护装置1为与断路器k1相对设置，其他保护装置与其他断路器依次类推配对。其中，保护装置1、保护装置3、保护装置5……为进线保护装置，保护装置2、保护装置4、保护装置6……为出线保护装置。保护装置1和保护装置2，保护装置3和保护装置4……分别为同一母线上的两个保护装置。每个保护装置动态适应过流保护设置t1时间、t2时间、t3时间三个时间级差，其中t1时间为保护装置正常运行时的动态适应过流保护动作延迟时间，t3>t2>t1，t3时间是指当到达t1时间或者t2时间后保护装置均没有动作，那么到达t3时间时保护装置再次动作，本实施例t1＝0.4s，t2＝0.6s，t3＝1.2s。

出线和进线是相对的，正常情况下，系统由左侧电源供电，电流的流向为从左到右；当出现故障并由保护装置将故障切除后，启动右侧的后备电源，此时对于故障点右侧的站点来说，电流的流向是从右到左，因此对于使用后备电源的站点来说，原有的出线变为进线，原有的进线变为出线，但是各个保护装置的动作策略以及延时时间与未故障时是一样的。

各保护装置同时接收两组过流启动判断信号，一组是与该保护装置连接的环网电缆对侧断路器的保护装置的过流启动判断信号，另一组是本母线的过流启动判断信号，本母线的过流启动判断信号包括该保护装置所在母线的另一个断路器的保护装置的过流启动判断信号及母联断路器的母联保护装置的过流启动判断信号，只要接收到该保护装置所在母线的另一个断路器的保护装置的过流启动判断信号及母联断路器的母联保护装置的过流启动判断信号中的其中一种信号就表示接收到了本母线的过流启动判断信号。

过流保护方法实施例：

在保护装置没有故障并且相互之间通讯正常时，保护装置检测到故障电流大于“动态适应过流定值”时，启动动态适应过流保护，然后如果保护装置接收到的两组过流启动判断信号均为“真”，则保护装置的动态适应过流保护被闭锁并判断为区外故障；如图2所示，包括四个地铁站，以保护装置3为例，当故障发生在b点时，保护装置4和母联保护装置均没有过流启动判断信号；当故障发生在a点时，保护装置4和母联保护装置均有过流启动判断信号，考虑到实际中母联保护装置有可能处于分位或者合位，处于分位时不会产生过流启动判断信号，处于合位时才会根据是否故障发出对应的过流启动判断信号，因此对于保护装置3，至少需要接收到保护装置4的过流启动判断信号才表示本母线的过流启动判断信号为真。

如果保护装置收到的两组过流启动判断信号一组为真另一组为假，则判为区内故障，需要说明的是，信号为假，与保护装置故障或者通讯异常时正常的保护装置接收不到故障保护装置的信号的含义不一样，并且如果是对侧断路器(该对侧断路器指的是相邻供电区间的保护装置对应的断路器)保护装置的过流启动判断信号为假则判断为区内环网电缆故障，对应的保护装置以及对侧断路器的保护装置控制相应的断路器断开；如果是本母线的过流启动判断信号为假则判断为本母线故障，保护装置控制母联断路器断开；保护装置的动态适应过流保护经t1延时快速动作出口切除故障，并根据故障判别结果联跳对侧断路器或者母联断路器。

在保护装置故障或者各保护装置之间通讯异常时，首先闭锁对应保护装置的动态适应过流保护t1时间的过流保护功能，启动这些保护装置t2时间的过流保护功能，t2>t1，其他断路器的保护装置的保护时间不变。

以地铁站2为例，对本发明的动态适应过流保护方法作进一步说明：

本实施例的动态适应过流保护方法主要包括三个方面，分别是各保护装置之间通讯正常时的保护策略、通讯异常时的保护策略及保护装置本身故障时的保护策略。其中，各保护装置之间通讯正常时的保护策略、通讯异常时的保护策略如表1所示。

表1

根据表1对各保护装置间通讯正常且无保护装置故障时的保护策略进行分析：

1)若地铁站间环网电缆故障，按照图4所示，动态适应过流保护逻辑通过比较本装置的电流启动信号和对侧装置的电流启动信号，确定故障点发生于区内或区外。例如故障发生在a点且保护装置间通讯正常，此时保护装置4检测故障电流大于“动态适应过流定值”且接收到的环网电缆相邻供电区间上对应的保护装置5的过流启动判断信号为假，则保护装置4满足图3所示环网电缆故障判别逻辑从而判断故障点发生在区内，保护装置4配置的动态适应过流保护t1时间动作出口跳开断路器k4并联跳断路器k5，完成故障隔离。线路上其他保护装置判断为故障点发生在区外，动态适应过流保护t1时间被闭锁，保护不动作。

2)地铁站母线故障，按照图6所示，故障发生在b点且保护装置间通讯正常，此时保护装置3检测故障电流大于“动态适应过流定值”且接收到的保护装置4的过流启动判断信号为假，则保护装置3满足图3所示母线故障判别逻辑从而判断故障点发生在区内，保护装置3配置的动态适应过流保护t1时间动作出口跳开断路器k3并联跳断路器k4、地铁站2的母联断路器，完成故障隔离。线路上其他装置判断故障点发生在区外，其动态适应过流保护t1时间被闭锁，保护不动作。

3)若故障发生在c点，保护装置3启动过流保护且收到保护装置4的过流启动判断信号为真，保护装置4启动动态适应过流保护且收到保护装置5的过流启动判断信号为真，保护装置3和保护装置4的动态适应过流保护t1时间不动作，此时故障由馈线保护动作出口断开故障点c上游断路器。

4)若故障发生在d点，保护装置3和保护装置4启动动态适应过流保护且接收到的上述两组判断信号均为真，动态适应过流保护t1时间不动作，保护装置7动态适应过流保护t1时间动作。

对出线保护装置与相邻供电区间的进线保护装置之间通讯异常的保护策略进行分析：

如果出线保护装置与相邻供电区间对应的进线保护装置之间通讯异常，则该出线保护装置及其相邻供电区间上对应的进线保护装置的动态适应过流保护动作延迟时间由t1设置为t2；以图2和图5来说，若保护装置4和保护装置5之间通讯异常，将保护装置4及保护装置5的动态适应过流保护动作延迟时间由t1延长至t2。若a点发生故障，就是说在地铁站2和地铁站3之间的环网电缆发生故障，保护装置4产生过流启动判断信号，经过延时时间t2动作，到达时间t1后，若故障已经切除，则系统恢复正常，那么到达时间t2后保护装置4不再动作；若故障发生在地铁站3与地铁站4之间的环网电缆上，将保护装置4的动作延迟时间由t1延长至t2，保护装置6的动作时间设置为t1，当到达时间t1后，保护装置6控制对应的断路器k6动作，将地铁站4切除。

若故障发生在b点，如图6所示，即地铁站2的母线发生故障，保护装置4的动态适应过流保护不启动，此时保护装置3到达t2时间后跳开对应的断路器k3。

若故障发生在c点，保护装置3启动过流保护，满足过流保护t2动作逻辑但是此时故障点所在馈线的保护0.2s切除故障达不到保护装置3的过流保护的t2时间，故而此时仅故障点所在馈线保护动作并切除故障，断开馈线保护装置对应的断路器，其他装置保护不动作出口。

若故障发生d点，此时保护装置7满足如图3所示母线故障判别逻辑，延时t1时间后，断开断路器k7，切除故障，此时因保护装置3和保护装置4未达到t2动作时间，故而保护装置3和保护装置4的t2保护不会动作出口。

出线保护装置本身故障时的保护策略分析过程为：

如果出线保护装置出现故障，则与该出线保护装置在同一母线上的进线保护装置的动态适应过流保护动作延迟时间由t1设置为t2；t2>t1，t1为保护装置正常运行时的动态适应过流保护动作延迟时间。如图2所示，若保护装置4发生故障，且此时故障发生在a点，将保护装置3的动作延迟时间由t1延长至t2，当到达时间t2后，保护装置3控制对应的断路器k3动作，切除地铁站3。

若故障发生在b点，如图6所示，即地铁站2的母线发生故障，保护装置4由于发生故障，所以不参加任何判断过程，此时保护装置3动态适应过流保护到达t2时间后跳开对应的断路器k3。

若故障发生在c点，保护装置3启动动态适应过流保护，满足过流保护t2动作逻辑但是此时故障点所在馈线的保护0.2s切除故障达不到保护装置3的过流保护的t2时间，故而此时仅故障点所在馈线保护动作并切除故障，断开馈线保护装置对应的断路器，其他装置保护不动作出口。

若故障发生在d点，此时保护装置7满足如图3所示母线故障判别逻辑，延时t1时间后，断开断路器k7，切除故障，此时因保护装置3和保护装置4动态适应过流保护未达到t2动作时间，故而保护装置3和保护装置4的动态适应过流保护t2保护不会动作出口。

同理如果进线保护装置与相邻供电区间的出线保护装置之间通讯异常，则该进线保护装置及其相邻供电区间上对应的出线保护装置的动态适应过流保护动作延迟时间由t1设置为t2；t2>t1；如果进线保护装置出现故障，则与该进线保护装置在同一母线上及其相邻供电区间上对应的出线保护装置的动态适应过流保护动作延迟时间由t1设置为t2。进线保护装置与相邻供电区间的出线保护装置之间通讯异常或者进线保护装置本身故障时，过流保护启动过程及控制切断对后续的地铁站的供电过程与上述的过程是类似的，因此，在这里不再赘述。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于以上所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。