一种直流牵引供电系统电流增量保护测试方法和系统与流程

本发明涉及供电系统安全检测领域，尤其是一种直流牵引供电系统电流增量保护测试方法和系统。

背景技术：

在电牵引的轨道交通系统中，轨道交通直流牵引供电系统得到最广泛的应用。为了使直流牵引供电系统可靠运行，就必须要有安全高效的保护系统。在国内轨道交通牵引系统的直流馈线开关柜上都配有直流保护装置。其中，电流增量保护是直流保护装置重要的保护之一。

电流增量保护可以根据馈线电流上升率变化来区分故障电流和正常的工作电流，从而避免直流开关设备和接触网设备出现过负荷和短路的情况，并根据电流的变化情况，在达到最大短路电流之前检测出短路的发生，启动相应的出口来跳开开关，切除故障回路保护供电设备的安全。

一般情况下，与电流增量保护配合的保护策略还有电流上升率保护，但是两者的保护原理并不相同，因此对于这两种功能的测试需要采用不同的测试方法。

目前，国内直流牵引供电系统直流保护装置的电流增量保护测试方法，都是通过毫伏发生器输出适度的直流电压小信号，来模拟实际试验过程，这样的测试方法难以模拟多种用于电流增量保护测试的故障电流波形。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种能够模拟多种用于电流增量保护测试的故障电流波形的直流牵引供电系统电流增量保护测试方法和系统。

本发明所采取的第一种技术方案是：

一种直流牵引供电系统电流增量保护测试方法，包括以下步骤：

获取用户的输入数据；

根据输入数据获取第一至第n电流上升率和第一至第n测试时间，所述n大于等于2；

根据第一至第n电流上升率和第一至第n测试时间向直流牵引供电系统的保护装置输出故障电流；

实时检测保护装置输出的保护信号；

将第一至第n测试时间相加得到总的测试时间，判断在总的测试时间内是否检测到保护信号，若是，则记录保护信号的检测时刻；反之，则结束测试。

进一步，所述故障电流为上升率可变的电流。

进一步，所述根据第一至第n电流上升率和第一至第n测试时间向直流牵引供电系统的保护装置输出故障电流，这一步骤具体包括：

根据第一至第n电流上升率和第一至第n测试时间，获取故障电流的输出曲线；

根据故障电流的输出曲线向直流牵引供电系统的保护装置输出故障电流。

进一步，还包括以下步骤：

生成测试报告；所述测试报告包括测试条件以及保护信号的检测时刻，所述测试条件包括第一至第n电流上升率和第一至第n测试时间。

进一步，还包括以下步骤：

实时地对实际输出的故障电流进行记录。

本发明所采取的第二种技术方案是：

一种直流牵引供电系统电流增量保护测试系统，包括：

输入模块，用于获取用户的输入数据；

获取模块，用于根据输入数据获取第一至第n电流上升率和第一至第n测试时间，所述n大于等于2；

输出模块，用于根据第一至第n电流上升率和第一至第n测试时间向直流牵引供电系统的保护装置输出故障电流；

检测模块，用于实时检测保护装置输出的保护信号；

判断模块，用于将第一至第n测试时间相加得到总的测试时间，判断在总的测试时间内是否检测到保护信号，若是，则记录保护信号的检测时刻；反之，则结束测试。

进一步，所述故障电流为上升率可变的电流。

进一步，所述输出模块包括：

曲线获取单元，用于根据第一至第n电流上升率和第一至第n测试时间，获取故障电流的输出曲线；

输出单元，用于根据故障电流的输出曲线向直流牵引供电系统的保护装置输出故障电流。

进一步，还包括报告生成模块，所述报告生成模块用于生成测试报告；所述测试报告包括测试条件以及保护信号的检测时刻，所述测试条件包括第一至第n电流上升率和第一至第n测试时间。

进一步，还包括记录模块，所述记录模块用于实时地对实际输出的故障电流进行记录。

本发明的有益效果是：本发明通过从用户的输入数据中获取第一至第n电流上升率和第一至第n测试时间，并根据第一至第n电流上升率和第一至第n测试时间模拟故障电流，以达到根据用户的输入数据输出不同的电流波形的目的，本发明能够根据用户的输入数据模拟多种电流增量保护测试的故障电流模型，使得电流增量保护测试更加方便。

附图说明

图1为电流增量保护的保护原理示意图；

图2为本发明一种具体实施例的直流牵引供电系统电流增量保护测试方法的流程图；

图3为本发明一种具体实施例的故障电流的输出波形图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例对本发明进行进一步的说明。

当保护装置安装点附近发生短路故障时，检测到的电流上升率将会很大，因此可利用电流的上升变化增量△i作为判断，在短路电流未达到最大峰值前判断出故障并切断电流。△i保护扩大了保护范围，更加有效地确保整个供电系统和列车的安全运行。电流增量保护只有正向保护。

电流增量保护的原理如下：

电流增量保护有七个定值：最大电流增量△imax、最小电流增量△imin、启动定值edi/dt、返回定值fdi/dt、延时t1、延时t2和延时t3。当电流上升率大于启动定值edi/dt，保护装置启动并记录此刻电流作为计算电流增量△i的初始值，同时计算电流上升率di/dt。如果电流上升率di/dt一直大于返回定值fdi/dt,则电流增量保护处于启动状态。如果电流上升率di/dt小于返回定值fdi/dt，则从此点开始t2的延时计时，如果在t2时间内电流上升率又大于电流上升率返回定值fdi/dt，电流增量保护仍保持启动状态，反之电流增量保护将被复归，同时计算电流增量△i的初始值也将被更新。

保护启动后有两种动作情况：

(1)在t1延时范围内电流增量△i大于定值△imax则延时完成后触发保护动作，如果t1延时完毕后电流增量△i没有达到△imax定值，那么即使超过延时t1后再达到△imax定值仍能触发保护动作；

(2)在t3延时范围内△i大于定值△imin则延时到后触发保护动作，如果延时t3定值到后△i没有达到△imin定值，那么即使超过延时t3定值再达到△imin定值仍能触发保护动作。

图1示出了电流增量保护的保护原理，图1中以a点作为故障起点：

曲线①延时t1未到，电流开始下降，保护不动作；

曲线②和曲线③分别在b点和c点满足△imax的动作条件；

曲线④表示的保护返回原理，在d点由于电流上升率di/dt小于返回定值fdi/dt，延时t2至e点保护返回，到f点由于电流上升率di/dt再次大于启动定值edi/dt，保护以此为起点重新计算△i；

曲线⑤满足△imin的动作条件。

基于上述保护原理，本发明需要模拟多种电流上升率可变的故障电流。

参照图2，一种直流牵引供电系统电流增量保护测试方法，用于测试仪器，包括以下步骤：

s1、获取用户的输入数据；所述输入数据可以通过鼠标、触摸屏或者键盘等输入装置输入。本步骤获取这些输入数据。

s2、根据输入数据获取第一至第n电流上升率和第一至第n测试时间，所述n大于等于2；其中，电流上升率和测试时间是一一对应的，即第一测试时间是第一电流上升率的输出时间，通过本步骤获取多组配置参数，使得本实施例可以输出测试所需要的故障电流的波形。本步骤，用户可以根据需要模拟的故障电流的波形，输入多组参数来进行设置。

s3、根据第一至第n电流上升率和第一至第n测试时间向直流牵引供电系统的保护装置输出故障电流。以n＝3为例，本步骤所输出的故障电流，其按照第一电流上升率持续第一测试时间长的电流输出，然后按照第二电流上升率持续第二测试时间长的电流输出，最后按照第三电流上升率持续第三测试时间长的电流输出。如图3所示，本实施例的故障电流的输出波形为一条三段的折线，其中k1为第一电流上升率，k2为第二电流上升率，k3为第三电流上升率，tk1为第一测试时间，tk2为第二测试时间，tk3为第三测试时间。

s4、实时检测保护装置输出的保护信号；当保护装置产生电流增量保护动作时，会通过一个输出端口发送保护信号，所述保护信号可以是脉冲，也可以是电平变化。

s5、将第一至第n测试时间相加得到总的测试时间，判断在总的测试时间内是否检测到保护信号，若是，则记录保护信号的检测时刻；反之，则结束测试。根据保护信号的检测时刻，检测人员可以获取从故障电流的产生到保护动作的发生之间的时间间隔，从而根据该时间间隔判断保护装置是否符合安全规范。

本实施例以模拟曲线④作为例子进行说明。

首先进行初始化设置，根据现场实际保护装置的整定值，依次将启动定值设置为定值40a/ms，增量定值设置为4000a，返回延时默认设置为1ms。故障前电流默认设置为0a，这些参数主要和保护装置的参数有关，设置这些参数可以用于生成测试报告。

然后，我们可以设置三组故障状态，第一状态、第二状态和第三状态。

第一状态：电流上升率设置为50a/ms，测试时间设置为70ms，

第二状态：电流上升率设置为30a/ms，测试时间设置为60ms，

第三状态：电流上升率设置为50a/ms，测试时间设置为90ms。

第一状态输出电流上升率50a/ms大于启动值40a/ms，保护启动后，持续一段时间70ms，累计增量3500a小于“增量定值△i＝4000a”，保护装置不会动作；进入第二状态输出，第二状态的电流上升率30a/ms小于启动值40a/ms，保护复归，停止计时；最后进入第二状态输出，第二状态的电流上升率50a/ms大于启动值40a/ms，保护启动，故障电流持续输出90ms，累计增量4500a大于“增量定值△i＝4000a”，保护装置动作。

这样，我们就根据参数设置，模拟输出故障电流曲线，来验证了图1中所示的曲线④的故障电流特性。同理，我们可以灵活设置相关参数，来验证图1中的另外几条曲线故障电流特性。

作为优选的实施例，所述步骤s3具体包括：

s31、根据第一至第n电流上升率和第一至第n测试时间，获取故障电流的输出曲线；

s32、根据故障电流的输出曲线向直流牵引供电系统的保护装置输出故障电流。

本实施例首先通过输入数据计算出故障电流的输出曲线，所述输出曲线可以是若干个数据点，然后根据这些数据点输出故障电流，从而提升模拟精度。

作为优选的实施例，还包括以下步骤：

s6、生成测试报告；所述测试报告包括测试条件以及保护信号的检测时刻，所述测试条件包括第一至第n电流上升率和第一至第n测试时间，当然还应当包括一般测试报告中含有的信息，例如测试的开始时刻和测试的结束时刻等等。

作为优选的实施例，还包括以下步骤：

s7、实时地对实际输出的故障电流进行记录。在实际情况中，测试仪或者测试系统在使用过程中可能会老化，使得设置的故障电流和实际输出的故障电流之间存在偏差。本实施例对实际输出的故障电流进行采样，便于对测试仪或者测试系统进行校正。所述校正可以是人工校正，也可以是通过内部设置的pid算法进行校正。当然，本实施例也便于生成更加详细的测试报告。

一种与图1中方法相对应的直流牵引供电系统电流增量保护测试系统，包括：

输入模块，用于获取用户的输入数据；

获取模块，用于根据输入数据获取第一至第n电流上升率和第一至第n测试时间，所述n大于等于2；

输出模块，用于根据第一至第n电流上升率和第一至第n测试时间向直流牵引供电系统的保护装置输出故障电流；

检测模块，用于实时检测保护装置输出的保护信号；

判断模块，用于将第一至第n测试时间相加得到总的测试时间，判断在总的测试时间内是否检测到保护信号，若是，则记录保护信号的检测时刻；反之，则结束测试。

作为优选的实施例，所述故障电流为上升率可变的电流。

作为优选的实施例，所述输出模块包括：

曲线获取单元，用于根据第一至第n电流上升率和第一至第n测试时间，获取故障电流的输出曲线；

输出单元，用于根据故障电流的输出曲线向直流牵引供电系统的保护装置输出故障电流。

作为优选的实施例，还包括报告生成模块，所述报告生成模块用于生成测试报告；所述测试报告包括测试条件以及保护信号的检测时刻，所述测试条件包括第一至第n电流上升率和第一至第n测试时间。

作为优选的实施例，还包括记录模块，所述记录模块用于实时地对实际输出的故障电流进行记录。

对于上述方法实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。