一种电气化铁路所用变压器保护系统的制作方法

本发明实施例涉及电力保护技术领域，具体涉及一种电气化铁路所用变压器保护系统。

背景技术：

电气化铁路牵引变电所(分区所、开闭所、at所)用电源采用双路供电，通常一路通过综合贯通线取电，即采用三相10/0.4kv所用变压器作为变电所内主供电源，另一路从牵引网取电，即采用三相或单相27.5/0.4(0.23)kv所用变压器作为变电所内热备电源。

由于牵引供电系统存在的高次谐波、分相过电压、操作冲击过电压、网压波动闪变、系统高频谐振等工况给所用变压器带来了极为不利的影响，导致从牵引网取电的所用变压器易于发生短路故障。

针对网上取电的所用变压器易于发生故障的问题，普速电气化铁路所用变压器一般采用熔断器保护，高速铁路通常采用“熔断器+负荷开关”的组合保护方式。但是，由于27.5kv所用变压器容量小、导线截面小、场强高、绕组匝数多、额定电流小，因此“熔断器+负荷开关”的组合保护方式仍不能满足27.5kv所用变压器的保护需求，变压器的保护需求与现有的保护装置不相匹配，致使变压器故障后保护装置不能迅速动作，以致故障扩大，给铁路安全运行带来较大影响。

目前对27.5kv干式所用变压器大多加装温度控制装置，对变压器因故障引起的温度异常起到了一定预警作用。国内相关企业曾进行了干式变压器光纤测温研究，对所用变压器线圈进行多点温度监测，但无法与现有保护装置实现联动。

近年来所用变压器烧毁爆炸的事故屡见不鲜，给铁路安全运行带来较大影响。我国电气化铁路已有60年历史，但所用变压器保护仍为空白，尽管一些科研人员做了一些研究工作，但目前尚未见到理想效果。

技术实现要素：

为解决现有所用变压器在发生短路故障时，不能进行有效保护的问题，本发明实施例提供一种电气化铁路所用变压器保护系统。

本发明实施例提供的电气化铁路所用变压器保护系统，包括：快速开关、所用变压器、电流互感器、继电器及控制器；其中，所述电流互感器用于将所述所用变压器的一次侧电流及二次侧电流分别变换成相同大小的一次侧测量电流以及二次侧测量电流；所述继电器用于根据差动电流判断是否发生匝间短路故障，所述差动电流为所述一次侧测量电流与所述二次侧测量电流之差；若所述继电器判断获知发生匝间短路故障，则所述继电器的内部接点闭合，并将其内部接点闭合的信息传递给所述控制器；所述控制器用于在获知所述继电器的内部接点闭合后，向所述快速开关发送跳闸指令；所述快速开关用于在接收到所述跳闸指令后，完成跳闸动作。

可选地，所述继电器在用于根据差动电流判断是否发生匝间短路故障时，具体用于：若所述差动电流为零，则判断获知未发生匝间短路故障；否则，判断获知发生匝间短路故障。

可选地，所述电流互感器为霍尔互感器。

可选地，所述一次侧测量电流以及二次侧测量电流为ma级。

可选地，所述快速开关为基于涡流驱动原理的快速开关。

可选地，所述快速开关在10ms内完成跳闸动作。

可选地，所述快速开关还用于在接收到所述控制器发送的所述跳闸指令完成跳闸动作后，向所述控制器发送状态信息。

可选地，所述快速开关还用于在发生外部短路故障时，完成跳闸动作。

可选地，所述所用变压器为27.5kv所用变压器。

本发明实施例通过利用电流互感器分别对所用变压器的一次侧电流及二次侧电流进行变换，并根据差动电流判断是否发生匝间短路故障，若判断发生匝间短路故障，则控制快速开关进行跳闸，此种保护方案可取消现有电气化铁路所用变压器“熔断器+负荷开关”保护方式，提高所用变压器安全运行的能力，有效预防变压器起火、爆炸等安全事故的发生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的电气化铁路所用变压器保护系统结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明实施例提供的电气化铁路所用变压器保护系统结构示意图。如图1所示，所述系统包括：快速开关1、所用变压器2、电流互感器3、继电器4及控制器5；其中，所述电流互感器3用于将所述所用变压器2的一次侧电流及二次侧电流分别变换成相同大小的一次侧测量电流以及二次侧测量电流；所述继电器4用于根据差动电流判断是否发生匝间短路故障，所述差动电流为所述一次侧测量电流与所述二次侧测量电流之差；若所述继电器4判断获知发生匝间短路故障，则所述继电器的内部接点闭合，并将其内部接点闭合的信息传递给所述控制器5；所述控制器5用于在获知所述继电器4的内部接点闭合后，向所述快速开关1发送跳闸指令；所述快速开关1用于在接收到所述跳闸指令后，完成跳闸动作。

所述电流互感器3用于将所述所用变压器2的一次侧电流及二次侧电流分别变换成相同大小的一次侧测量电流以及二次侧测量电流；即所述电流互感器3将所用变压器2的一次侧电流变换成一次侧测量电流，并将所用变压器2的二次侧电流变换成二次侧测量电流；在所用变压器正常运行时，所述一次侧测量电流和所述二次侧测量电流的值相等。

根据所述一次侧测量电流和所述二次侧测量电流得到差动电流，所述差动电流为所述一次侧测量电流与所述二次侧测量电流之差，可以理解的，所述差动电流可以为所述一次侧测量电流减去所述二次侧测量电流的结果，也可以为所述二次侧测量电流减去所述一次侧测量电流的结果。图1中，所述差动电流用id表示。

所述继电器4用于根据差动电流判断是否发生匝间短路故障。差动电流的值可以反映所用变压器2是否正常运行以及是否发生匝间短路故障。若所述继电器4判断根据差动电流的值获知发生匝间短路故障，则所述继电器4的内部接点闭合，并将其内部接点闭合的信息传递给所述控制器5。如图1所示，所述控制器5的两根接线分别连接继电器4内部接点的两端，因此若继电器4的内部接点闭合，会将其内部接点闭合的信息传递给所述控制器5，也即控制器5会获知此信息。

所述控制器5用于在获知所述继电器4的内部接点闭合后，向所述快速开关1发送跳闸指令。所述继电器4的内部接点闭合表示发生了匝间短路故障，因此，控制器5用于在获知所述继电器4的内部接点闭合后，向所述快速开关1发送跳闸指令，控制快速开关1进行跳闸动作。

所述快速开关1用于在接收到控制器5发送的所述跳闸指令后，完成跳闸动作，实现电路的及时断开。

本发明实施例通过利用电流互感器分别对所用变压器的一次侧电流及二次侧电流进行变换，并根据差动电流判断是否发生匝间短路故障，若判断发生匝间短路故障，则控制快速开关进行跳闸，此种保护方案可取消现有电气化铁路所用变压器“熔断器+负荷开关”保护方式，提高所用变压器安全运行的能力，有效预防变压器起火、爆炸等安全事故的发生。

进一步地，基于上述实施例，所述继电器4在用于根据差动电流判断是否发生匝间短路故障时，具体用于：若所述差动电流为零，则判断获知未发生匝间短路故障；否则，判断获知发生匝间短路故障。

所述电流互感器3用于将所述所用变压器2的一次侧电流及二次侧电流分别变换成相同大小的一次侧测量电流以及二次侧测量电流；所述差动电流为所述一次侧测量电流与所述二次侧测量电流之差；所述差动电流可以反映是否发生匝间短路故障。所用变压器2正常运行时，一次侧测量电流以及二次侧测量电流的值相等，因此所述差动电流为零；若所用变压器2发生匝间短路，则不再正常运行，此时所述一次侧测量电流以及二次侧测量电流不再相等，从而所述差动电流不等于零。因此，根据差动电流是否为零可以判断是否发生匝间短路。

所述继电器4在用于根据差动电流判断是否发生匝间短路故障时，具体用于：若所述差动电流为零，则判断获知未发生匝间短路故障；若所述差动电流不为零，判断获知发生匝间短路故障。

在上述实施例的基础上，本发明实施例通过根据差动电流是否为零判断是否发生匝间短路故障，提高了匝间短路故障判断的快速性和及时性。

进一步地，基于上述实施例，所述电流互感器3为霍尔互感器。

霍尔互感器可以实现将所用变压器2的一次侧电流及二次侧电流分别变换成相同大小的一次侧测量电流以及二次侧测量电流，因此，所述电流互感器3可以选择霍尔互感器。

在上述实施例的基础上，本发明实施例通过利用霍尔互感器作为电流互感器，保障了差动电流的获取。

进一步地，基于上述实施例，所述一次侧测量电流以及二次侧测量电流为ma级。

所述电流互感器3可以将所述所用变压器的一次侧电流及二次侧电流分别变换成相同大小的ma级一次侧测量电流以及二次侧测量电流；即所述一次侧测量电流以及所述二次侧测量电流的精度可以达到ma，由此，可以识别微小的差动电流的变化，提高了变压器保护系统对于匝间短路故障的分辨能力。

在上述实施例的基础上，本发明实施例中一次侧测量电流以及二次侧测量电流为ma级，提高了变压器保护系统对于匝间短路故障的分辨能力。

进一步地，基于上述实施例，所述快速开关1为基于涡流驱动原理的快速开关。

现有的负荷开关一般装有简单的灭弧装置，但其结构比较简单。比如压气式高压负荷开关，其工作过程是：分闸时，在分闸弹簧的作用下，主轴顺时针旋转，一方面通过曲柄滑块机构使活塞向上移动，将气体压缩；另一方面通过两套四连杆机构组成的传动系统，使主闸刀先打开，然后推动灭弧闸刀使弧触头打开，气缸中的压缩空气通过喷口吹灭电弧。因此，负荷开关的动作较慢。

而基于涡流驱动原理的快速开关包括通过磁通力使动导电触头上下运动以达到分闸或合闸位置的操动机构装置及用于控制操动机构装置分闸或合闸动作的控制电路，可以实现快速断路动作。

在上述实施例的基础上，本发明实施例通过采用基于涡流驱动原理的快速开关，保障了故障发生后快速断开电路。

进一步地，基于上述实施例，所述快速开关1在10ms内完成跳闸动作。

本发明实施例所采用的基于涡流驱动原理的快速开关可以在10ms内完成跳闸动作。

在上述实施例的基础上，本发明实施例通过使得快速开关在10ms内完成跳闸动作，进一步保障了故障发生后快速断开电路。

进一步地，基于上述实施例，所述快速开关1还用于在接收到所述控制器5发送的所述跳闸指令完成跳闸动作后，向所述控制器5发送状态信息。

所述快速开关1还用于在接收到所述控制器5发送的所述跳闸指令完成跳闸动作后，向所述控制器5发送状态信息，所述状态信息包括跳闸成功完成的信息，以将跳闸成功的结果告知控制器5，从而使得整个控制过程更加完整及可靠。

在上述实施例的基础上，本发明实施例通过快速开关在跳闸完成后向控制器发送状态信息，提高了系统控制的可靠性。

进一步地，基于上述实施例，所述快速开关还用于在发生外部短路故障时，完成跳闸动作。

在发生外部短路故障时，所述基于涡流驱动原理的快速开关1进行跳闸，可在10ms内完成跳闸动作。

在上述实施例的基础上，本发明实施例通过快速开关在发生外部短路故障时，完成跳闸动作，进一步提高了安全性能。

进一步地，基于上述实施例，所述所用变压器为27.5kv所用变压器。

27.5kv所用变压器运行时，高精度的电流互感器3将一次侧电流和二次侧电流均变换为ma级电流，继电器4通过比较差动电流id判断是否发生匝间短路，当出现匝间短路等故障时，继电器4内部接点闭合，控制器5向快速开关1发出跳闸指令，快速开关10ms完成跳闸，并向控制器5发送状态信息；当出现外部短路故障时，快速开关1采用技术先进的涡流驱动原理，驱动开关动作，10ms完成跳闸动作。

本发明实施例对现有27.5kv所用变压器保护系统进行改进，提供一种电气化铁路27.5kv所用变压器快速保护系统，即采用全新的保护成套装置，利用快速开关优越的开断能力，有效预防变压器起火、爆炸等安全事故的发生。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。