1.本发明涉及电气化铁路供电技术领域，特别是一种基于方向电流增量元件的牵引网供电臂继电保护方法。
背景技术：
2.高速铁路动车组具有运行速度高、牵引功率大、发车间隔短等特点。多国的高速铁路采用全并联at供电方式，在变电所、at所和分区所分别将上下行线路的同名导线并联，这种供电方式具有减小牵引网单位阻抗、改善牵引网网压、提高供电能力、减小电磁干扰等优点。但是，当线路上发生故障时具有故障电流大、故障回路多、故障电流分布复杂等特点，继电保护必须切除变电所、at所、分区所的所有故障回路才能隔离故障区段，保护存在速动性和选择性的矛盾。
3.目前，高速铁路牵引网发生故障时，当前的继电保护方法首先跳开变电所保护上行和下行的断路器，再根据失压判据和重合闸实现并联解列和故障隔离。这一保护方法无法区分发生故障的供电臂，隔离故障时必须使上下行供电臂都先断电，再依靠重合闸弥补保护选择性的不足，恢复供电时间长，扩大了停电范围。
4.专利cn 103715670 a《一种基于阻抗特征的高速铁路供电臂联跳保护方法》在变电所、at所和分区所分别配置四边形动作特性的阻抗保护，并通过联跳信号构成对供电臂的整体保护。专利cn 103715671 a《一种基于电流特征的高速铁路供电臂联调保护方法》在变电所配置电流比判据和过电流判据，在at所和分区所配置方向过电流判据，并通过联跳信号构成对供电臂的整体保护。上述两方案均通过变电所和at所的保护共同保护变电所至at所之间的供电区段、通过at所和分区所的保护共同保护at所至分区所之间的供电区段，各保护装置均不能单独保护整个供电臂，一旦通信故障将造成保护拒动。
技术实现要素：
5.本发明公开了基于方向电流增量元件的牵引网供电臂继电保护方法，能在故障后快速隔离故障供电臂，且不中断非故障侧供电臂的供电，兼顾了保护的选择性和速动性。
6.非供电所亭设置一个断路器(单线供电臂)或者两个断路器(复线供电臂)，保护方法的技术方案如下：
7.一种基于方向电流增量元件的牵引网供电臂继电保护方法，所述牵引网包括两个以上所亭，每一个所亭通过断路器连接到供电臂，每一个断路器配置馈线保护装置；供电侧的断路器配置的馈线保护装置包括正向电流增量元件，非供电侧的断路器配置的馈线保护装置包括正向电流增量元件和反向电流增量元件；所述正向为所亭指向供电臂，反向为供电臂指向所亭；连接同一供电臂的断路器配置的所有馈线保护装置构成一组保护单元；任一馈线保护装置的正向电流增量元件启动后，且在延时t内未收到同组保护单元的馈线保护装置发送的闭锁信号，则跳开本馈线保护装置对应的断路器，并向同组保护单元的馈线保护装置发送联跳信号；任一馈线保护装置的反向电流增量元件启动后，并向同组保护单
元的馈线保护装置发送闭锁信号；任一馈线保护装置收到联跳信号后，跳开本馈线保护装置对应的断路器；任一馈线保护装置收到闭锁信号后，闭锁保护；所述正向电流增量元件启动或反向电流增量元件启动，其启动条件按照供电臂全长整定。
8.进一步地，所述供电臂包括上行供电臂和下行供电臂。
9.非供电所亭的并联线上仅设置一个断路器，保护方法的技术方案如下：
10.一种基于方向电流增量元件的牵引网供电臂继电保护方法，所述牵引网包括两个以上所亭，供电所亭分别通过上行断路器和下行断路器连接到上行供电臂和下行供电臂，非供电所亭的并联线上设置有并联线断路器，每一个断路器配置馈线保护装置；上行断路器和下行断路器的馈线保护装置包括所亭指向供电臂的正向电流增量元件，并联线断路器的馈线保护装置包括指向上行供电臂的正向电流增量元件和指向下行供电臂的反向电流增量元件；上行断路器与所有并联线断路器的馈线保护装置构成上行保护单元，下行断路器与所有并联线断路器的馈线保护装置构成下行保护单元；上行断路器的馈线保护装置的正向电流增量元件启动后，且在延时t内未收到上行保护单元的馈线保护装置发送的闭锁信号，则跳开本馈线保护装置对应的断路器，并向上行保护单元的馈线保护装置发送联跳信号；下行断路器的馈线保护装置的正向电流增量元件启动后，且在延时t内未收到下行保护单元的馈线保护装置发送的闭锁信号，则跳开本馈线保护装置对应的断路器，并向下行保护单元的馈线保护装置发送联跳信号；任一并联线断路器的馈线保护装置的正向电流增量元件启动后，向下行断路器的馈线保护装置发送闭锁信号；延时t’后跳开本馈线保护装置对应的断路器，并向上行保护单元的馈线保护装置发送联跳信号；任一并联线断路器的馈线保护装置的反向电流增量元件启动后，向上行断路器的馈线保护装置发送闭锁信号；延时t’后跳开本馈线保护装置对应的断路器，并向下行保护单元的馈线保护装置发送联跳信号；任一馈线保护装置收到联跳信号后，跳开本馈线保护装置对应的断路器；任一馈线保护装置收到闭锁信号后，闭锁保护；所述正向电流增量元件启动或反向电流增量元件启动，其启动条件按照供电臂全长整定。
11.本发明的有益效果在于，
12.(1)在各所亭的馈线保护装置配置方向电流增量元件，每个保护按照保护供电臂全长整定，能单独保护供电臂全长。
13.(2)同一供电臂的各馈线保护装置连接，通过联跳信号弥补保护范围的不足、通过闭锁信号弥补选择性的不足，构成对供电臂的整体保护。
14.(3)能在故障后快速隔离故障供电臂，且不中断非故障侧供电臂的供电，兼顾了保护的选择性和速动性。
附图说明
15.图1双断路器全并联at供电示意图。
16.图2方向电流增量元件动作特性示意图。
17.图3双断路器模式保护1动作逻辑图。
18.图4双断路器模式保护2动作逻辑图。
19.图5双断路器模式保护3动作逻辑图。
20.图6双断路器模式保护4动作逻辑图。
21.图7双断路器模式保护5动作逻辑图。
22.图8双断路器模式保护6动作逻辑图。
23.图9单断路器全并联at供电示意图。
24.图10单断路器模式保护1动作逻辑图。
25.图11单断路器模式保护2动作逻辑图。
26.图12单断路器模式保护3动作逻辑图。
27.图13单断路器模式保护4动作逻辑图。
28.图14双断路器模式正常供电示意图。
29.图15双断路器模式越区供电示意图。
30.图16单断路器模式正常供电示意图。
31.图17单断路器模式越区供电示意图。
32.图18复线直供正常供电示意图。
33.图19复线直供越区供电示意图。
34.图20经多级开闭所供电示意图。其中，(a)为单进线模式，(b)为双进线模式。
具体实施方式
35.下面结合附图对本发明进一步说明。
36.(1)双断路器模式的保护方法
37.双断路器全并联at牵引网有两条并联的供电线路，称为上行供电臂和下行供电臂，两供电臂的导线在变电所、at所、分区所处并联，并联线上有两台断路器，如图1所示。图中1qf～6qf分别是安装在变电所、at所和分区所的断路器，它们由对应的馈线保护装置1～6(以下简称馈线保护或保护1～6)控制跳闸。
38.基于方向电流增量元件的牵引网供电臂继电保护方法如下：
39.当牵引网发生故障时时，保护3、4流过大小相同、方向相反的故障电流，该电流为故障前后电流的变化量，即电流增量。同理，保护5和6处的电流增量也满足这一规律。也就是说，at所和分区所的电流增量方向可以区分故障发生在上行还是下行：若规定方向电流增量元件正方向由母线指向线路，当故障发生在本侧供电臂时，at所和分区所的正向电流增量元件将启动，反之，反向电流增量元件将启动。
40.在电源侧馈线保护配置正向电流增量元件，在非电源侧馈线保护配置正向和反向电流增量元件，正方向由母线指向线路，所有保护按照保护供电臂全长整定。以图1为例，在保护1、2配置正向电流增量元件，保护3～6配置正向和反向电流增量元件，各保护电流增量整定值按照躲过一个周波内最大电流变化整定：
41.δi
set.s
＝k1δi
max.s
ꢀꢀꢀ
(1)
42.式中，δi
set.s
为各所亭电流增量保护的整定值，下角标s表示变电所、at所或分区所；k1为可靠系数，通常取1.2；δi
max.s
为线路正常运行时各所亭一个周波内最大电流变化。
43.对at所和分区所的方向电流增量保护，其正方向判据为：
44.45.式中，为灵敏角，对牵引网一般取70
°
；为一周波内各所亭母线电压变化量，为当前时刻母线电压，一周波前母线电压；为一周波内各保护测量电流变化量，为当前时刻测量电流值，为一周波前测量电流值。其方向动作特性如图2所示。
46.任一保护的正向电流增量元件启动后，且经过一段时间未收到同组保护的闭锁信号，则跳开本保护对应断路器，同时向同组保护发送联跳信号；任一保护收到同组的联跳信号后，立即跳开本保护对应的断路器。任一保护的反向电流增量元件启动后，立即向同组保护发送闭锁信号；任一保护收到闭锁信号后，立即闭锁保护。以图1中保护1～6为例，保护1、3、5和保护2、4、6分别通过高速通信网络连接构成一组保护单元，其动作逻辑如图3～8所示。
47.如牵引网为单线供电臂，例如图1中只有上行供电臂，其保护逻辑与此相同。
48.(2)单断路器模式的保护方法
49.单断路器全并联at牵引网有两条并联的供电线路，称为上行供电臂和下行供电臂，两供电臂的导线在变电所、at所、分区所处并联，并联线上有一台断路器，如图9所示。图中1qf～4qf分别是安装在变电所、at所和分区所的断路器，它们由对应的保护1～4控制跳闸。
50.若规定方向电流增量元件正方向指向上行线路，当上行牵引网发生故障时，故障电流从下行经保护3、4流向上行，保护3、4的正向电流增量原件启动；当下行牵引网发生故障时，故障电流从上行经保护3、4流向下行，保护3、4的反向电流增量原件启动。
51.在电源侧馈线保护配置正向电流增量元件，在非电源侧馈线保护配置正向和反向电流增量元件，正方向指向上行线路，所有保护按照保护供电臂全长整定。以图9为例，在保护1、2配置正向电流增量元件，保护3、4配置正向和反向电流增量元件，各保护的整定值及正方向判据也按照公式(1)、(2)确定。
52.电源侧馈线保护的正向电流增量元件启动后，且经过一段时间未收到同组保护的闭锁信号，则跳开本保护对应断路器，同时向同组保护发送联跳信号；非电源侧馈线保护的正向或反向电流增量元件启动后，立即向相反方向的电源侧馈线保护发送闭锁信号，经过一段时间后，跳开本保护对应断路器，同时向相同方向的电源侧馈线保护和其余非电源侧馈线保护发送联跳信号。任一保护收到联跳信号后，立即跳开本保护对应的断路器；任一保护收到闭锁信号后，立即闭锁保护。以图9中保护1～4为例，保护1、3、4和保护2、3、4分别通过高速通信网络连接构成一组保护单元，其动作逻辑如图10～13所示。
53.具体实施例如下：
54.1、双断路器模式正常供电
55.对于如图14所示的双断路器模式正常供电方式，保护实施方案如下：
56.在保护1、2配置正向电流增量元件；在保护3～6配置正向和反向电流增量元件，正方向由母线指向线路。保护1、3、5和保护2、4、6分别用高速通信网络构成两组保护单元。任一保护的正向电流增量元件启动后，经延时20ms未收到闭锁信号，则跳开所对应断路器，并向同组保护发送联跳信号；任一保护的反向电流增量元件启动后，向同组其余保护发送闭锁信号。任一保护收到联跳信号后，立即跳开对应的断路器；任一保护收到闭锁信号后，立
即闭锁保护。
57.2、双断路器模式越区供电
58.对于如图15所示的双断路器模式越区供电方式，变电所ss2退出运行，变电所ss1经分区所sp的越区隔离开关1qs越区供电。保护实施方案如下：
59.在保护1、2、7、8配置正向电流增量元件；在保护3～6、9、10配置正向和反向电流增量元件，正方向由母线指向线路。保护1、3、5；保护2、4、6；保护7、9；保护8、10分别用高速通信网络构成四组保护单元。任一保护的正向电流增量元件启动后，经延时20ms未收到闭锁信号，则跳开所对应断路器，并向同组保护发送联跳信号。任一保护的反向电流增量元件启动后，向同组其余保护发送闭锁信号。任一保护收到联跳信号后，立即跳开对应的断路器；任一保护收到闭锁信号后，立即闭锁保护。
60.3、单断路器模式正常供电
61.对于如图16所示的单断路器模式正常供电方式，保护实施方案如下：
62.在保护1、2配置正向电流增量元件；在保护3、4配置正向和反向电流增量元件，正方向指向上行供电臂。保护1、3、4和保护2、3、4分别用高速通信网络构成两组保护单元。保护1、2的正向电流增量元件启动后，经延时20ms未收到闭锁信号，则跳开所对应断路器，并向同组保护发送联跳信号。保护3的正向电流增量元件启动后，立即向保护2发送闭锁信号，经延时20ms后，跳开所对应断路器，并向保护1和保护4发送联跳信号；保护3的反向电流增量元件启动后，立即向保护1发送闭锁信号，经延时20ms后，跳开所对应断路器，并向保护2和保护4发送联跳信号。保护4的动作逻辑与保护3相似。任一保护收到联跳信号后，立即跳开对应的断路器；任一保护收到闭锁信号后，立即闭锁保护。
63.4、单断路器模式越区供电
64.对于如图17所示的单断路器模式越区供电方式，变电所ss2退出运行，变电所ss1经分区所sp的越区隔离开关1qs和2qs越区供电。保护实施方案如下：
65.在保护1、2配置正向电流增量元件；在保护3～6配置正向和反向电流增量元件，正方向指向上行供电臂。保护1、2的正向电流增量元件启动后，经延时20ms未收到闭锁信号，则跳开所对应断路器，并向同组保护发送联跳信号。保护3的正向电流增量元件启动后，立即向保护2发送闭锁信号，经延时20ms后，跳开所对应断路器，并向保护1和保护4～6发送联跳信号；保护3的反向电流增量元件启动后，立即向保护1发送闭锁信号，经延时20ms后，跳开所对应断路器，并向保护2和保护4～6发送联跳信号。保护4～6的动作逻辑与保护3相似。任一保护收到联跳信号后，立即跳开对应的断路器；任一保护收到闭锁信号后，立即闭锁保护。
66.5、复线直供正常供电
67.对于如图18所示的复线直接供电方式正常供电，保护实施方案如下：
68.在保护1、2配置正向电流增量元件；在保护3配置正向和反向电流增量元件，正方向指向上行供电臂。保护1、3和保护2、3分别用高速通信网络构成两组保护单元。保护1、2的正向电流增量元件启动后，经延时20ms未收到闭锁信号，则跳开所对应断路器，并向同组保护发送联跳信号。保护3的正向电流增量元件启动后，立即向保护2发送闭锁信号，经延时20ms后，跳开所对应断路器，并向保护1发送联跳信号；保护3的反向电流增量元件启动后，立即向保护1发送闭锁信号，经延时20ms后，跳开所对应断路器，并向保护2发送联跳信号。
任一保护收到联跳信号后，立即跳开对应的断路器；任一保护收到闭锁信号后，立即闭锁保护。
69.6、复线直供越区供电
70.对于如图19所示的单断路器模式越区供电方式，变电所ss2退出运行，变电所ss1经分区所sp的越区隔离开关1qs和2qs越区供电。保护实施方案如下：
71.在保护1、2配置正向电流增量元件；在保护3、4配置正向和反向电流增量元件，正方向指向上行供电臂。保护1、3、4和保护2、3、4分别用高速通信网络构成两组保护单元。保护1、2的正向电流增量元件启动后，经延时20ms未收到闭锁信号，则跳开所对应断路器，并向同组保护发送联跳信号。保护3的正向电流增量元件启动后，立即向保护2发送闭锁信号，经延时20ms后，跳开所对应断路器，并向保护1和保护4发送联跳信号；保护3的反向电流增量元件启动后，立即向保护1发送闭锁信号，经延时20ms后，跳开所对应断路器，并向保护2和保护4发送联跳信号。保护4的动作逻辑与保护3相似。任一保护收到联跳信号后，立即跳开对应的断路器；任一保护收到闭锁信号后，立即闭锁保护。
72.7、经多级开闭所供电
73.对于如图20所示的经多级开闭所供电，变电所ss1经多级开闭所ssp1、ssp2等供电，保护实施方案如下：
74.在保护1、2、5、6配置正向电流增量元件；在保护3、4、7、8配置正向和反向电流增量元件，正方向由母线指向线路。保护1、3，保护2、4，保护5、7和保护6、8分别用高速通信网络构成四组保护单元。任一保护的正向电流增量元件启动后，经延时20ms未收到闭锁信号，则跳开所对应断路器，并向同组保护发送联跳信号。任一保护的反向电流增量元件启动后，向同组其余保护发送闭锁信号。任一保护收到联跳信号后，立即跳开对应的断路器；任一保护收到闭锁信号后，立即闭锁保护。该方案同时适用于单进线模式和双进线模式，如图20(a)和图20(b)。