[發明專利]貫通式同相供電系統的接觸網短路保護系統及其方法

有效

• 申請號: 201910911237.8
• 申請日: 2019-09-25
• 公開（公告）號: CN110606000B
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發明（設計）人: 宮衍圣;李群湛;林志海;王繼來;黃文勛;李景坤;李晉;周志錄;靳松;牛金平;解紹鋒;易東
• 申請（專利權）人: 中鐵第一勘察設計院集團有限公司
• 主分類號: B60M1/02
• 分類號: B60M1/02;B60M3/00
• 代理公司: 西安新思維專利商標事務所有限公司 61114
• 代理人: 李罡

1.基于貫通式同相供電系統的接觸網短路保護系統的接觸網短路保護方法，其特征在于：所述接觸網短路保護系統具體為：

于相鄰牽引變電所饋線設置多臺并聯的斷路器，每臺斷路器配置一臺電流互感器；

為正線供電的饋線線路側設置電壓互感器與電流互感器串聯；

相鄰牽引變電所間設置光纖通信通道；

單線鐵路時，一座牽引變電所饋線設置三臺并聯的斷路器為正線和接觸網中性段供電，分別為DL11、DL12、DL13，每臺斷路器配置一臺電流互感器，分別為LH11、LH12、LH13；為正線供電的饋線線路側設置兩臺電壓互感器YH11、YH13，分別與LH11、LH13串聯；

另一座牽引變電所饋線設置三臺并聯的電斷路器為正線和接觸網中性段供電，分別為DL21、DL22、DL23，每臺斷路器配置一臺電流互感器，分別為LH21、LH22、LH23；為正線供電的饋線線路側設置兩臺電壓互感器YH21、YH23，分別與LH21、LH23串聯；所述接觸網短路保護方法具體為：

1)接觸網發生大電流短路故障

當接觸網發生大電流短路故障時，各牽引變電所饋線斷路器除設置常規保護外，還設置帶方向的縱聯距離保護、縱聯電流保護和低電壓啟動的光纖縱差保護；

縱聯距離保護采用三段式距離保護，I段保護為正向距離保護，保護范圍為供電臂長度的90％，II段保護為反向距離保護，保護范圍為牽引變電所另一方向供電臂長度的90％，III段保護為正向距離保護，保護范圍為供電臂全長，III段保護消除I段距離保護的保護死區；

相鄰兩座牽引變電所的相鄰饋線斷路器距離I段保護跳閘信息利用相鄰牽引變電所間設置的光纖通信通道進行互傳；當任一斷路器保護動作時，向其正方向相鄰牽引變電所的相鄰饋線斷路器發聯跳命令，無延時聯跳相鄰牽引變電所的相鄰饋線斷路器；

低電壓啟動的光纖縱差保護按照牽引變電所27.5kV母線電壓互感器測得的母線電壓低于規定值，差流定值躲開保護區內空載電流整定；保護出口后利用相鄰牽引變電所間設置的光纖通信通道，同時跳開相鄰牽引變電所的相鄰饋線斷路器；

縱聯電流保護通過相鄰牽引變電所間設置的光纖通信通道采集相鄰牽引變電所相鄰饋線的電流信息，按兩饋線電流之和大于相鄰牽引變電所間最大負荷電流進行整定，保護出口后同時跳開兩饋線斷路器，從而達到隔離故障區域的目的；

包括如下步驟：

當接觸網發生大電流短路故障時，牽引網回路的阻抗減小，距離短路點較近的牽引變電所饋線縱聯距離保護率先判斷出短路故障，跳開其對應的饋線斷路器，同時利用光纖通信通道向其正方向相鄰牽引變電所的相鄰饋線斷路器發聯跳命令，無延時聯跳相鄰牽引變電所的相鄰饋線斷路器；

當距離保護沒有檢測出接觸網短路故障時，低電壓啟動的光纖縱差保護通過測得牽引變電所27.5kV母線電壓低于規定值，差流定值高于空載電流，則同時跳開相鄰牽引變電所的相鄰饋線斷路器；

當距離保護和低電壓啟動的光纖縱差保護沒有檢測出接觸網短路故障時，縱聯電流保護采集相鄰牽引變電所相鄰饋線的電流信息，如果兩饋線電流之和大于相鄰牽引變電所間最大負荷電流整定值時，同時跳開兩饋線斷路器；

2)接觸網發生高阻接地故障

當接觸網發生高阻接地故障時，短路保護方法具體為：

貫通供電系統兩相鄰牽引變電所利用相鄰牽引變電所間設置的光纖通信通道，通過測量、比較相鄰饋線的電流信息，判斷是否發生高阻接地，并發出跳閘信號，同時聯跳相鄰所相鄰饋線斷路器，其采用兩段式保護，I段保護采用常規電流增量保護，保護時限短，但對大過渡電阻靈敏度較低，II段保護利用如下公式進行計算，其保護時限較長，但對大過渡電阻的靈敏度較高：

I_1t/I_2t≈I_1(t+△t)/I_2(t+△t)——(1)

I₁≥I_zd或I₂≥I_zd——(2)

△I₁≥△I_zd或△I₂≥△I_zd——(3)

t≥t_zd——(4)

△t＝t_zd——(5)

式中，I_1t、I_2t為相鄰牽引變電所相鄰饋線在t時刻的電流值，I_1t為牽引變電所1在t時刻的饋線電流值，I_2t為牽引變電所2在t時刻的饋線電流值，I_zd為整定值，△I₁為牽引變電所1的電流增量，△I₂為牽引變電所2的電流增量，△I_zd為電流增量保護整定值，t為保護啟動至出口的時間，t_zd為保護時限整定值，公式(3)為保護啟動條件；

當上述各公式同時滿足，則判斷接觸網發生了高阻接地，并發出跳閘信號，同時聯跳相鄰所相鄰饋線斷路器，從而達到隔離故障區域的目的。

2.基于貫通式同相供電系統的接觸網短路保護系統的接觸網短路保護方法，其特征在于：所述接觸網短路保護系統具體為：

于相鄰牽引變電所饋線設置多臺并聯的斷路器，每臺斷路器配置一臺電流互感器；

為正線供電的饋線線路側設置電壓互感器與電流互感器串聯；

相鄰牽引變電所間設置光纖通信通道；

復線鐵路時，一座牽引變電所饋線設置五臺并聯的斷路器，包括為上行線路供電的DL11、DL14，為下行線路供電的DL12、DL13和為接觸網中性段供電的DL15；每臺斷路器配置一臺電流互感器，分別為LH11、LH12、LH13、LH14、LH15；為上行線路供電的饋線線路側設置兩臺電壓互感器YH11、YH14，分別與LH11、LH14串聯；為下行線路供電的饋線線路側設置兩臺電壓互感器YH12、YH13，分別與LH12、LH13串聯；

另一座牽引變電所饋線設置五臺并聯的斷路器，包括為上行線路供電的DL21、DL24，為下行線路供電的DL22、DL23和為接觸網中性段供電的DL25；每臺斷路器配置一臺電流互感器，分別為LH21、LH22、LH23、LH24、LH25；為上行線路供電的饋線線路側設置兩臺電壓互感器YH21、YH24，分別與LH21、LH24串聯；為下行線路供電的饋線線路側設置兩臺電壓互感器YH22、YH23，分別與LH22、LH23串聯；

所述接觸網短路保護方法具體為：

1)接觸網發生大電流短路故障

當接觸網發生大電流短路故障時，各牽引變電所饋線斷路器除設置常規保護外，還設置帶方向的縱聯距離保護、縱聯電流保護和低電壓啟動的光纖縱差保護；

縱聯距離保護采用三段式距離保護，I段保護為正向距離保護，保護范圍為供電臂長度的90％，II段保護為反向距離保護，保護范圍為牽引變電所另一方向供電臂長度的90％，III段保護為正向距離保護，保護范圍為供電臂全長，III段保護消除I段距離保護的保護死區；

相鄰兩座牽引變電所的相鄰饋線斷路器距離I段保護跳閘信息利用相鄰牽引變電所間設置的光纖通信通道進行互傳；當任一斷路器保護動作時，向其正方向相鄰牽引變電所的相鄰饋線斷路器發聯跳命令，無延時聯跳相鄰牽引變電所的相鄰饋線斷路器；

低電壓啟動的光纖縱差保護按照牽引變電所27.5kV母線電壓互感器測得的母線電壓低于規定值，差流定值躲開保護區內空載電流整定；保護出口后利用相鄰牽引變電所間設置的光纖通信通道，同時跳開相鄰牽引變電所的相鄰饋線斷路器；

縱聯電流保護通過相鄰牽引變電所間設置的光纖通信通道采集相鄰牽引變電所相鄰饋線的電流信息，按兩饋線電流之和大于相鄰牽引變電所間最大負荷電流進行整定，保護出口后同時跳開兩饋線斷路器，從而達到隔離故障區域的目的；

包括如下步驟：

當接觸網發生大電流短路故障時，牽引網回路的阻抗減小，距離短路點較近的牽引變電所饋線縱聯距離保護率先判斷出短路故障，跳開其對應的饋線斷路器，同時利用光纖通信通道向其正方向相鄰牽引變電所的相鄰饋線斷路器發聯跳命令，無延時聯跳相鄰牽引變電所的相鄰饋線斷路器；

當距離保護沒有檢測出接觸網短路故障時，低電壓啟動的光纖縱差保護通過測得牽引變電所27.5kV母線電壓低于規定值，差流定值高于空載電流，則同時跳開相鄰牽引變電所的相鄰饋線斷路器；

當距離保護和低電壓啟動的光纖縱差保護沒有檢測出接觸網短路故障時，縱聯電流保護采集相鄰牽引變電所相鄰饋線的電流信息，如果兩饋線電流之和大于相鄰牽引變電所間最大負荷電流整定值時，同時跳開兩饋線斷路器；

2)接觸網發生高阻接地故障

當接觸網發生高阻接地故障時，短路保護方法具體為：

貫通供電系統兩相鄰牽引變電所利用相鄰牽引變電所間設置的光纖通信通道，通過測量、比較相鄰饋線的電流信息，判斷是否發生高阻接地，并發出跳閘信號，同時聯跳相鄰所相鄰饋線斷路器，其采用兩段式保護，I段保護采用常規電流增量保護，保護時限短，但對大過渡電阻靈敏度較低，II段保護利用如下公式進行計算，其保護時限較長，但對大過渡電阻的靈敏度較高：

I_1t/I_2t≈I_1(t+△t)/I_2(t+△t)——(1)

I₁≥I_zd或I₂≥I_zd——(2)

△I₁≥△I_zd或△I₂≥△I_zd——(3)

t≥t_zd——(4)

△t＝t_zd——(5)

式中，I_1t、I_2t為相鄰牽引變電所相鄰饋線在t時刻的電流值，I_1t為牽引變電所1在t時刻的饋線電流值，I_2t為牽引變電所2在t時刻的饋線電流值，I_zd為整定值，△I₁為牽引變電所1的電流增量，△I₂為牽引變電所2的電流增量，△I_zd為電流增量保護整定值，t為保護啟動至出口的時間，t_zd為保護時限整定值，公式(3)為保護啟動條件；

當上述各公式同時滿足，則判斷接觸網發生了高阻接地，并發出跳閘信號，同時聯跳相鄰所相鄰饋線斷路器，從而達到隔離故障區域的目的。