[發(fā)明專利]雙向變流器柔直供電系統(tǒng)的電流變化率及增量保護(hù)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210414403.5
• 申請(qǐng)日: 2022-04-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114640090A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-06-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 范巧蓮;桑梓杰;解謙;王亞飛;李超;武偉康;王純偉;王龍;高云霞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中鐵電氣化勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司
• 主分類號(hào): H02H7/12
• 分類號(hào): H02H7/12;H02H7/26
• 代理公司: 天津睿勤專利代理事務(wù)所(普通合伙) 12225
• 代理人: 張偉鳳

本發(fā)明提供了一種雙向變流器柔直供電系統(tǒng)的電流變化率及增量保護(hù)方法，包括以下步驟：步驟S1：持續(xù)監(jiān)測(cè)di/dt，di/dt的值達(dá)到啟動(dòng)定值S且持續(xù)時(shí)間滿足防抖延時(shí)tS后，保護(hù)啟動(dòng)，同時(shí)啟動(dòng)復(fù)歸延時(shí)tR計(jì)時(shí)；步驟S2：同時(shí)進(jìn)行速動(dòng)段、封鎖脈沖動(dòng)作段和未封鎖脈沖動(dòng)作段的保護(hù)，所述速動(dòng)段、封鎖脈沖動(dòng)作段和未封鎖脈沖動(dòng)作段滿足動(dòng)作條件時(shí)，出口跳閘，所述速動(dòng)段、封鎖脈沖動(dòng)作段和未封鎖脈沖動(dòng)作段不設(shè)置通過(guò)判斷di/dt大小而確定是否復(fù)歸的條件；步驟S3：超過(guò)復(fù)歸延時(shí)tR后，所有保護(hù)復(fù)歸。本發(fā)明無(wú)論故障點(diǎn)發(fā)生在近端、中端、遠(yuǎn)端、還是越區(qū)供電末端，均能正確識(shí)別。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于軌道交通技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及雙向變流器柔直供電系統(tǒng)的電流變化率及增量保護(hù)方法。

背景技術(shù)

隨著全球氣候變化對(duì)人類社會(huì)構(gòu)成重大威脅問(wèn)題的出現(xiàn)，越來(lái)越多的國(guó)家將“碳中和”上升為國(guó)家戰(zhàn)略，提出了無(wú)碳未來(lái)的愿景。在城市軌道交通領(lǐng)域，具有能量雙向流動(dòng)、直流特性可控、功率因數(shù)可調(diào)、諧波含量小等綠色低碳特點(diǎn)雙向變流器柔直供電系統(tǒng)已經(jīng)從研制、試用，逐步進(jìn)入推廣應(yīng)用階段了，相應(yīng)的對(duì)保證其供電系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行的繼電保護(hù)也帶來(lái)了新的問(wèn)題和挑戰(zhàn)。

雙向變流器柔直供電系統(tǒng)如圖1所示。根據(jù)對(duì)雙向變流器柔直供電系統(tǒng)各種工況下不同短路點(diǎn)的模擬仿真結(jié)果，發(fā)生短路時(shí)，隨著短路電流增大，在電壓降低到一定值時(shí)(1500V系統(tǒng)約為1400V)，雙向變流器會(huì)進(jìn)入失控狀態(tài)，IGBT會(huì)封鎖脈沖；變流器通過(guò)IGBT模塊的續(xù)流二極管輸出電流，此時(shí)電壓已不受控制，過(guò)渡到相當(dāng)于一臺(tái)大阻抗的整流機(jī)組設(shè)備。暫態(tài)過(guò)渡過(guò)程中di/dt和電流幅值都會(huì)發(fā)生波動(dòng)，隨著短路點(diǎn)由近到遠(yuǎn)，引起脈沖封鎖的起始時(shí)間大約分布在短路后0～200mS之間，在短路點(diǎn)接近大雙邊越區(qū)末端時(shí)，隨著短路電流變小，短路時(shí)引起的母線電壓降低量變小，雙向變流器不進(jìn)入脈沖封鎖狀態(tài)。

以其中一處的短路仿真波形為例，單臺(tái)3MW雙向變流器2公里處短路的電流和電壓波形如圖2所示，di/dt波形如圖3所示。其中，光標(biāo)1處為封鎖點(diǎn)，光標(biāo)2處為峰值點(diǎn)。從仿真圖中可以看到，電流波形波動(dòng)幅度不大，電壓和di/dt波形在暫態(tài)過(guò)渡過(guò)程中有明顯的鋸齒形波動(dòng)。

既有的直流供電系統(tǒng)繼電保護(hù)設(shè)置有：大電流脫扣保護(hù)(斷路器本體)、電流速斷保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)、di/dtΔI保護(hù)、接觸網(wǎng)熱過(guò)負(fù)荷保護(hù)、雙邊聯(lián)跳保護(hù)、低電壓保護(hù)(報(bào)警)等。在雙向變流器脈沖封鎖的暫態(tài)波動(dòng)變化過(guò)程中，這些保護(hù)中受影響最大的就是di/dtΔI保護(hù)，由于di/dt在零區(qū)附近上下波動(dòng)，可能會(huì)直接導(dǎo)致不同動(dòng)作原理的既有廠家di/dtΔI保護(hù)的部分或全部保護(hù)功能因復(fù)歸而失效。

對(duì)于di/dtΔI速動(dòng)段而言，由于要與相鄰區(qū)間近端短路配合，所以ΔI取值比較大，主要用來(lái)作為近端到中間區(qū)段的保護(hù)。各廠家保護(hù)動(dòng)作判斷邏輯中都有di/dt復(fù)歸值，用來(lái)濾掉一些非真正短路的誤啟動(dòng)信號(hào)，如：西門(mén)子Sitras PRO中的di/dt復(fù)歸值與啟動(dòng)值是相同，一般取值在40～60A/mS左右，復(fù)歸延時(shí)可整定1～4mS。賽雪龍的SPCOS-NG和712所的ZJK-11原理基本相同，di/dt復(fù)歸值F獨(dú)立于啟動(dòng)值，一般取值在15A/mS左右，若di/dtF則立即復(fù)歸無(wú)延時(shí)。保富DCP3的復(fù)歸值獨(dú)立于啟動(dòng)值(類似SPCOS-NG)，復(fù)歸延時(shí)可整定1～10mS。總之，若短路點(diǎn)ΔI的動(dòng)作值落在雙向變流器脈沖封鎖的暫態(tài)波動(dòng)過(guò)程中，就可能被復(fù)歸，從而會(huì)影響到這部分區(qū)段保護(hù)的動(dòng)作結(jié)果，相對(duì)縮小了ΔI保護(hù)的保護(hù)范圍。

對(duì)于di/dtΔI延時(shí)段而言，各廠家原理也不盡相同，延時(shí)di/dt一般取值在40～60mS左右，除了ΔI與延時(shí)定值不同外，判斷保護(hù)是否復(fù)歸的di/dt值與復(fù)歸延時(shí)的邏輯基本與速動(dòng)段類似。對(duì)于保護(hù)延時(shí)期間落在/跨越脈沖封鎖的暫態(tài)波動(dòng)過(guò)程的短路區(qū)段，可能會(huì)引起保護(hù)提前復(fù)歸，或產(chǎn)生反復(fù)啟動(dòng)、復(fù)歸，無(wú)法出口等現(xiàn)象。