用于单轨回流供电系统的直流接地保护方法与流程

本发明涉及单轨回流系统的直流接地保护技术，具体公开了一种用于单轨回流供电系统的直流接地保护方法。

背景技术：

在城轨直流供电系统中，相对走行轨回流供电系统而言，单轨回流供电系统能够减少杂散电流危害、避免对基于轨道信号系统的干扰，因此单轨回流供电系统不仅可用于传统的金属轮列车，也可用于橡胶轮的列车，甚至是磁浮列车。例如，目前重庆2号线跨坐式单轨列车、长沙中低速磁悬浮列车和北京在建中的磁浮列车均采用单轨回流供电系统供电。在单轨回流供电系统中，为检测直流正极接地故障，配置了直流接地保护装置，简称64D柜。当发生直流接地故障时，该装置发出跳闸信号，使本站和邻站馈线柜跳闸并闭锁。因此很容易造成大面积停电，甚至列车停运，严重威胁供电系统的稳定和安全。

为了检测直流正极接地故障，每个变电站系统配置一台直流接地保护装置，并安装在负极母线与大地之间，通过检测二者之间的电压，确定是否发生故障。当直流正极与大地短接（磁浮列车的直流正极与F轨短接），大地与负极母线之间电压升高，触发直流接地保护装置发出保护信号。目前针对该故障信号，一种方案是使本站与邻站向该区间供电的直流馈线柜全部跳闸闭锁，通过停止供电，切除故障区间；另一种方案是逐次启动本站上行、下行重合闸，根据上、下行重合闸后是否再次接收到故障信号判断并切除故障区间。因为整个供电系统的大地电气连接，负极母线贯通，当某一点发生直流正极接地故障时，大地与负极之间的电位差增大，靠近故障点很大范围内的直流接地保护装置都能够检测到该电位差，并被触发保护动作，使对应的连续多个变电站跳闸。如果相邻三个变电站内的直流接地保护装置动作，那么这三个变电站既是保护输出，又是保护接收。以上两种方案均以单独的变电站为分析对象，忽略了相邻变电站之间的相互影响，一旦发生直流接地故障，必将因相邻变电站之间的互锁导致多个变电站跳闸停电，严重影响的城轨供电系统的稳定性和可靠性。

如图1所示，典型牵引变电站列车牵引供电系统中，RT1、RT2为整流变压器；R1、R2为整流器；201、202为进线柜；211为第一下行馈线柜、213为第二下行馈线柜，212为第一上行馈线柜、214为第二上行馈线柜；2011、2021、2211、2212、2213、2214为负极隔离刀；2111、2131、2121、2141为上网隔离刀；2113、2124为越区隔离刀；64D为直流接地保护装置。目前城轨直流供电系统中的馈线柜均具备重合闸功能，当馈线柜因故障跳闸，可启动重合闸，使设备重新合闸。典型的单轨回流供电系统的直流接地保护装置（64D柜）安装在负极母线与大地之间，当某一处直流正极与大地短接，在大地与负极之间产生电位差，触发直流接地保护装置动作。由于整个供电系统大地电气连接，各变电站上行、下行线路负极母线电气连接，因此任何一条线路出现直流接地故障，靠近故障点很大范围内的直流接地保护装置都可以检测到该电压差而被触发保护动作，导致故障区间难以确定。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：针对现有技术的上述问题，提供一种不仅能够快速确定并切除故障区间，还能够自动恢复其他无故障区间的正常供电，提高供电系统可靠性和稳定性，避免直流断路器反复重合闸造成设备损伤的用于单轨回流供电系统的直流接地保护方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种用于单轨回流供电系统的直流接地保护方法，步骤包括：

1）将单轨回流供电系统每一个变电站的供电区间按照上下行线路和与相邻变电站的左右邻接关系划分为独立的四个供电区间，所述四个供电区间包括左邻下行区间、右邻下行区间、左邻上行区间和右邻上行区间；配备一台用于接收直流接地保护装置64D的直流接地保护跳闸信号以及控制供电区间的馈线柜跳闸或重合闸的控制器；当所述控制器收到直流接地保护跳闸信号时，跳转执行步骤2）；

2）所述控制器发出全部跳闸信号使所述四个供电区间全部跳闸，同时所述控制器依次针对每一个供电区间进行重合闸，并根据重合闸后是否仍然是收到直流接地保护装置64D的直流接地保护跳闸信号来判定该供电区间是否发生故障，如果某一供电区间发生故障，则将故障供电区间的馈线柜跳闸并闭锁。

优选地，所述单轨回流供电系统包括多个变电站，所述变电站均包括第一下行馈线柜211、第一上行馈线柜212、第二下行馈线柜213以及第二上行馈线柜214，所述左邻下行区间的馈线柜包括目标变电站的第一下行馈线柜211和左邻变电站的第二下行馈线柜213，所述右邻下行区间的馈线柜包括目标变电站的第二下行馈线柜213和右邻变电站的第一下行馈线柜211，所述左邻上行区间的馈线柜包括目标变电站的第一上行馈线柜212和左邻变电站的第二上行馈线柜214，所述右邻上行区间的馈线柜包括目标变电站的第二上行馈线柜214和右邻变电站的第一上行馈线柜212。

优选地，步骤2）的详细步骤包括：

2.1）将直流接地保护跳闸信号对应的目标变电站及其相邻变电站的跳闸；

2.2）所述控制器发出左下行重合闸信号，启动目标变电站的第一下行馈线柜211与左邻变电站的第二下行馈线柜213重合闸；

2.3）在目标变电站的第一下行馈线柜211与左邻变电站的第二下行馈线柜213重合闸后，如果控制器在指定时长内未收到目标变电站的直流接地保护跳闸信号，则判定左邻下行区间无故障，且继续跳转执行步骤2.4）；否则判定左邻下行区间有故障，控制器发出左下行跳闸信号，将目标变电站的第一下行馈线柜211与左邻变电站的第二下行馈线柜213跳闸，跳转执行步骤2.4）；

2.4）所述控制器发出右下行重合闸信号，启动目标变电站的第二下行馈线柜213与右邻变电站的第一下行馈线柜211重合闸；

2.5）在目标变电站的第二下行馈线柜213与右邻变电站的第一下行馈线柜211重合闸后，如果控制器在指定时长内未收到目标变电站的直流接地保护跳闸信号，则判定右邻下行区间无故障，且继续跳转执行步骤2.6）；否则判定右邻下行区间有故障，控制器发出右下行跳闸信号，将目标变电站的第二下行馈线柜213跳闸，跳转执行步骤2.6）；

2.6）所述控制器发出左上行重合闸信号，启动目标变电站的第一上行馈线柜212和左邻变电站的第二上行馈线柜214重合闸；

2.7）在目标变电站的第一上行馈线柜212和左邻变电站的第二上行馈线柜214重合闸后，如果控制器在指定时长内未收到目标变电站的直流接地保护跳闸信号，则判定左邻上行区间无故障，且继续跳转执行步骤2.8）；否则判定左邻上行区间有故障，控制器发出左上行跳闸信号，将目标变电站的第一上行馈线柜212和左邻变电站的第二上行馈线柜214跳闸，跳转执行步骤2.8）；

2.8）所述控制器发出右上行重合闸信号，启动目标变电站的第二上行馈线柜214和右邻变电站的第一上行馈线柜212重合闸；

2.7）在目标变电站的第二上行馈线柜214和右邻变电站的第一上行馈线柜212重合闸后，如果控制器在指定时长内未收到目标变电站的直流接地保护跳闸信号，则判定右邻上行区间无故障，跳转执行步骤2.10）；否则判定右邻上行区间有故障，控制器发出右上行跳闸信号，将目标变电站的第二上行馈线柜214和右邻变电站的第一上行馈线柜212跳闸，跳转执行步骤2.10）；

2.10）结束并退出。

优选地，所述指定时长的长度为1～200s。

本发明用于单轨回流供电系统的直流接地保护方法具有下述优点：本发明将单轨回流供电系统每一个变电站的供电区间按照上下行线路和与相邻变电站的左右邻接关系划分为独立的四个供电区间，配备一台用于接收直流接地保护装置64D的直流接地保护跳闸信号以及控制供电区间的馈线柜跳闸或重合闸的控制器；当控制器收到直流接地保护跳闸信号时，控制器发出全部跳闸信号使四个供电区间全部跳闸，同时控制器依次针对每一个供电区间进行重合闸，并根据重合闸后是否仍然是收到直流接地保护装置64D的直流接地保护跳闸信号来判定该供电区间是否发生故障，如果某一供电区间发生故障，则将故障供电区间的馈线柜跳闸并闭锁，不仅能够快速确定并切除故障区间，还能够自动恢复其他无故障区间的正常供电，提高供电系统可靠性和稳定性，避免直流断路器反复重合闸造成设备损伤。

附图说明

图1为现有技术典型的单轨回流供电系统的电路原理示意图。

图2为本发明实施例方法的基本流程示意图。

图3为本发明实施例中连续三站单轨回流供电系统的电路原理示意图。

图4为本发明实施例中控制器的输入输出信号端口示意图。

图5为本发明步骤2）的详细流程示意图。

具体实施方式

对于单轨回流供电系统而言，虽然整个直流供电系统关联性强，但是各个供电区间完全独立。下文将连续三个变电站（变电站A～变电站C）为例，变电站A～变电站C均包括第一下行馈线柜211、第一上行馈线柜212、第二下行馈线柜213以及第二上行馈线柜214，对本发明用于单轨回流供电系统的直流接地保护方法进行进一步的详细说明。

如图2所示，本发明用于单轨回流供电系统的直流接地保护方法的步骤包括：

1）将单轨回流供电系统每一个变电站的供电区间按照上下行线路和与相邻变电站的左右邻接关系划分为独立的四个供电区间，四个供电区间包括左邻下行区间、右邻下行区间、左邻上行区间和右邻上行区间；配备一台用于接收直流接地保护装置64D的直流接地保护跳闸信号以及控制供电区间的馈线柜跳闸或重合闸的控制器；当控制器收到直流接地保护跳闸信号时，跳转执行步骤2）；

2）控制器发出全部跳闸信号使四个供电区间全部跳闸，同时控制器依次针对每一个供电区间进行重合闸，并根据重合闸后是否仍然是收到直流接地保护装置64D的直流接地保护跳闸信号来判定该供电区间是否发生故障，如果某一供电区间发生故障，则将故障供电区间的馈线柜跳闸并闭锁。

以图3所示，本实施例中单轨回流供电系统包括3个变电站（变电站A～变电站C），变电站均包括第一下行馈线柜211、第一上行馈线柜212、第二下行馈线柜213以及第二上行馈线柜214，左邻下行区间的馈线柜包括目标变电站的第一下行馈线柜211和左邻变电站（变电站A）的第二下行馈线柜213，右邻下行区间的馈线柜包括目标变电站的第二下行馈线柜213和右邻变电站（变电站C）的第一下行馈线柜211，左邻上行区间的馈线柜包括目标变电站的第一上行馈线柜212和左邻变电站（变电站A）的第二上行馈线柜214，右邻上行区间的馈线柜包括目标变电站的第二上行馈线柜214和右邻变电站（变电站C）的第一上行馈线柜212。以变电站B作为目标变电站，则可知四个供电区间具体如下：左邻下行区间：变电站B的第一下行馈线柜211与变电站A的第二下行馈线柜213）、右邻下行区间（变电站B的第二下行馈线柜213与变电站C的第一下行馈线柜211）、左邻上行区间（变电站B的第一上行馈线柜212与变电站A的第二上行馈线柜214）、右邻上行区间（变电站B的第二上行馈线柜214与变电站C的第一上行馈线柜212）。在直流接地保护跳闸后，一个保护周期T内，通过逐次启动供电区间重合闸的方法，判定故障点。

以图4所示，本实施例中配备一台控制器，用于接受、处理直流接地保护信号，并根据处理结果，使对应供电区间的馈线柜跳闸或重合闸。其中，输入端口I0.0用于接收直流接地保护装置64D的直流接地保护跳闸信号。输出端口Q0.0用于输出全部跳闸信号，输出端口Q0.0输出全部跳闸信号后，则控制器将直流接地保护跳闸信号对应的目标变电站及其相邻变电站的跳闸。输出端口Q0.1用于输出左下行跳闸信号，将目标变电站的第一下行馈线柜211与左邻变电站（变电站A）的第二下行馈线柜213跳闸；输出端口Q0.2用于左下行重合闸信号，启动目标变电站的第一下行馈线柜211与左邻变电站（变电站A）的第二下行馈线柜213重合闸。输出端口Q0.3用于输出右下行跳闸信号，将目标变电站的第二下行馈线柜213跳闸；输出端口Q0.4用于右下行重合闸信号，启动目标变电站的第二下行馈线柜213与右邻变电站（变电站C）的第一下行馈线柜211重合闸。输出端口Q0.5用于输出左上行跳闸信号，将目标变电站的第一上行馈线柜212和左邻变电站（变电站A）的第二上行馈线柜214跳闸；输出端口Q0.6用于左上行重合闸信号，启动目标变电站的第一上行馈线柜212和左邻变电站（变电站A）的第二上行馈线柜214重合闸。输出端口Q0.7用于输出右上行跳闸信号，将目标变电站的第二上行馈线柜214和右邻变电站（变电站C）的第一上行馈线柜212跳闸；输出端口Q1.0用于右上行重合闸信号，启动目标变电站的第二上行馈线柜214和右邻变电站（变电站C）的第一上行馈线柜212跳闸重合闸。

如图5所示，当控制器的输入端口I0.0收到直流接地保护跳闸信号时，跳转执行步骤2）。本实施例中，步骤2）的详细步骤包括：

2.1）控制器的输出端口Q0.0输出全部跳闸信号，将直流接地保护跳闸信号对应的目标变电站（变电站B）及其相邻变电站（变电站A和C）的跳闸；

2.2）控制器的输出端口Q0.2发出左下行重合闸信号，启动目标变电站（变电站B）的第一下行馈线柜211（图中简略表示为目标变电站211，以下简略表示规则相同）与左邻变电站（变电站A）的第二下行馈线柜213（图中简略表示为左邻站213，以下简略表示规则相同）重合闸；

2.3）在目标变电站（变电站B）的第一下行馈线柜211与左邻变电站（变电站A）的第二下行馈线柜213重合闸后，如果控制器的输入端口I0.0在指定时长内未收到目标变电站（变电站B）的直流接地保护跳闸信号，则判定左邻下行区间无故障，且继续跳转执行步骤2.4）；否则判定左邻下行区间有故障，控制器的输出端口Q0.1发出左下行跳闸信号，将目标变电站（变电站B）的第一下行馈线柜211与左邻变电站（变电站A）的第二下行馈线柜213跳闸，跳转执行步骤2.4）；

2.4）控制器的输出端口Q0.4发出右下行重合闸信号，启动目标变电站（变电站B）的第二下行馈线柜213与右邻变电站（变电站C）的第一下行馈线柜211重合闸；

2.5）在目标变电站（变电站B）的第二下行馈线柜213与右邻变电站（变电站C）的第一下行馈线柜211重合闸后，如果控制器的输入端口I0.0在指定时长内未收到目标变电站（变电站B）的直流接地保护跳闸信号，则判定右邻下行区间无故障，且继续跳转执行步骤2.6）；否则判定右邻下行区间有故障，控制器的输出端口Q0.3发出右下行跳闸信号，将目标变电站（变电站B）的第二下行馈线柜213跳闸，跳转执行步骤2.6）；

2.6）控制器的输出端口Q0.6发出左上行重合闸信号，启动目标变电站（变电站B）的第一上行馈线柜212和左邻变电站（变电站A）的第二上行馈线柜214重合闸；

2.7）在目标变电站（变电站B）的第一上行馈线柜212和左邻变电站（变电站A）的第二上行馈线柜214重合闸后，如果控制器的输入端口I0.0在指定时长内未收到目标变电站（变电站B）的直流接地保护跳闸信号，则判定左邻上行区间无故障，且继续跳转执行步骤2.8）；否则判定左邻上行区间有故障，控制器的输出端口Q0.5发出左上行跳闸信号，将目标变电站（变电站B）的第一上行馈线柜212和左邻变电站（变电站A）的第二上行馈线柜214跳闸，跳转执行步骤2.8）；

2.8）控制器的输出端口Q1.0发出右上行重合闸信号，启动目标变电站（变电站B）的第二上行馈线柜214和右邻变电站（变电站C）的第一上行馈线柜212重合闸；

2.7）在目标变电站（变电站B）的第二上行馈线柜214和右邻变电站（变电站C）的第一上行馈线柜212重合闸后，如果控制器的输入端口I0.0在指定时长内未收到目标变电站（变电站B）的直流接地保护跳闸信号，则判定右邻上行区间无故障，跳转执行步骤2.10）；否则判定右邻上行区间有故障，控制器的输出端口Q0.7发出右上行跳闸信号，将目标变电站（变电站B）的第二上行馈线柜214和右邻变电站（变电站C）的第一上行馈线柜212跳闸，跳转执行步骤2.10）；

2.10）结束并退出。

本实施例中，前述的指定时长的长度为1～200s之间可以根据需要进行调整其实际取值，且调整的步长为1s，本实施例中前述的指定时长的具体长度为5s。

上述步骤2.1）～2.10）中进行跳闸和重合闸时，必须保持同一供电区间同时进行跳闸/重合闸的两台馈线柜进行跳闸和重合闸的同步性。对于每一个供电区间而言，如果合闸后不再接收到跳闸信号，则判定该区间无故障。如果合闸后再次接收到跳闸信号，则判定该区间发生故障，跳闸对应馈线柜并闭锁。需要说明的是，上述步骤2.1）～2.10）仅仅是以图4所示输出端口的定义进行的具体实例，在实施过程中，控制器也可以根据其他输出端口的定义进行输出信号的控制各个馈线柜的跳闸和重合闸，在此不再赘述。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。