一种开关过分相装置的继电保护方法与流程

本发明涉及电气化铁路供电技术领域，特别是一种开关过分相装置的继电保护方法。

背景技术：

我国电气化铁路牵引变电所采用循环换相、轮流供电的方式向不同区段的牵引网供电，并在不同供电相之间的接触网过渡区设置电分相。电分相是供电死区，列车需要断电、滑行通过电分相区，会造成列车速度损失，严重时可能造成重载列车坡停等问题，若列车带电闯入电分相还可能造成异相短路故障。随着铁路系统不断向高速重载方向发展，电分相日益成为铁路发展的桎梏，研究自动过分相相关技术显得日益重要。

当前，开关过分相技术可以很好的解决列车通过电分相这一问题。开关过分相技术包括电子开关过分相和机械负荷开关过分相两种，分别通过电子开关或机械负荷开关的通断的切换给中性段交替供电，列车失电时间短，速度损失小。目前存在很多对开关过分相装置、控制策略等方面的研究，但尚缺乏针对开关过分相装置的保护方法。一旦开关过分相装置投入到牵引网，其内部故障、穿越故障以及列车闯分相等次生故障，对牵引供电系统造成损伤。因此，对于采用开关过分相装置的牵引供电系统，其继电保护产生必须按一个系统整体来考虑。

目前，尚没有针对开关过分相装置的继电保护方法。

技术实现要素：

本发明公开了开关过分相装置的继电保护方法，解决开关过分相装置的内部故障或穿越故障、rc阻容器件电容器故障以及列车闯分相故障的继电保护问题。

内部故障或穿越故障的保护方法，其技术方案如下：

一种开关过分相装置的继电保护方法，所述开关过分相装置的开关a的一端通过断路器qf1连接到供电臂a，开关a的另一端连接到开关b的一端，开关b的另一端通过断路器qf2连接到供电臂b；开关a的另一端还连接到中性区n，中性区n还通过阻容器件rc接地；如开关a到供电臂a、开关a到中性区n和开关b到供电臂b均无电流，或仅开关a到供电臂a和开关a到中性区n有电流，或仅开关a到中性区n和开关b到供电臂b有电流，则不处理；否则，跳qf1和qf2。

rc阻容器件电容器故障的保护方法，其技术方案如下：

一种开关过分相装置的继电保护方法，所述开关过分相装置的开关a的一端通过断路器qf1连接到供电臂a，开关a的另一端连接到开关b的一端，开关b的另一端通过断路器qf2连接到供电臂b；开关a的另一端还连接到中性区n，中性区n还通过阻容器件rc接地；如δu＞δuset，则tset1之后，跳qf1和qf2；其中，δu表示阻容器件rc的电容器的电压差的有效值，δuset表示差电压整定值，tset1表示差电压保护延时定值。

列车闯分相故障的保护方法，包括an电压差保护和bn电压差保护，其技术方案如下：

an电压差保护：一种开关过分相装置的继电保护方法，所述开关过分相装置的开关a的一端通过断路器qf1连接到供电臂a，开关a的另一端连接到开关b的一端，开关b的另一端通过断路器qf2连接到供电臂b；开关a的另一端还连接到中性区n，中性区n还通过阻容器件rc接地；如uset1≤uan1≤uset2且则tset2之后，远跳供电臂a的所有断路器；其中，uan1表示供电臂a与中性区n之间电压差的基波电压有效值，uan3表示供电臂a与中性区n之间电压差的3次谐波有效值；uset1表示电压下限整定值，uset2表示电压上限整定值；k3set表示电压3次谐波含量整定值；tset2表示电压差保护延时定值。

bn电压差保护：一种开关过分相装置的继电保护方法，所述开关过分相装置的开关a的一端通过断路器qf1连接到供电臂a，开关a的另一端连接到开关b的一端，开关b的另一端通过断路器qf2连接到供电臂b；开关a的另一端还连接到中性区n，中性区n还通过阻容器件rc接地；如uset1≤ubn1≤uset2且则tset2之后，远跳供电臂b的所有断路器；其中，ubn1表示供电臂b与中性区n之间电压差的基波电压有效值，ubn3表示供电臂b与中性区n之间电压差的3次谐波有效值；uset1表示电压下限整定值，uset2表示电压上限整定值；k3set表示电压3次谐波含量整定值；tset2表示电压差保护延时定值。

本发明的有益效果在于，

(1)通过电流保护，实现对开关过分相装置内部故障和穿越故障的可靠保护。

(2)通过电压差保护实现对rc阻容器件电容器故障的可靠保护。

(3)通过电压差保护实现对列车闯分相故障的可靠保护。

附图说明

图1为开关过分相技术方案示意图。

图2为装置内部故障或穿越故障的电流保护原理框图。

图3为rc阻容器件电容器故障保护原理框图。

图4为an电压差保护原理框图。

图5为bn电压差保护原理框图。

图6为开关过分相装置安装于单线直供变电所示意图。

图7为开关过分相装置安装于单线直供分区所示意图。

图8为开关过分相装置安装于复线直供变电所示意图。

图9为开关过分相装置安装于复线直供分区所示意图。

图10为开关过分相装置安装于i型全并联at供电变电所示意图。

图11为开关过分相装置安装于i型全并联at供电分区所示意图。

图12为开关过分相装置安装于ii型全并联at供电变电所示意图。

图13为开关过分相装置安装于ii型全并联at供电分区所示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

开关过分相装置包括过分相开关、断路器、电流互感器、电压互感器、阻容器件及连接电缆构成，如图1所示。图1中，开关a和开关b为电子开关或机械负荷开关；qf1和qf2为断路器；ta1、ta2、ta3为电流互感器；rc为阻容器件，用于吸收开关切换时的操作过电压；tv1、tv2、tv3、tv4为电压互感器。开关过分相装置通过开关a和开关b的通断切换给中性区n交替供电。当列车即将从左侧供电臂进入中性区n时，开关a导通，中性区n与供电臂a同电压。列车完成进入中性区n后，断开开关a，导通开关b，中性区n与供电臂b同电压，从而保证列车快速通过电分相区段。

开关过分相装置的继电保护方法如下：

1.装置内部故障或穿越故障的保护方法

当开关过分相装置内部对地短路时，形成装置内部故障。当两台过分相开关的一台导通、另一台击穿时，a供电臂与b供电臂被导通形成穿越故障。当开关过分相装置空载运行时，ta1、ta2、ta3都没有电流；当开关过分相装置有载运行时，只有ta1、ta2同时有电流或者ta2、ta3同时有电流。除了上述3种情况外，其他情况都为内部故障或穿越故障状态。因此，根据3个电流互感器测得的电流形成如图2所示的电流保护方法。

图2中，ia、in、ib分别表示通过电流互感器ta1、ta2、ta3测得的电流有效值，iset表示电流整定值，一般按躲过电流互感器噪声整定，因此该保护判据非常灵敏。

2.rc阻容器件电容器故障的保护方法

采用差电压判据保护rc阻容器件电容器故障，其原理框图如图3所示。图3中，δu表示通过tv4测得的电容器电压差的有效值，δuset表示差电压整定值，tset1表示差电压保护延时定值。

3.列车带电闯分相故障的保护方法

当开关过分相装置故障或检修退出等情况下，可能出现列车从带电的供电臂a或供电臂b驶入无电的中性区，导致供电臂与中性区之间的空气间隙被击穿产生电弧。该电弧可以长时间稳定燃烧，会导致烧毁承力索、接触线等后果。此时，供电臂电压仍然很高，电流为负荷电流，测到的阻抗值也很大，距离保护、电流保护都不能正确动作。为此，利用电弧电压三次谐波含量高的特点，设置相间电压差保护，分别如图4和图5所示。

图4和图5中，uan1、uan3表示供电臂a与中性区之间电压差的基波有效值和3次谐波有效值；ubn1、ubn3表示供电臂b与中性区之间电压差的基波有效值和3次谐波有效值；uset1表示电压下限整定值，按小于电弧最小电压整定；uset2表示电压上限整定值，按大于电弧最大电压整定；k3set表示电压3次谐波含量整定值，一般取0.2-0.3；tset2表示电压差保护延时定值。

一旦供电臂和电分相之间产生电弧，必须与电弧支路相关的所有断路器。因此，对于图4的an电压差保护，需要通过通信方式远跳供电臂a上的所有断路器；对于图5的bn电压差保护，需要通过通信方式远跳供电臂b上的所有断路器。

具体实施例如下：

1.开关过分相装置安装于单线直供变电所

如图6所示，当开关过分相装置安装于单线直供变电所时，开关过分相装置内部故障、穿越故障、rc阻容器件电容器故障时本发明方法跳开qf1、qf2，当列车由供电臂a向中性段行驶产生闯分相故障时本发明方法远跳变电所的1qf，当列车由供电臂b向中性段行驶产生闯分相故障时本发明方法远跳变电所的2qf。

2.开关过分相装置安装于单线直供分区所

如图7所示，当开关过分相装置安装于单线直供分区所时，开关过分相装置内部故障、穿越故障、rc阻容器件电容器故障时本发明方法跳开qf1、qf2，当列车由供电臂a向中性段行驶产生闯分相故障时本发明方法远跳变电所1的1qf，当列车由供电臂b向中性段行驶产生闯分相故障时本发明方法远跳变电所2的2qf。

3.开关过分相装置安装于复线直供变电所

如图8所示，当开关过分相装置安装于复线直供变电所时，开关过分相装置1的内部故障、穿越故障、rc阻容器件电容器故障时本发明方法跳开qf1、qf2，当列车由供电臂a向中性段行驶产生闯分相故障时本发明方法远跳分区所1的7qf和变电所的1qf，当列车由供电臂b向中性段行驶产生闯分相故障时本发明方法远跳分区所2的8qf和变电所的2qf。开关过分相装置2的内部故障、穿越故障、rc阻容器件电容器故障时本发明方法跳开qf3、qf4，当列车由供电臂c向中性段行驶产生闯分相故障时本发明方法远跳分区所1的7qf和变电所的3qf，当列车由供电臂b向中性段行驶产生闯分相故障时本发明方法远跳分区所2的8qf和变电所的4qf。

4.开关过分相装置安装于复线直供分区所

如图9所示，当开关过分相装置安装于复线直供分区所时，开关过分相装置1的内部故障、穿越故障、rc阻容器件电容器故障时本发明方法跳开qf1、qf2，当列车由供电臂a向中性段行驶产生闯分相故障时本发明方法远跳分区所的7qf和变电所1的1qf，当列车由供电臂b向中性段行驶产生闯分相故障时本发明方法远跳分区所的8qf和变电所2的2qf。开关过分相装置2的内部故障、穿越故障、rc阻容器件电容器故障时本发明方法跳开qf3、qf4，当列车由供电臂c向中性段行驶产生闯分相故障时本发明方法远跳分区所的7qf和变电所1的3qf，当列车由供电臂b向中性段行驶产生闯分相故障时本发明方法远跳分区所的8qf和变电所2的4qf。

5.开关过分相装置安装于i型全并联at供电变电所

如图10所示，当开关过分相装置安装于i型全并联at供电变电所时，开关过分相装置1的内部故障、穿越故障、rc阻容器件电容器故障时本发明方法跳开qf1、qf2，当列车由供电臂a向中性段行驶产生闯分相故障时本发明方法远跳1qf、3qf、5qf，当列车由供电臂b向中性段行驶产生闯分相故障时本发明方法远跳2qf、4qf、6qf。开关过分相装置2的内部故障、穿越故障、rc阻容器件电容器故障时本发明方法跳开qf3、qf4，当列车由供电臂c向中性段行驶产生闯分相故障时本发明方法远跳7qf、3qf、5qf，当列车由供电臂d向中性段行驶产生闯分相故障时本发明方法远跳8qf、4qf、6qf。

6.开关过分相装置安装于i型全并联at供电分区所

如图11所示，当开关过分相装置安装于i型全并联at供电分区所时，开关过分相装置1的内部故障、穿越故障、rc阻容器件电容器故障时本发明方法跳开qf1、qf2，当列车由供电臂a向中性段行驶产生闯分相故障时本发明方法远跳1qf、3qf、5qf，当列车由供电臂b向中性段行驶产生闯分相故障时本发明方法远跳2qf、4qf、6qf。开关过分相装置2的内部故障、穿越故障、rc阻容器件电容器故障时本发明方法跳开qf3、qf4，当列车由供电臂c向中性段行驶产生闯分相故障时本发明方法远跳7qf、3qf、5qf，当列车由供电臂d向中性段行驶产生闯分相故障时本发明方法远跳8qf、4qf、6qf。

7.开关过分相装置安装于ii型全并联at供电变电所

如图12所示，当开关过分相装置安装于ii型全并联at供电变电所时，开关过分相装置1的内部故障、穿越故障、rc阻容器件电容器故障时本发明方法跳开qf1、qf2，当列车由供电臂a向中性段行驶产生闯分相故障时本发明方法远跳1qf、3qf、5qf，当列车由供电臂b向中性段行驶产生闯分相故障时本发明方法远跳2qf、4qf、6qf。开关过分相装置2的内部故障、穿越故障、rc阻容器件电容器故障时本发明方法跳开qf3、qf4，当列车由供电臂c向中性段行驶产生闯分相故障时本发明方法远跳7qf、9qf、11qf，当列车由供电臂d向中性段行驶产生闯分相故障时本发明方法远跳8qf、10qf、12qf。

8.开关过分相装置安装于ii型全并联at供电分区所

如图13所示，当开关过分相装置安装于ii型全并联at供电分区所时，开关过分相装置1的内部故障、穿越故障、rc阻容器件电容器故障时本发明方法跳开qf1、qf2，当列车由供电臂a向中性段行驶产生闯分相故障时本发明方法远跳1qf、3qf、5qf，当列车由供电臂b向中性段行驶产生闯分相故障时本发明方法远跳2qf、4qf、6qf。开关过分相装置2的内部故障、穿越故障、rc阻容器件电容器故障时本发明方法跳开qf3、qf4，当列车由供电臂c向中性段行驶产生闯分相故障时本发明方法远跳7qf、9qf、11qf，当列车由供电臂d向中性段行驶产生闯分相故障时本发明方法远跳8qf、10qf、12qf。