專利名稱:模擬整流式繼電保護(hù)裝置的制作方法
本發(fā)明是一種饋電系統(tǒng)異相短路保護(hù)裝置，特別適用于電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)的異相短路故障保護(hù)。
電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)的異相短路故障如圖4.5所示(a)、(b)中Dab，國內(nèi)現(xiàn)無此類保護(hù)裝置，而是借助于牽引網(wǎng)饋電線路的電流速斷保護(hù)兼顧之，其缺點(diǎn)如下
1、動(dòng)作靈敏度沒有保障，受電力系統(tǒng)運(yùn)行方式變化與短路點(diǎn)過渡電阻變化影響較大。可能導(dǎo)致越級跳閘、擴(kuò)大事故停電范圍，直接影響到供電的可靠性。
2、動(dòng)作具有牽引網(wǎng)饋電線路保護(hù)要求的時(shí)間延遲，tI＝0.1～0.2S。而異相短路應(yīng)該瞬時(shí)動(dòng)作。由此除導(dǎo)致短路電流危害程度增大之外，還可能導(dǎo)致降低重合閘的成功率，最終影響到擴(kuò)大停電范圍，延長停電時(shí)間，以及增加斷路器地故障跳閘次數(shù)等不利影響。
3、動(dòng)作故障性質(zhì)不明，即不能確切判斷異相短路與變電所出口網(wǎng)一軌短路，導(dǎo)致責(zé)任不清，不利于提高運(yùn)營管理水平，影響運(yùn)營效益降低。
目前國內(nèi)外一些文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)了關(guān)于對異相短路保護(hù)的原理、方案等，已分別展示了一些研究或運(yùn)用的成果。如取牽引網(wǎng)饋電線兩臂電流差與異相電壓構(gòu)成典型的相間距離保護(hù)原理的方式(渡邊寬著、丁向東等譯《交流電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)繼電保護(hù)》鐵道出版社，1981年)〔1〕，或者是取牽引網(wǎng)饋線電流與異相電壓構(gòu)成一種連鎖速斷原理的方式(賀威俊“電力牽引網(wǎng)異相短路保護(hù)動(dòng)作特性分析”《鐵道學(xué)報(bào)》，1986年;1期)〔2〕等。
文獻(xiàn)〔1〕中的日本電氣化鐵道3相/2相變換主變式供電系統(tǒng)運(yùn)用的“相間距離保護(hù)”原理的裝置，引用到我國Y/△主變式供電系統(tǒng)中，存在如下問題與缺欠
1、Dab時(shí)，Uac、Ubc電壓高達(dá)1.1×0.866UE＝0.9UE(UE指額定電壓)，不能排除電力機(jī)車負(fù)荷與Dab疊加作用影響。由此導(dǎo)致距離保護(hù)原理裝置的動(dòng)作靈敏度性能惡化、下降。
2、距離保護(hù)原理的裝置要求附加YH二次回路斷線閉鎖設(shè)施，以及要求在其“閉鎖”撤除運(yùn)行后配置“后備保護(hù)”，以便取代原保護(hù)實(shí)施保護(hù)功能。既導(dǎo)致保護(hù)裝置復(fù)雜化，又對保護(hù)的可靠性、經(jīng)濟(jì)性不利。
國內(nèi)文獻(xiàn)〔2〕的“電流、電壓連鎖速斷”保護(hù)方案(尚未付諸實(shí)踐)，在形式上比距離保護(hù)原理有所簡化，但其沒能擺脫距離保護(hù)模式的局限性。其不足之處在于
1、動(dòng)作靈敏度仍保持在一般過電流保護(hù)的水準(zhǔn)，沒有明顯改進(jìn)與提高。
2、與前述方案第2點(diǎn)缺點(diǎn)相同，對保護(hù)的可靠性、經(jīng)濟(jì)性不利。
本發(fā)明的目的在于克服上述缺點(diǎn)，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、性能優(yōu)異的模擬型、整流式、非零整定比幅器運(yùn)用形態(tài)的保護(hù)裝置、完滿地解決電氣化鐵道供電系統(tǒng)的異相短路故障的保護(hù)問題。
本發(fā)明的目的可以通過以下措施來達(dá)到模擬型整流式的繼電保護(hù)裝置，通過由兩個(gè)具有幅值與相位特征的電氣參量加工變換后形成兩個(gè)中間變量，隨后對兩個(gè)中間變量的幅值進(jìn)行比幅，其特征在于該幅值比較器的執(zhí)行環(huán)節(jié)，由通常的“O指示器”的工作形態(tài)擴(kuò)展為具有“特定整定值的指示器”的工作形態(tài)。
本發(fā)明提出了模擬型保護(hù)裝置的“非零整定比幅器”的運(yùn)用形態(tài)的保護(hù)方法，由此設(shè)計(jì)出一種新型的異相短路保護(hù)裝置。
目前常規(guī)的模擬型保護(hù)“幅值比較器”的運(yùn)用形態(tài)的概念為
Um-Un≥CZD;
CZD≈0(或CZD趨于0)即執(zhí)行元件為“0指示器”。式中Um-動(dòng)作量，Un-抑制量，CZD-動(dòng)作整定值。
“非零整定比幅器”運(yùn)用形態(tài)的概念為
Um-Un≥CZD
CZD＞＞0(相對CZD趨于0的常規(guī)形態(tài)而言)。
本發(fā)明的目的還可以通過以下措施來達(dá)到模擬型整流式的電氣化鐵道異相短路故障保護(hù)的數(shù)學(xué)模型其特征在于其整定、匹配、動(dòng)作條件關(guān)系式如下

Ⅰ＝
Ⅰ(S
a+S
b)、
Ⅱ＝
Ⅱ(S
a-S
b);

Ⅰ∶
Ⅱ＝CZD·1(取不等于1的正值);
｜
Ⅱ｜-｜
Ⅰ｜≥CZD·2·｜
Ⅱ｜·SRJ。
式中S
a，S
b-牽引網(wǎng)兩相饋電線路的電流或電壓;

Ⅰ·
Ⅱ-選定的被比較的兩個(gè)合成中間變量;

Ⅰ·
Ⅱ-電壓形成環(huán)節(jié)的變換系數(shù)。
SRJ-對應(yīng)S
a，S
b的基準(zhǔn)參數(shù)通常為額定電流或電壓。
CZD·1-相應(yīng)最小可靠性裕度系數(shù)的平衡整定比例常數(shù)，通常取為大于1的值。
CZD·2-相應(yīng)最小動(dòng)作功率(指執(zhí)行元件消耗的)的動(dòng)作整定比例常數(shù)。
當(dāng)該數(shù)學(xué)模型運(yùn)用于Y/△主變壓器類型的牽引供電系統(tǒng)時(shí)
S
a＝
a，S
b＝
b、SRJ＝IE(額定電流，I2＝5A)
CZD·1＝1.4～1.5、CZD·2＝1～1.1。
當(dāng)該數(shù)學(xué)模型運(yùn)用于3相/2相變換主變壓器類型的牽引供電系統(tǒng)時(shí)
S
a＝
α，S
b＝
β，SRJ＝IE(同前)
CZD·1＝1.7～1.8、CZD·2＝1～1.1
上述數(shù)學(xué)模型完全可以由數(shù)字型保護(hù)(微機(jī)保護(hù))形式加以實(shí)施，可以達(dá)到同等的技術(shù)指標(biāo)，其關(guān)鍵核心在于實(shí)施保護(hù)的數(shù)學(xué)模型條件。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明提出的電力牽引供電系統(tǒng)異相短路保護(hù)裝置原理方框圖，如圖1所示
牽引網(wǎng)a、b兩相饋電線路的電流經(jīng)電流互感器后次邊輸出大電流SRa、SRb再經(jīng)電壓形成電路(1)，把大電流SRa、SRb變成小的電壓
Ⅰ、
Ⅱ，經(jīng)過整流濾波回路(2)把電壓
Ⅰ、
Ⅱ變成直流電壓UⅠ、UⅡ，經(jīng)過濾波使信號平滑，然后進(jìn)入非零整定比幅器(3)進(jìn)行比較，如果發(fā)生異相短路時(shí)，動(dòng)作量UⅡ大于抑制量UⅠ并且超過整定值后，推動(dòng)出口回路1(4)給出瞬時(shí)動(dòng)作命令，使斷路器跳閘，與此同時(shí)比較量還通過延時(shí)電路(5)推動(dòng)出口回路2(6)給出延時(shí)動(dòng)作命令，如果出口1(4)導(dǎo)致斷路器跳閘完畢，則時(shí)間電路(5)自動(dòng)返回，出口2(6)不動(dòng)作。出口1(4)和出口2(6)在發(fā)出動(dòng)作命令的同時(shí)還給出燈光顯示和起動(dòng)中央音響信號(7)，事故處理后按復(fù)歸按鈕(9)，使顯示器恢復(fù)正常，為了檢查保護(hù)裝置的主體電路及其元件的工作狀態(tài)裝有自檢控制器(8)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比其優(yōu)點(diǎn)是
1、動(dòng)作靈敏度高，Km＞＞1.5(規(guī)程規(guī)定主保護(hù)靈敏度要求)。
2、不誤動(dòng)作的可靠性裕度系數(shù)高，原則上Kk都表征為趨向∞(一般保護(hù)KK不超過1.5)。
3、通用于電氣化鐵道Y/△主變式主結(jié)線系統(tǒng)、3相/2相變換主變式主結(jié)線系統(tǒng)等單、復(fù)線的各種連網(wǎng)方式。
4、運(yùn)用整定方式簡便、統(tǒng)一，只與主結(jié)線形式有關(guān)，而與安裝地點(diǎn)無關(guān)。
5、裝置原理與電路簡單、可靠，使用維護(hù)試驗(yàn)方便，具有自檢功能可監(jiān)察本保護(hù)裝置主體電路與元件完備、良好，進(jìn)一步改善與提高了裝置的可靠性。
經(jīng)濟(jì)效益
1、有益于避免越級跳閘的可能性、提高自動(dòng)重合閘的成功率，縮小事故停電范圍，提高供電可靠性。
2、縮小異相短路電流的持續(xù)時(shí)間與危害程度，有益于延長設(shè)備的使用壽命。
3、故障性質(zhì)確切，責(zé)任分明，有益于改進(jìn)，提高運(yùn)營管理水平，有益于促進(jìn)減少人為因素導(dǎo)致的異相短路事故發(fā)生率。
現(xiàn)結(jié)合附圖1、2、3詳細(xì)描述本發(fā)明的
具體實(shí)施方式 圖1為電力牽引供電系統(tǒng)異相短路保護(hù)裝置原理方框圖
圖2為繼電保護(hù)裝置的交流電路原理圖
圖3為繼電保護(hù)裝置的直流電路原理圖
電壓形成電路(1)包括有電流一電壓變換器DLBⅠ、DLBⅡ，電阻R1、R2。
整流濾波電路(2)包括有二極管D1～D8，電容C1、C2。
非零整定比幅器(3)包括有雙繞組極化繼電器CLJ，電阻R3、R4，可調(diào)電阻W1、W2。
出口1(4)主要有1重動(dòng)繼電器1CDJ3接點(diǎn)，由它輸出瞬時(shí)動(dòng)作命令。
延時(shí)器(5)主要有晶體管電路時(shí)間繼電器SJ。
出口2(6)主要有SJ1接點(diǎn)，由它輸出延時(shí)動(dòng)作命令。
顯示與起動(dòng)中央音響電路(7)包括有2重動(dòng)繼電器2CDJ、接點(diǎn)2CDJ2，電阻R7瞬時(shí)動(dòng)作信號燈1XD，接點(diǎn)SJ2，電阻R8，延時(shí)動(dòng)作信號燈2XD，由2CDJ3接點(diǎn)送出起動(dòng)中央音響命令，接點(diǎn)1JJ4、電阻R9，自檢信號燈3XD。
自檢控制電路(8)包括有試驗(yàn)按鈕SA，自檢繼電器1JJ、2JJ、電阻R10、R11，電容C3，轉(zhuǎn)換接點(diǎn)1JJ1、1JJ2，反接點(diǎn)1JJ3、2JJ1，1JJ4、2JJ2等。
復(fù)歸器(9)包括有復(fù)歸按鈕FA，與遠(yuǎn)動(dòng)復(fù)歸繼電器的接線端子YFJ等。
繼電保護(hù)裝置的工作過程如下
當(dāng)發(fā)生異相短路時(shí)，由于ID·ab電流的存在，導(dǎo)致UⅡ
、UⅠ
→CLJ動(dòng)作→1CDJ動(dòng)作→出口1(4)發(fā)出瞬時(shí)動(dòng)作命令，同時(shí)由于DLa、DLb處于合閘狀態(tài)，由1CDJ啟動(dòng)時(shí)間電路→達(dá)tI＝0.1～0.2S(整定一個(gè)規(guī)定值)出口2(6)發(fā)出延時(shí)動(dòng)作命令，如出口1(4)導(dǎo)致DLa、DLb中任一個(gè)跳閘完畢，則時(shí)間電路自動(dòng)返回，出口2(6)不動(dòng)作。
本發(fā)明的技術(shù)條件與模擬實(shí)驗(yàn)給出的性能指標(biāo)如下
環(huán)境溫度-10～+40℃;相對濕度85%
額定值交流電流5A、50Hz
直流電壓110V、220V
功耗交流≤2VA
直流≤20W
性能1、異相短路特征整定電流2.5～3.0A
2、動(dòng)作時(shí)間瞬時(shí)動(dòng)作＜30ms
延時(shí)動(dòng)作整定0.1～0.5S
3、兩相牽引網(wǎng)同時(shí)取用最大工作電流2IE時(shí)，發(fā)生Dab短路故障，動(dòng)作靈敏度Km≮2。
4、Iac＝IF·max＝2IE、Ibc＝ID·bc≥5IE，裝置可靠不誤動(dòng)(恒量誤動(dòng)作最不利條件)。
5、允許負(fù)荷電流畸變程度
三次諧波、基波電流幅值比K3f＝ (I3f)/(I1f) ≮30%。
強(qiáng)度1、過電流倍數(shù)，10倍持續(xù)2S
2、絕緣2KV，持續(xù)1min
運(yùn)用方式1、異相短路Dab瞬時(shí)跳閘兩相斷路器方式;
2、異相短路Dab瞬時(shí)跳閘一相，后備延時(shí)跳閘另一相方式;
模擬實(shí)驗(yàn)主要指標(biāo)
1、最不利靈敏動(dòng)作條件，Ia＝Ib＝IF·max＝2IE，發(fā)生Dab異相短路時(shí)，ID·ab＝5IE，測得靈敏度Km＞5。
2、最不利可靠系數(shù)條件，Ia＝IF·max＝2IE，發(fā)生Dbc、網(wǎng)一軌短路時(shí)，IDbc＝5IE，測得，可靠系數(shù)Kk→∞。
3、固有動(dòng)作時(shí)間當(dāng)Km＝2～4，tg≯15～30ms
自檢性能
1、條件Ia＝0.5IE、Ib＝0或Ib＝0.5IE、Ia＝0均可，如遇兩相同時(shí)具有負(fù)荷電流時(shí)更為靈敏。
2、程序按下SA→1JJ、2JJ相繼動(dòng)作→1JJ、2JJ的反接點(diǎn)切斷CK(1)、CK(2)→1JJ正接點(diǎn)將CLJI抑＝回路極性倒置→CLJ動(dòng)作→1CDJ、2CDJ相繼動(dòng)作→SJ被起動(dòng)達(dá)tI后動(dòng)作，于是
1JJ正接點(diǎn)接通→3XD顯示，表示直流電源正常;
2CDJ正接點(diǎn)接通→1XD顯示，表示CLJ電路正常;
SJ正接點(diǎn)接通→2XD顯示，表示SJ電路正常。
權(quán)利要求
1、一種模擬型整流式的繼電保護(hù)裝置，它通過由兩個(gè)具有幅值與相位特征的電氣參量加工變換后形成兩個(gè)中間變量，隨后對兩個(gè)中間變量的幅值進(jìn)行比幅，其特征在于，其幅值比較器的執(zhí)行環(huán)節(jié)是由通常的“0指示器”的工作形態(tài)擴(kuò)展為具有“特定整定值的指示器”的工作形態(tài)。
2、根據(jù)權(quán)利要求
1所述的繼電保護(hù)裝置，當(dāng)運(yùn)用在電氣化鐵道異相短路故障保護(hù)時(shí)，其數(shù)學(xué)模型特征在于
Ⅰ＝
Ⅰ(S
a+S
b)、
Ⅱ＝
Ⅱ(S
a-S
b)
Ⅰ∶
Ⅱ＝CZD·1(取不等于1的正值)
｜
Ⅱ｜-｜
Ⅰ｜≥CZD·2·｜
Ⅱ｜·SRJ
3、根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的繼電保護(hù)裝置，當(dāng)運(yùn)用在Y/△主變壓器類型的牽引供電系統(tǒng)時(shí)，其特征在于
S
a＝
a、S
b＝
b、SRJ＝IE(額定電流，I2＝5A)
CZD·1＝1.4～1.5、CZD·2＝1～1.1。
4、根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的保護(hù)裝置，當(dāng)運(yùn)用在3相/2相變換主變壓器類型的牽引供電系統(tǒng)時(shí)，其特征在于
S
a＝
α，S
b＝
β，SRJ＝IE(同前)
CZD·1＝1.7～1.8，CZD·2＝1～1.1。
5、根據(jù)權(quán)利要求
2或3或4所述的保護(hù)裝置，其特征在于所述的數(shù)學(xué)模型與參數(shù)匹配條件，借助于微機(jī)可應(yīng)用在任何數(shù)字型的電氣化鐵道異相短路故障保護(hù)或監(jiān)察裝置上。
專利摘要
一種饋電系統(tǒng)異相短路保護(hù)裝置，特別適用于電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)的異相短路故障保護(hù)。它是一種模擬型整流式的繼電保護(hù)裝置，其特征在于，其幅值比較器的執(zhí)行環(huán)節(jié)是由通常的“0指示器”的工作形態(tài)擴(kuò)展為具有“特定整定值的指示器”的工作形態(tài)，它是按本發(fā)明提出的“非零整定比幅器”的運(yùn)用形態(tài)的保護(hù)方法設(shè)計(jì)的。該裝置的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，不誤動(dòng)作的可靠性裕度高，在Y/△，⊥/L主變壓器系統(tǒng)等均可滿意適用，并具有完備的自檢性能，優(yōu)于國外相同用途的裝置。
文檔編號B60L3/04GK87107828SQ87107828
公開日1988年11月30日 申請日期1987年12月9日
發(fā)明者劉聯(lián)和 申請人:保定市三豐電器廠導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan