專利名稱：牽引供電系統(tǒng)異相短路的保護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及牽引供電系統(tǒng)的繼電保護(hù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用檢測(cè)故障相間電壓大 小和三次諧波含量的異相短路保護(hù)方法。
背景技術(shù)：
距離保護(hù)通過測(cè)量短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處的距離長度來區(qū)分區(qū)內(nèi)外故障，是電力系統(tǒng) 輸電網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用最為廣泛的保護(hù)原理。電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的一個(gè)特殊 用戶，距離保護(hù)、電流保護(hù)等常規(guī)保護(hù)原理目前仍然是牽引供電系統(tǒng)饋線保護(hù)采用的主 要形式。在一般情況下，這些保護(hù)能夠有效地動(dòng)作于常規(guī)短路故障，從而起到饋線保護(hù) 的作用。然而，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生異相短路故障時(shí)，常規(guī)保護(hù)將出現(xiàn)拒動(dòng)的情況。
牽引供電系統(tǒng)異相短路故障是指電力機(jī)車不降弓通過牽引變電所的電分相時(shí)，受電 弓產(chǎn)生飛弧，最終使得分相區(qū)的絕緣器件被擊穿，使得兩供電臂短接的嚴(yán)重故障。電弧 是一種強(qiáng)功率的自持放電現(xiàn)象，較低的電壓就能維持相當(dāng)長電弧的穩(wěn)定燃燒，而在其作 用下任何固體、液體或氣體都會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)烈的物理及化學(xué)變化。由于電弧電阻具有非線 性、時(shí)變性和高阻性的特點(diǎn)，使得常規(guī)饋線保護(hù)中的距離保護(hù)往往不能正確的動(dòng)作。又 由于電弧故障屬于高阻故障，其檢測(cè)具有一定的難度，所以這種變電所出口處的近區(qū)異 相故障的危害是非常大的，近幾年來，因?yàn)闋恳╇娤到y(tǒng)異相短路故障造成的常規(guī)饋線 保護(hù)拒動(dòng)現(xiàn)象，巳經(jīng)給鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)帶來不可估量的損失。國內(nèi)目前已有文獻(xiàn)提出過一 些異相短路的保護(hù)方法，例如文獻(xiàn)[l]提出了基于牽引變電所異相短路的自適應(yīng)保護(hù)原 理，文獻(xiàn)[2]提出利用電流速斷和阻抗保護(hù)進(jìn)行配合等方案。但這兩種方法都存在著靈敏 度低、難于整定等缺陷。
因此，有必要針對(duì)電氣化區(qū)段所采用的主變壓器接線形式和供電方式，在變電所出 口處設(shè)置專門的異相短路保護(hù)裝置。
參考文獻(xiàn) 陳維榮.錢清泉.王蔚然.牽引供電系統(tǒng)電弧故障的自適應(yīng)繼電保護(hù)[J].電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)， 1999 ， 22 (4) : 392—396. 高仕斌.王毅非.張勁.牽引變電所異相短路故障及常規(guī)饋線保護(hù)動(dòng)作行為分析[J].鐵道學(xué) 報(bào)，2000， 22(4) :4-27.

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)牽引供電系統(tǒng)發(fā)生異相短路故障時(shí)，常規(guī)保護(hù)不能動(dòng)作的情況，提出了 一種異相短路保護(hù)方法。本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案
一種牽引供電系統(tǒng)異相短路的保護(hù)方法，其特征在于，包括下列步驟
(1) 對(duì)繼電保護(hù)裝置實(shí)時(shí)采集到的兩供電臂間的相間電壓進(jìn)行計(jì)算，求出該電壓 的基波有效值；
(2) 將相間電壓的基波有效值與整定電壓值進(jìn)行比較，若小于或等于整定電壓值， 則進(jìn)入下一步的判斷；
(3) 根據(jù)兩供電臂間的相間電壓的采樣值計(jì)算出該電壓的三次諧波有效值；
(4) 計(jì)算三次諧波有效值與基波有效值之間的比值，并將該比值與整定系數(shù)進(jìn)行 比較，若大于或等于整定系數(shù)，則進(jìn)入下一步的判斷；
(5) 檢查保護(hù)裝置有無PT斷線標(biāo)志，若無該標(biāo)志，則說明牽引供電系統(tǒng)發(fā)生了異-相短路，保護(hù)裝置發(fā)出跳閘信號(hào)。
上述的牽引供電系統(tǒng)異相短路的保護(hù)方法，步驟(1)和步驟(3)中可以利用傅里
葉算法計(jì)算基波有效值和三次諧波有效值，整定系數(shù)最好為0.3;整定電壓最好為供電臂
線電壓的0.8倍。
本發(fā)明充分利用了異相經(jīng)過電弧發(fā)生短路時(shí)，會(huì)使得相間電壓大幅度下降并且產(chǎn)生 大量三次諧波的特點(diǎn)，提出了一種基于檢測(cè)故障相間電壓的大小和三次諧波的含量的保
護(hù)方法，能正確識(shí)別出正常運(yùn)行或常規(guī)接地短路故障同異相短路故障之間的差別；且具 有性能完善，易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，可作為牽引網(wǎng)異相短路的主保護(hù)，并與牽引網(wǎng)饋線成套
保護(hù)結(jié)合，組成牽引網(wǎng)完整的保護(hù)。具體而言，具有如下突出的技術(shù)效果
1. 理論上講，由于牽引供電系統(tǒng)的電壓等級(jí)不很高(27.5kV)，而異相短路又是通過3 至IJ4塊玻璃鋼形成電弧通道的，弧長就顯得相對(duì)很大。因此，電弧的非線性特性體現(xiàn) 比在高壓電力系統(tǒng)中更明顯，從而使得故障相電壓中含有很高的諧波分量。正是因?yàn)?這個(gè)原因，本發(fā)明的保護(hù)方法對(duì)異相短路才更為有效。
2. 實(shí)際的牽引供電系統(tǒng)中，電力機(jī)車的整流電路會(huì)產(chǎn)生諧波。但由于采用的多是三相或 六相整流，其主諧波頻率為300Hz或600Hz，不會(huì)對(duì)本發(fā)明判據(jù)造成影響。
3. 在變壓器空投和受電弓接入瞬間的暫態(tài)電壓中也會(huì)包含三次諧波。對(duì)前者可利用變壓 器差動(dòng)保護(hù)三次譜波的制動(dòng)輸出將其閉鎖以防誤動(dòng)作;對(duì)后者一般情況下三次諧波的 含量不會(huì)超過30%，對(duì)本發(fā)明判據(jù)不會(huì)造成影響。
4. 本發(fā)明原理簡單，物理意義清晰，在保護(hù)裝置中易于實(shí)現(xiàn)。


圖1為本發(fā)明的牽引供電系統(tǒng)異相短路保護(hù)方法的方框圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)原理和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳述。電氣化鐵道采用單相供電方式。為了使電氣化鐵道從電力系統(tǒng)三相電網(wǎng)取流基本對(duì) 稱，電氣化鐵道采用了分相分段取流的方法，即每隔20 25km設(shè)置一個(gè)分相段，相鄰分 相段由不相同的兩相供電，相鄰分相區(qū)有30m左右的供電死區(qū)，該死區(qū)主要由分相絕緣 器構(gòu)成。分相絕緣器的作用是將牽引網(wǎng)上不同相位的電能隔離開，以免發(fā)生相間短路， 并起機(jī)械連接作用，使?fàn)恳W(wǎng)成為一個(gè)整體。分相絕緣裝置包括分相絕緣器和有關(guān)分相 絕緣器的線路標(biāo)志。分相絕緣器一般由三塊或四塊相同的玻璃鋼絕緣件組成。每塊玻璃 鋼絕緣件長1.8m、寬25mm、高60mm，其底面制成斜槽，以增加表面距離。玻璃絕緣件之 間的接觸線無電，稱為中性區(qū)，中性區(qū)的長度按照規(guī)定不小于18m。。
電力機(jī)車通過分相區(qū)需要一道嚴(yán)格的程序，目前我國絕大部分線路采用的是車上人 工轉(zhuǎn)換法，即機(jī)車行至分相區(qū)時(shí)，司機(jī)先要退級(jí)、關(guān)輔助機(jī)組、斷主斷路器，惰行通過 分相區(qū)后，再逐項(xiàng)恢復(fù)。這種人工轉(zhuǎn)換法不僅司機(jī)勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且通過無電區(qū)時(shí)間長， 機(jī)車速度下降多。司機(jī)稍不留神，忘記降弓或者受電弓與接觸線的間隔太小，很可能會(huì) 帶電通過分相區(qū)。例如當(dāng)電力機(jī)車不降弓由c相通過電分相向b相運(yùn)行時(shí)，牽引網(wǎng)電壓 在c相——受電弓滑過絕緣體形成的間隙——受電弓——電力機(jī)車——鋼軌形成回路，從 而形成沿面放電。當(dāng)受電弓繼續(xù)在絕緣體上滑行時(shí)，先前放電的部分靠電弧形成通路， 逐步閃絡(luò)直至沿整個(gè)絕緣體完全閃絡(luò)，就形成了b、 c兩相的相間短路，也就是牽引供電 系統(tǒng)的異相短路。
仿真和實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明牽引供電系統(tǒng)發(fā)生異相電弧短路時(shí)，故障相電壓C^ 有較大的降低；兩供電臂的電壓也發(fā)生改變，超前相電壓t^升高，滯后相電壓t^降 低；變電所出口處三相電壓都有一定的畸變，其中故障相電壓[/&畸變最為嚴(yán)重，電 壓波形近似方波，這說明故障相電壓中含有大量的3， 5， 7次諧波，尤其以三次諧波 的含量最大。但是，因?yàn)楦鱾€(gè)電流電壓的基波幅值不一樣，所以不能簡單以諧波的
幅值來衡量諧波的含量。常規(guī)距離保護(hù)采用的測(cè)量量/p R。和f^中，三次諧波含量
均未超過15%，只有故障相間電壓C^中三次諧波與基波的有效值比值在30%以上。由此可 見，三次諧波在發(fā)生異相短路的故障相間電壓中含量很高，可以考慮將三次諧波引入故 障判據(jù)。
本發(fā)明采用故障相間電壓作為測(cè)量量，利用異相短路時(shí)故障相間電壓中含有很高的 三次諧波的特點(diǎn)，構(gòu)成如公式(1)中動(dòng)作判據(jù)的異相短路保護(hù)， 一旦發(fā)生短路故障，兩 供電臂將同時(shí)跳開以切除故障。
<formula>formula see original document page 5</formula>-異相短路時(shí)的故障相電壓的基波有效值
-整定電壓值，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，整定電壓值取t^-0.8C/"-22A:r， f/"為供電臂
-故障相間電壓中的三次諧波有效值 整定系數(shù)取0. 3
具體實(shí)施步驟如下
(1) 首先利用傅里葉算法對(duì)繼電保護(hù)裝置實(shí)時(shí)采集到的電壓w^進(jìn)行計(jì)算，求出電 壓的基波有效值C/^;
(2) 將t^,與整定電壓值f^進(jìn)行比較。若小于整定值，則進(jìn)入下一步的判斷；
(3) 利用傅里葉算法對(duì)繼電保護(hù)裝置實(shí)時(shí)采集到的電壓"^迸行計(jì)算，求出電壓的 三次諧波有效值t/^;
(4) 計(jì)算得到t/^/C^'的數(shù)值，將該數(shù)值與整定系數(shù)A^進(jìn)行比較。若大于整定系
數(shù)，則進(jìn)入下一步的判斷；
(5) 檢査保護(hù)裝置有無PT斷線標(biāo)志。若無該標(biāo)志，則說明牽引供電系統(tǒng)發(fā)生了異 相短路，保護(hù)裝置發(fā)出跳閘信號(hào)。
上述實(shí)施方法表明，本發(fā)明基于檢測(cè)故障相間電壓的大小和三次諧波的含量的保護(hù) 方法物理意義清晰，通過兩個(gè)簡單、易于實(shí)現(xiàn)的判據(jù)能夠正確識(shí)別異相短路故障和常規(guī) 短路故障，具有應(yīng)用價(jià)值。
線電壓
權(quán)利要求
1. 一種牽引供電系統(tǒng)異相短路的保護(hù)方法，其特征在于，包括下列步驟(1)對(duì)繼電保護(hù)裝置實(shí)時(shí)采集到的兩供電臂間的相間電壓進(jìn)行計(jì)算，求出該電壓的基波有效值；(2)將相間電壓的基波有效值與整定電壓值進(jìn)行比較，若小于或等于整定電壓值，則進(jìn)入下一步的判斷；(3)根據(jù)兩供電臂間的相間電壓的采樣值計(jì)算出該電壓的三次諧波有效值；(4)計(jì)算三次諧波有效值與基波有效值之間的比值，并將該比值與整定系數(shù)進(jìn)行比較，若大于或等于整定系數(shù)，則進(jìn)入下一步的判斷；(5)檢查保護(hù)裝置有無PT斷線標(biāo)志，若無該標(biāo)志，則說明牽引供電系統(tǒng)發(fā)生了異相短路，保護(hù)裝置發(fā)出跳閘信號(hào)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的牽引供電系統(tǒng)異相短路的保護(hù)方法，其特征在于，步驟(l) 和步驟(3)中利用傅里葉算法計(jì)算基波有效值和三次諧波有效值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的牽引供電系統(tǒng)異相短路的保護(hù)方法，其特征在于，整定系 數(shù)為2.5。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的牽引供電系統(tǒng)異相短路的保護(hù)方法，其特征在于，整定電 壓為供電臂線電壓的0.8倍。
全文摘要
本發(fā)明涉及繼電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種牽引供電系統(tǒng)異相短路的保護(hù)方法，包括下列步驟對(duì)繼電保護(hù)裝置實(shí)時(shí)采集到的兩供電臂間的相間電壓進(jìn)行計(jì)算，求出該電壓的基波有效值；將相間電壓的基波有效值與整定電壓值進(jìn)行比較，若小于或等于整定電壓值，則根據(jù)兩供電臂間的相間電壓的采樣值計(jì)算出該電壓的三次諧波有效值；計(jì)算三次諧波有效值與基波有效值之間的比值，并將該比值與整定系數(shù)進(jìn)行比較，若大于或等于整定系數(shù)，則檢查保護(hù)裝置有無PT斷線標(biāo)志，若無該標(biāo)志，則說明牽引供電系統(tǒng)發(fā)生了異相短路，保護(hù)裝置發(fā)出跳閘信號(hào)。本發(fā)明能正確識(shí)別出正常運(yùn)行或常規(guī)接地短路故障同異相短路故障之間的差別，具有性能完善，易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02H7/26GK101282037SQ200810053159
公開日2008年10月8日 申請(qǐng)日期2008年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月19日
發(fā)明者周瑩瑩, 張艷霞 申請(qǐng)人:天津大學(xué)