一种直接供电方式牵引网距离保护整定计算优化方法

摘要

本发明公开了一种直接供电方式牵引网距离保护整定计算优化方法,牵引网的供电系统为工频单相交流制，机车通过接触网T取流，流过机车后，经过钢轨R流回变电所；正常运行时，各牵引变电所的馈线在牵引网中无电联系，每台电力机车、每一条供电臂只从一个牵引变电所取电；在复线区段，上行I段和下行II段两条线路在同一牵引变电所取电，但在线路中间或者末端各自独立不并联，该方法包括步骤：(1)I段：优先保证距离I段的灵敏性，按保障本线路全长来整定；(2)II段：保护范围按各种供电方式下的最长距离进行整定。

说明书

技术领域

本发明涉及电气化铁路牵引供电系统的安全的技术领域，具体地涉及 一种直接供电方式牵引网距离保护整定计算优化方法。

背景技术

电气化铁路牵引供电系统的安全性是保证列车正常运行的重要前提， 特别是牵引网的结构复杂、故障频繁，且无备用，继电保护的正确动作显 得尤为重要。距离保护是牵引网的主保护。带回流线的直接供电方式是我 国普速铁路采用的最常用的供电方式，这种供电方式下有多种运行形式， 目前主流的定值方案需针对不同的供电形式，对牵引网馈线距离保护设计 多套定值，当供电形式发生改变时，人为切换定值区间，这无疑增加了值 班人员操作的复杂程度及可能发生的意外情况,导致保护不正确动作概率 增大。因此有必要对当前直接供电的整定计算方案进行简化。

而目前实际具体保护方案中，有些方案直接采用一套固定的阻抗，未 针对直接供电方式下不同供电形式采取不同测量阻抗。

直接供电方式以距离保护为主保护，设置两段(I、II段)式距离保护， 并结合综合谐波抑制等方案，同时配以电流速断保护，电流增量保护等。 正常供电时，距离I段保护范围为85％被保护线路L₁，II段保护范围为L₁全长，可靠系数取1.2～1.5。越区供电时切换被保护线路长度为两供电臂之 和，计算方法与正常供电相似。迂回或末端并联时，依据分区所是否设置 保护，设计各自对应的两段式段距离保护定值方案。对于不同的供电方式 采取不同的定值方案，供电方式改变时，切换定值区间。

当供电形式发生改变时，人为切换定值区间，这无疑增加了值班人员 操作的复杂程度及可能发生的意外情况,导致保护不正确动作概率增大。其 次，正常供电或分区所无保护的越区供电情况下，设置两段保护不会实现 上下级的选择性，但会因此损失线路末端15％部分的速动性。最后，实际具 体保护方案中，有些方案直接采用一套固定的阻抗，未针对直接供电方式 下不同供电形式采取不同测量阻抗。而采用不同单位测量阻抗方案中，单 位测量阻抗的依据不同，则定值不同，所以保护的实际范围也不相同。

带回流线的直接供电方式下有多种运行形式，目前主流的定值方案需 针对不同的供电形式，对牵引网馈线距离保护设计多套定值，当供电形式 发生改变时，人为切换定值区间，这无疑增加了值班人员操作的复杂程度 及可能发生的意外情况,导致保护不正确动作概率增大。相较电力系统，牵 引供电系统的方式相对简单，因此有必要对当前直接供电的整定计算方案 进行简化。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种直接供电 方式牵引网距离保护整定计算优化方法,其达到继电保护最根本的选择性、 速动性、灵敏性、可靠性的平衡,在考虑灵敏性优先的情况下,仅用一套保 护定值兼顾所有运行方式，减少运行维护工作量，避免定值切换导致的各 种非预期问题，提升保护动作的可靠性。

本发明的技术解决方案是：这种直接供电方式牵引网距离保护整定计 算优化方法，牵引网的供电系统为工频单相交流制，机车通过接触网T取 流，流过机车后，经过钢轨R流回变电所；正常运行时，各牵引变电所的 馈线在牵引网中无电联系，每台电力机车、每一条供电臂只从一个牵引变 电所取电；在复线区段，上行I段和下行II段两条线路在同一牵引变电所 取电，但在线路中间或者末端各自独立不并联，该方法包括以下步骤：

(1)I段：优先保证距离I段的灵敏性，按保障本线路全长来整定；

(2)II段：保护范围按各种供电方式下的最长距离进行整定。

本方法针对直接供电的不同供电形式，在考虑了不同供电方式下的测 量阻抗因素后，设计了一种可以兼顾正常、越区、迂回及末端并联方式的 定值方案，供电方式变化时无需工作人员手动切换定值区间，也避免了定 值转换过程中可能出现的各种意外情况，整定方案更加简洁可靠，因此达 到继电保护最根本的选择性、速动性、灵敏性、可靠性的平衡,在考虑灵 敏性优先的情况下,仅用一套保护定值兼顾所有运行方式，减少运行维护工 作量，避免定值切换导致的各种非预期问题，提升保护动作的可靠性,并 且对正常运行方式的性能没有任何影响。

附图说明

图1示出了现有技术中牵引供电系统及其直接供电模型；

图2示出了根据本发明的保护动作分析；

图3示出了根据本发明的末端并联单位测量阻抗计算。

具体实施方式

这种直接供电方式牵引网距离保护整定计算优化方法，牵引网的供电 系统为工频单相交流制，机车通过接触网T取流，流过机车后，经过钢轨R 流回变电所；正常运行时，各牵引变电所的馈线在牵引网中无电联系，每 台电力机车、每一条供电臂只从一个牵引变电所取电；在复线区段，上行I 段和下行II段两条线路在同一牵引变电所取电，但在线路中间或者末端各 自独立不并联(如图1所示)，如图2所示，该方法包括以下步骤：

(1)I段：优先保证距离I段的灵敏性，按保障本线路全长来整定；

(2)II段：保护范围按各种供电方式下的最长距离进行整定。

本方法针对直接供电的不同供电形式，在考虑了不同供电方式下的测 量阻抗因素后，设计了一种可以兼顾正常、越区、迂回及末端并联方式的 定值方案，供电方式变化时无需工作人员手动切换定值区间，也避免了定 值转换过程中可能出现的各种意外情况，整定方案更加简洁可靠，因此达 到继电保护最根本的选择性、速动性、灵敏性、可靠性的平衡,在考虑灵 敏性优先的情况下,仅用一套保护定值兼顾所有运行方式，减少运行维护工 作量，避免定值切换导致的各种非预期问题，提升保护动作的可靠性,并 且对正常运行方式的性能没有任何影响。

优选地，所述步骤(1)中整定时限取0.1s，动作阻抗电抗边按照公式 (1)计算：

X_set.1≥K_lm(X₁+X_m)(1)

其中可靠系数K_bm的范围是1.1-1.2，X_set.1为I段距离保护的整定定值，L_1、L₂为两个供电臂的长度。

为保证I段的灵敏度，采用最大运行方式的单位测量电抗X₁+X_m进行整 定。在此动作值下，迂回供电形式下发生短路故障对应的单位测量阻抗最 小，实际保护范围将扩大，可靠保证了各种运行工况下的灵敏度，在不利 的情况下具有稳定的保护范围。

优选地，所述步骤(2)中选择L₁+L₂与2L₁之中较大值，整定时限取0.5s， 动作阻抗电抗边按照公式(2)计算：

$X_{set.2}\ge \left(\begin{array}{cc}{K}_{lm}(L_1+L_2)(X_1+X_m),& L_2>L_1\\ K_{lm}·2L_1·(X_1+X_m),& L_1>L_2\end{array}\right)---\left(2\right)$

其中灵敏系数K_lm的范围是1.1-1.2，按照最大运行方式下单位测量阻 抗Z₁+Z_m来整定，X_set.2为II段距离保护的整定定值，X_1、X_m为上下行线路的自 阻抗和互阻抗。

优选地，当K₁发生故障，则变电所I段距离保护在0.1s动作；当K₄短路时，分区所I段优先在0.1s动作，否则由变电所II段保护在0.4s动 作，K₁为85％L₁范围内的故障，K₄为L₂线路末端故障。

优选地，当K₂发生故障时，变电所I段在0.1s动作；若越区供电K₃发生短路，则由变电所或分区所I段在0.1s动作，K₂为L₁线路末端故障， K₃为L₂线路始端故障。

以下说明直接供电方式及测量阻抗

1单线正常供电

如图1所示，正常运行时，假设仅上行(或下行)有电力机车运行， 线路发生短路故障时，1QF单位测量阻抗为Z₀，其中Z₀为上行或下行线路每 公里单位自阻抗。

2单线越区供电

假设仅上行有电力机车运行，越区供电线路L₁发生故障时，1QF单位测 量阻抗为线路单位自阻抗Z₀。

3复线末端并联及迂回供电

①迂回供电单位测量阻抗

设上下行牵引网每公里的自阻抗为Z₀，互阻抗每公里为Z_m，短路点位于 K₁，距变电所的距离为L_k(0≤L_k≤L)，变电所至K点的压降为△U，上下行 牵引网中电流为I₁、I₂，总短路电流为I，设断路器1QF处的测量阻抗为Z₁, 断路器2QF处的测量阻抗为Z₂。

1)线路在图3的K₁处发生短路故障时,2QF到短路点的单位测量阻抗与 正常供电方式相同,为线路的单位阻抗Z₀。

2)线路在K₂处发生短路时，其中2QF到短路点的压降为

ΔU₂＝L_kZ₀I₂+2(L-L_k)(Z₀I₂-Z_mI₂)，则$Z_2=\frac{{\mathrm{\Delta U}}_2}{I_2}=(2L-L_k)(Z_0-\frac{2(L-L_k)}{2L-L_k}{Z}_m)$

令${Z^{\prime }}_{yh}=Z_0-\frac{2(L-L_k)}{2L-L_k}{Z}_m=Z_0+{\mathrm{\beta Z}}_m,$则Z₂＝(2L-L_k)Z_yh′

②末端并联单位测量阻抗

复线末端并联供电时，当线路K₁处发生短路故障，可得如下式子：2QF 到短路点K₁的压降为ΔU₂＝L_k(Z₀I₂+Z_mI₁)

1QF到短路点K1的压降为ΔU₁＝L_k(Z₀I₁+Z_mI₂)+2(L-L_k)(Z₀I₁-Z_mI₁)

又有ΔU₁＝ΔU₂，可得$I_1=\frac{L_k}{2L-L_k}{I}_2,$则$Z_1=\frac{\Delta U}{I_1}=(2L-L_k)(Z_0+\frac{L_k}{2L-L_k}{Z}_m)$

记${Z^{\prime }}_b=Z_0+\frac{L_k}{2L-L_k}{Z}_m=Z_0+{\mathrm{\alpha Z}}_m,$则Z₁＝(2L-L_k)Z_b′，同理Z₂＝L_kZ_b′

本方法针对直接供电的不同供电形式，在考虑了不同供电方式下的测 量阻抗因素后，设计了一种可以兼顾正常、越区、迂回及末端并联方式的 定值方案。供电方式变化时无需工作人员手动切换定值区间，也避免了定 值转换过程中可能出现的各种意外情况，整定方案更加简洁可靠。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的 限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等 同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的保护范围。