專利名稱：軌道交通供電系統(tǒng)區(qū)間故障主保護(hù)及后備保護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于軌道交通供電系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及應(yīng)用于軌道交通供電系統(tǒng)的對區(qū)間故障進(jìn)行主保護(hù)及后備保護(hù)的裝置。
背景技術(shù)：
軌道交通供電系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的區(qū)間線路故障保護(hù)方案除了裝設(shè)差動保護(hù)裝置作為 主保護(hù)外，還需另外裝設(shè)過電流保護(hù)裝置作為后備。為實現(xiàn)保護(hù)的選擇性，各過電流保護(hù)之間在數(shù)值和時限上均要求有配合，越靠近主變電所的保護(hù)動作時限越長，現(xiàn)場的實際情況不允許無限地擴(kuò)大供電局變電所的保護(hù)動作時限范圍，只能壓縮牽引降壓供電系統(tǒng)所間配合級數(shù)，這樣就不能保證各牽引降壓混合變電所進(jìn)出線的保護(hù)選擇性。在保護(hù)的整定計算上也比較繁瑣和復(fù)雜，也不方便以后的線路改造。以廣州地鐵6號線為例，其供電系統(tǒng)為110KV/35kV集中供電方式，具有把多個牽引混合變電所、降壓供電變電所聯(lián)接成為ー個整體的牽引供電系統(tǒng)的大環(huán)網(wǎng)特點(diǎn)，在正常運(yùn)行多達(dá)6 8級供電、非正常運(yùn)行可達(dá)12 15級供電方式。如果發(fā)生區(qū)間電纜故障時斷路器拒動，傳統(tǒng)的地鐵差動保護(hù)、過電流后備保護(hù)方案無法解決隔離故障點(diǎn)選擇性與快速性的矛盾，無法滿足靈敏度上下級配合的要求，可靠供電存在隱患。廣州地鐵站間距離較短，區(qū)間故障時站間短路容量相同，上下級保護(hù)整定值無法配合。如果采用常規(guī)階梯式保護(hù)配置方案將很難保證整個系統(tǒng)的選擇性。

實用新型內(nèi)容針對上述問題，申請人經(jīng)過研究改進(jìn)，現(xiàn)提供一種軌道交通供電系統(tǒng)區(qū)間故障主保護(hù)及后備保護(hù)裝置，滿足繼電保護(hù)對可靠性、選擇性、靈敏性、快速性的要求。本實用新型的技術(shù)方案如下本實用新型提供一種軌道交通供電系統(tǒng)區(qū)間故障主保護(hù)及后備保護(hù)裝置，包括多個地鐵站，每個地鐵站包括第一母線以及第ニ母線；相鄰地鐵站的第一母線之間通過ー組區(qū)間電纜相互串連；相鄰地鐵站的第二母線之間通過另ー組區(qū)間電纜相互串連；至少一條區(qū)間電纜與來自變電所的出線相連接；每條區(qū)間電纜與前一地鐵站連接的出線以及與后一地鐵站連接的進(jìn)線上均安裝有斷路器柜，在每條區(qū)間電纜的進(jìn)、出線斷路器柜內(nèi)分別安裝有一臺數(shù)字通信過電流保護(hù)裝置F35和一臺線路差動保護(hù)裝置L30。本實用新型的有益技術(shù)效果是本實用新型解決了整個系統(tǒng)的選擇性問題。當(dāng)區(qū)間線路出現(xiàn)故障，利用數(shù)字通信過電流保護(hù)及線路縱聯(lián)微機(jī)光纖差動保護(hù)功能實現(xiàn)瞬動跳閘，當(dāng)區(qū)外故障時可以可靠閉鎖。本實用新型解決了非正常運(yùn)行方式下的自適應(yīng)問題。在非正常運(yùn)行方式下，在整個供電系統(tǒng)中保護(hù)配置方案能靈活適應(yīng)運(yùn)行方式的需要，任一環(huán)網(wǎng)進(jìn)、出線開關(guān)都具有充當(dāng)網(wǎng)開關(guān)的能力。F35、L30具有六組整定值，四段相/接地電流保護(hù)，如果網(wǎng)開關(guān)位置改變，F(xiàn)35仍可適用于系統(tǒng)的保護(hù)。環(huán)網(wǎng)進(jìn)、出線開關(guān)具有相同邏輯，可根據(jù)供電方向的改變而自動適應(yīng)。供電系統(tǒng)內(nèi)各開關(guān)保護(hù)時間的配合上是動態(tài)的，各保護(hù)裝置只需要站內(nèi)進(jìn)行時間上的配合，而不會隨著供電區(qū)段的延長而需要另行調(diào)整。保護(hù)退出運(yùn)行、保護(hù)裝置異常、光纖通道故障時保護(hù)裝置有選擇快速切除故障區(qū)段。綜上所述，本實用新型利用保護(hù)裝置之間的直接通信可編程功能，實現(xiàn)了線路兩端信息的傳遞，在不降低保護(hù)系統(tǒng)可靠性的前提下，不僅完全可以替代傳統(tǒng)的電流差動保護(hù)還克服了傳統(tǒng)保護(hù)系統(tǒng)的選擇性和速動性之間的矛盾，從而可以迅速切除故障，可解決35KV環(huán)網(wǎng)供電線路后備保護(hù)的速動性與選擇性相矛盾的問題。

圖I是典型供電區(qū)段示意圖。圖2是數(shù)字通信過電流保護(hù)裝置F35的光纖連接方式示意圖。圖3是區(qū)間線路故障主保護(hù)的邏輯關(guān)系圖。圖4是區(qū)間線路保護(hù)裝置通訊異常后備保護(hù)的邏輯關(guān)系圖。圖5是區(qū)間線路出線斷路器失靈ー級后備保護(hù)的邏輯關(guān)系圖。圖6是區(qū)間線路出線斷路器失靈ニ級后備保護(hù)的邏輯關(guān)系圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式
做進(jìn)ー步說明。為方便分析，現(xiàn)針對軌道交通供電系統(tǒng)全網(wǎng)選取如圖I所示的典型供電區(qū)段介紹本實用新型，其他供電區(qū)段與之類似。一、典型供電區(qū)段保護(hù)配置在如圖I所示的典型供電分區(qū)上，示出了 A、B兩個地鐵站，I母線和II母線形成各自的環(huán)網(wǎng)，兩個環(huán)網(wǎng)上共設(shè)有8個斷路器(拒)。在此供電分區(qū)上，可能會因為運(yùn)行方式的改變，供電方向而有所改變。在此供電分區(qū)上，區(qū)間電纜的進(jìn)、出線斷路器柜上均裝設(shè)數(shù)字通信過電流保護(hù)裝置F35、線路差動保護(hù)裝置L30。ニ、數(shù)字通信過電流保護(hù)裝置間的光纖通訊(I)硬件的配置在相鄰兩個地鐵站的區(qū)間電纜的進(jìn)、出線均配置數(shù)字通信過電流保護(hù)裝置F35。數(shù)字通信過電流保護(hù)裝置F35配置了 7J型光纖通訊模塊，此光纖通訊模塊為雙通道、1300nm、單模、ELED、通訊距離為11. 4KM,滿足最長兩站之間的距離。裝置間信息 的比較和傳輸通過專用的光纖通道進(jìn)行，在工程實際應(yīng)用中通過專用的完全獨(dú)立于監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的光纖將兩裝置進(jìn)行連接。 (2)光纖連接方式站間數(shù)字通信過電流保護(hù)裝置F35的光纖連接方式如圖2所示。在這種結(jié)構(gòu)中，光纖環(huán)網(wǎng)數(shù)據(jù)通信傳輸時間預(yù)計如下(128kbps) :A站出線F35到B站進(jìn)線F35為O. 2周波(4ms) ;B站出線F35到C站進(jìn)線F35為O. 2周波(4ms)。(3)光纖通訊的可靠性保證F35光纖通訊可滿足在最惡劣的情況下的正常通訊，裝置已經(jīng)通過 ANSI/IEEE C37. 90. 2 ；IEC 61000-4-3 ；IEC 60255-22-3 ；0ntario HydroC-5047-77輻射電磁干擾試驗以及IEC 61000-4-8エ頻率磁場抗干擾試驗。此外F35應(yīng)用32位的CRC報警功能來檢查收到DIO信息的完整性，并通過末返回信息(Msg)告警功能來檢查DIO通訊環(huán)的完整性。CRC報警功能用于監(jiān)測通訊媒介噪聲，它通過跟蹤C(jī)RC，檢查失敗的信息速率，將CRC失敗的次數(shù)記錄，并將記錄的信息放到一個用戶可自定義的獨(dú)立的信息計數(shù)器中，并給出DIO通道CRC報警提示。當(dāng)總信息計數(shù)器達(dá)到用戶自定義的最大值時，發(fā)出告警信號，同時計數(shù)器復(fù)位并將監(jiān)測過程重新開始。末返回信息告警功能通過跟蹤末返回信息的速率來監(jiān)控通訊環(huán)的完整性。在環(huán)結(jié)構(gòu)中，所有由指定設(shè)備產(chǎn)生的信息都在預(yù)定義的時間內(nèi)返回，當(dāng)末返回的信息計數(shù)器達(dá)到用戶自定義的水平，發(fā)出報警信號。與CRC報警功能一祥，當(dāng)總信息計數(shù)器達(dá)到用戶自定義的最大值時，計數(shù)器復(fù)位并將監(jiān)測過程重新開始。通過對保護(hù)裝置CRC和Msg報警功能的適當(dāng)整定，可保證在惡劣通訊環(huán)境下的光纖通訊的正常運(yùn)行。三、區(qū)間線路故障主保護(hù)
·[0029]在區(qū)間線路兩端各裝設(shè)一臺數(shù)字通信過電流保護(hù)裝置F35，通過保護(hù)裝置的光纖接ロ模塊實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)通信。F35的可編程DIO功能，可以用于傳輸相鄰所間的保護(hù)聯(lián)跳及閉鎖信息、開關(guān)量信息、失靈保護(hù)聯(lián)跳信息等，同時把這些信息參與到邏輯編程中。當(dāng)區(qū)間線路發(fā)生線路故障、接地等情況時，兩端的F35檢測線路中流過的電流是否達(dá)到其設(shè)定的判據(jù)電流啟動值，并將此啟動與否的信號，通過光纖在兩裝置間進(jìn)行傳遞，在保護(hù)裝置的內(nèi)部進(jìn)行邏輯比選、判斷，快速判別線路故障區(qū)段，實現(xiàn)選擇性地快速切除故障線路。線路兩端的判據(jù)電流可以根據(jù)實際工程中的需要指定，線路兩端的判據(jù)電流可以不一致，也可以是ー種或多種電流的組合。譬如線路一端的判據(jù)電流是正常的相電流，而另一端是電壓制動電流。靈活的組合配置，可以實現(xiàn)高阻保護(hù)等功能。數(shù)字通信過電流保護(hù)的內(nèi)部邏輯關(guān)系見圖3。圖3中，XOR為異或門，&為與門。如圖I所示，以A站至B站的環(huán)網(wǎng)線路為例，在站間保護(hù)裝置光纖通訊正常的情況下，對于相間故障和接地故障(d點(diǎn))，由數(shù)字通信過電流保護(hù)內(nèi)部邏輯可知，A變電所的出線斷路器的保護(hù)裝置F35-4電流保護(hù)啟動，并將啟動信號通過光纖傳至B變電所的進(jìn)線斷路器的保護(hù)裝置F35-7 ;而8變電所的進(jìn)線斷路器的保護(hù)裝置F35-7電流保護(hù)未啟動，滿足圖3的邏輯關(guān)系，由主保護(hù)裝置F35-4、F35-7跳開線路兩端進(jìn)、出線斷路器，切除故障。[0031 ] F35具備可靠的光纖通信保證，其通道自檢能力，可在其中一個光纖通信通道故障時進(jìn)行自動的通信通道轉(zhuǎn)換，同時發(fā)報警信息經(jīng)SCADA系統(tǒng)上傳。當(dāng)通道性能惡化(噪音過大、干擾等)至完全中斷吋，裝置發(fā)通訊異常告警信號，并閉鎖數(shù)字通信過電流主保護(hù)，同時切換到過電流后備保護(hù)。一旦通道恢復(fù)正常，立即解除數(shù)字通信過電流主保護(hù)閉鎖。四、區(qū)間線路故障近后備保護(hù)( I)主保護(hù)裝置異常后備保護(hù)以A站至B站的環(huán)網(wǎng)線路為例，在A站的出線主保護(hù)裝置F35故障未排除的情況下(裝置已報警)，若出現(xiàn)區(qū)間短路故障的情況(d點(diǎn))，則由A站的出線主保護(hù)裝置F35的后備保護(hù)裝置L30差動跳閘從而切除故障。如圖I所示，對于相間故障和接地故障來說，A站出線的保護(hù)裝置F35-4異常吋，B站進(jìn)線的F35-7保護(hù)裝置將檢測不到對側(cè)保護(hù)裝置的在線信號，此時進(jìn)線保護(hù)裝置F35-4啟動裝置異常后備保護(hù)，經(jīng)過Λ t延時后由A站的進(jìn)線后備保護(hù)裝置L30-4跳開進(jìn)線斷路器，切除故障。L30具有強(qiáng)大的電流差動保護(hù)功能，L30為帶有完整通道接ロ的數(shù)字式電流差動保護(hù)系統(tǒng)，可對電纜線路或架空線路進(jìn)行完整的保護(hù)。L30可用于兩端輸電線路及三端輸電線路。在保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生短路故障時，可以瞬時跳開故障電纜兩側(cè)的斷路器，切除故障。L30提供整定值CT TAP以修正由于保護(hù)區(qū)兩端電流互感器變比的不同，使得保護(hù)區(qū)兩端的電流能在同一基準(zhǔn)上進(jìn)行差動比較。L30的創(chuàng)新型雙斜率自適應(yīng)制動特性以測量誤差的估值為基礎(chǔ)，使繼電器在外部故障時能保證足夠的安全性，內(nèi)部故障時保持足夠的靈敏性。與傳統(tǒng)的百分比列差動相比，保護(hù)的定值可整定得更靈敏。L30本身具有零序差動保護(hù)功能，只需要將設(shè)置功能開啟即可。以實現(xiàn)快速判別故障區(qū)段，選擇性地快速切除故障線路。零序差動的最小整定值為O. 05A，級差O. 01A，具有極高的靈敏度。(2)站間保護(hù)裝置通訊異常后備保護(hù)以A站至B站的環(huán)網(wǎng)線路為例，在線路兩端的主保護(hù)裝置F35間出現(xiàn)光纖通訊故障的情況下，線路兩端的F35數(shù)字通信過電流保護(hù)裝置立即發(fā)出告警信號，并立即閉鎖數(shù)字通信過電流保護(hù)，同時切換到過電流后備保護(hù)，若在未排除通訊故障的情況下，出現(xiàn)區(qū)間短路故障的情況(d點(diǎn))，則由A站的出線F35過電流后備保護(hù)出ロ跳閘以切除故障。其邏輯關(guān)系見圖4。圖4中，t為延吋，&為與門。如圖I所示，對于相間故障和接地故障來說，在站間保護(hù)裝置通訊異常的情況下，A站的出線保護(hù)裝置F35-4的電流保護(hù)啟動，但接收不到對側(cè)保護(hù)裝置F35-7的在線信號，此時F35-4閉鎖數(shù)字通信過電流主保護(hù)動作，同時啟動過電流后備保護(hù)，經(jīng)過At延時后由A站的出線保護(hù)裝置F35-4跳開出線斷路器。此Λ t延時需要躲過饋線保護(hù)動作切除故障的時間。五、區(qū)間線路故障遠(yuǎn)后備保護(hù)(I)出線斷路器失靈ー級后備保護(hù)以A站至B站的環(huán)網(wǎng)線路為例，若在此區(qū)間出現(xiàn)短路故障的情況(d點(diǎn))，則線路兩端的數(shù)字通信過電流保護(hù)裝置F35動作，同時將動作信號傳至A站同一段母線上的進(jìn)線保護(hù)裝置；若A站出線的斷路器失靈，不能在預(yù)定時間內(nèi)切除故障，則由A站進(jìn)線的數(shù)字通信過電流保護(hù)裝置F35執(zhí)行數(shù)字通信過電流主保護(hù)的ー級后備保護(hù)，來切除故障，從而盡量減小故障范圍。其邏輯關(guān)系見圖5。圖5中，&為與門，t為延吋。如圖I所示，對于相間故障和接地故障來說，A站的進(jìn)線斷路器的保護(hù)裝置F35-3在接收到環(huán)網(wǎng)出線保護(hù)裝置F35-4發(fā)來的斷路器失靈信號后，跳開進(jìn)線斷路器，切除故障。2)出線斷路器失靈ニ級后備保護(hù)若在如上所述的情況下，因為A站進(jìn)線斷路器的同時失靈，此時仍然不能切除故障，則A站進(jìn)線的數(shù)字通信過電流保護(hù)裝置F35，將拒動信息通過保護(hù)裝置的DIO功能傳至上級地鐵站的出線數(shù)字通信過電流保護(hù)裝置F35，由此出線的F35執(zhí)行數(shù)字通信過電流主保護(hù)的ニ級后備保護(hù)，切除故障。期間拒動信號由于采用保護(hù)裝置專用光纖傳遞從而大大節(jié)省信號傳輸時間，提高的保護(hù)系統(tǒng)的速動性，其邏輯關(guān)系見圖6。圖6中，&為與門，t為延時。、[0049]如圖I所示，對于相間故障和接地故障來說，A站更前ー站(圖中未示出)的出線斷路器的保護(hù)裝置F35在接收到A站的進(jìn)線保護(hù)裝置F35-3發(fā)來的斷路器失靈信號后，跳開出線斷路器，切除故障。以上所述的僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，本實用新型不限 于以上實施例?？梢岳斫?，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本實用新型的基本構(gòu)思的前提下直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的其他改進(jìn)和變化，均應(yīng)認(rèn)為包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1. 一種軌道交通供電系統(tǒng)區(qū)間故障主保護(hù)及后備保護(hù)裝置，包括多個地鐵站，每個地鐵站包括第一母線以及第ニ母線；相鄰地鐵站的第一母線之間通過ー組區(qū)間電纜相互串連；相鄰地鐵站的第二母線之間通過另ー組區(qū)間電纜相互串連；至少一條區(qū)間電纜與來自變電所的出線相連接；每條區(qū)間電纜與前一地鐵站連接的出線以及與后一地鐵站連接的進(jìn)線上均安裝有斷路器柜，其特征在干在每條區(qū)間電纜的進(jìn)、出線斷路器柜內(nèi)分別安裝有一臺數(shù)字通信過電流保護(hù)裝置F35和一臺線路差動保護(hù)裝置L30。
專利摘要本實用新型提供一種軌道交通供電系統(tǒng)區(qū)間故障主保護(hù)及后備保護(hù)裝置，包括多個地鐵站，每個地鐵站包括第一母線以及第二母線；相鄰地鐵站的第一母線之間、第二母線之間分別通過區(qū)間電纜相互串連；每條區(qū)間電纜與前一地鐵站連接的出線以及與后一地鐵站連接的進(jìn)線上均安裝有斷路器柜，在每條區(qū)間電纜的進(jìn)、出線斷路器柜內(nèi)分別安裝有數(shù)字通信過電流保護(hù)裝置F35和線路差動保護(hù)裝置L30。本實用新型在不降低保護(hù)系統(tǒng)可靠性的前提下，不僅完全可以替代傳統(tǒng)的電流差動保護(hù)，還克服了傳統(tǒng)保護(hù)系統(tǒng)的選擇性和速動性之間的矛盾，從而可以迅速切除故障，可解決35KV環(huán)網(wǎng)供電線路后備保護(hù)的速動性與選擇性相矛盾的問題。
文檔編號H02H7/26GK202455052SQ20122002509
公開日2012年9月26日 申請日期2012年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月19日
發(fā)明者曾小慶, 陳硙 申請人:無錫市科環(huán)自動化設(shè)備有限公司