專利名稱：一種同相供電設備繼電保護系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種同相供電設備繼電保護系統。
背景技術：
由于電氣化鐵道牽引供電系統結構和負荷的特殊性，造成了電力系統三相嚴重不平衡，存在大量的諧波和無功，尤其是電分相環節的存在使電力機車安全運行存在較大隱患，制約了高速、重載鐵路的發展。為了克服上述問題，牽引供電系統一般采用換相措施以減少負序對電力系統的影響，采用自動過分相裝置以解決高速電力機車通過電分相問題， 采用并聯電容裝置以補償牽引負荷產生的無功。但是，這些措施只能起到緩解作用，仍然存在著技術缺陷。為此，同相供電技術的提出為綜合解決上述問題的提供了另一種途徑。同相供電不僅實現了三相平衡，而且能動態補償諧波和無功，是高速鐵路牽引供電的重要發展方向。同相供電系統是在牽引變電所傳統的三相一兩相變壓器的基礎上，通過接入同相供電設備并進行相應改造實現的。同相供電系統如圖1所示。圖1中，三相一兩相變壓器為任意一種將電力系統的三相電源變為牽引供電系統的兩相電源的牽引變壓器，其原邊三相與公用電網相連，次邊的α輸出相和β輸出相之間連接的設備為同相供電設備，依次為降壓變壓器G1、單相變流器Ml、直流電容C、單相變流器Μ2、降壓變壓器G2 ； α相為電力機車L 供電；降壓變壓器Gl和降壓變壓器G2的高壓側電壓為27. 5kV，低壓側電壓為500-2000V。同相供電系統可以綜合解決牽引供電系統的電分相、負序、無功、諧波等多種問題，是牽引供電的未來發展方向之一。但是，目前的研究主要集中在同相供電系統構成和有源濾波器控制策略等方面，對其相關配套技術的研究較少。同相供電設備作為電氣化鐵道同相牽引供電系統的核心組成部分，不可避免地會遇到短路等故障情況，這些故障的發生， 將嚴重威脅同相供電設備的安全，尤其是基于大功率電力電子開關元件構成的單相變流器，其工作條件苛刻，價格昂貴，因此必須對同相供電設備提供完善、合理的保護。當同相供電設備內部發生故障時，保護應可靠動作，同相供電設備兩側斷路器能夠迅速跳閘；當牽引網發生故障時，保護應可靠不動作。目前，還沒有專門針對同相供電設備的繼電保護方案。
實用新型內容本實用新型的目的在于提供一種同相供電設備繼電保護系統，滿足繼電保護的可靠性、選擇性、速動性、靈敏性要求，實現整個同相供電設備的完善保護。該繼電保護系統能使同相供電設備發生故障時被迅速切除隔離，以免受到繼續破壞，保證無故障部分迅速恢復正常運行，從而繼續為電力機車安全可靠地輸送電能。本實用新型的目的通過下述技術方案實現一種同相供電設備繼電保護系統，主要由微機保護裝置、設置在α母線和同相供電設備之間的斷路器IQF和電流互感器1ΤΑ、以及設置在β母線和同相供電設備之間的斷路器2QF和電流互感器2ΤΑ構成，所述電流互感器ITA和電流互感器2ΤΑ均與微機保護裝置相連。[0007]本實用新型還包括設置在α母線上的電壓互感器1TV、以及設置在β母線上的電壓互感器2TV，所述電壓互感器ITV和電壓互感器2TV均與微機保護裝置相連。所述同相供電設備主要由設置在α母線和β母線之間且通過聯絡電纜依次相連的降壓變壓器Gl、單相變流器Ml、直流電容C、單相變流器M2、降壓變壓器G2構成，所述降壓變壓器Gl和降壓變壓器G2均通過繼電器接點信號與微機保護裝置相連；降壓變壓器Gl 和降壓變壓器G2的高壓側電壓為27. 5kV，低壓側電壓為500-2000V。本實用新型中涉及的所有α母線均為連接在同相供電系統中三相一兩相變壓器 α輸出相的母線，所有β母線均為連接在同相供電系統中三相一兩相變壓器β輸出相的母線；α母線為電力機車供電，β母線輸入到同相供電設備的有功功率，除了同相供電設備消耗的有功功率以外，全部被同相供電設備輸出到α母線以供給電力機車。本實用新型中涉及的微機保護裝置為現有的，其屬于成熟技術，故在本實用新型中不再敘述。微機保護裝置可以通過接入的電流互感器，電壓互感器等測量元件的信號對回路的狀態進行監視，控制以及保護，比如短路保護，過載保護，單相接地保護等等。在未采用微機保護裝置的時候，通過高壓柜用繼電器實現這些保護功能，采用微機保護裝置，功能相對多一些，比如可以方便接受遠程控制，向上級系統進行通訊，傳遞回路的電流電壓、功率電量信號，可以方便的調整保護設定值等等，總之，微機保護裝置就是可以智能的實現測量、控制、保護等功能的保護裝置，可以將所有功能集中在一套保護裝置中實現，也可以分布在多套保護裝置中實現。綜上所述，本實用新型的有益效果是以降壓變壓器Gl、單相變流器Ml、直流電容 C、單相變流器Μ2、降壓變壓器G2及上述設備之間的聯絡電纜構成的同相供電設備為保護對象，過電流保護動作于同相供電設備內部嚴重故障，有功功率差動保護動作于同相供電設備內部輕微故障，非電量保護動作于降壓變壓器Gl或降壓變壓器G2油箱內故障，過電流保護、有功功率差動保護、非電量保護三者結合為同相供電設備提供完善的繼電保護功能; 低電壓保護在α輸出相母線故障或β輸出相母線故障或三相一兩相變壓器故障時，斷開同相供電設備回路、使同相供電設備退出運行，防止母線電壓恢復時的沖擊對同相供電設備造成破壞；斷路器失靈保護在同相供電設備發生故障而斷路器又拒動時，跳開相鄰上級斷路器，以減少同相供電設備損壞。本實用新型能使同相供電設備發生故障時被迅速切除隔離，以免受到繼續破壞，保證牽引供電系統無故障部分迅速恢復正常運行，從而繼續為電力機車安全可靠地輸送電能。
圖1為現有的同相供電系統示意圖；圖2為本實用新型的同相供電設備繼電保護系統示意圖；圖3為α輸出相過電流保護原理框圖；圖4為β輸出相過電流保護原理框圖；圖5為α輸出相低電壓保護原理框圖；圖6為β輸出相低電壓保護原理框圖；圖7為一種有功功率差動保護原理框圖；圖8為另一種有功功率差動保護原理框圖。
具體實施方式
下面結合實施例及附圖，對本實用新型作進一步的詳細說明，但本實用新型的實施方式不僅限于此。實施例如圖2所示，本實用新型涉及的同相供電設備繼電保護系統，主要由微機保護裝置、設置在α母線和同相供電設備之間的斷路器IQF和電流互感器1ΤΑ、以及設置在β母線和同相供電設備之間的斷路器2QF和電流互感器2ΤΑ構成，所述電流互感器ITA和電流互感器2ΤΑ均與微機保護裝置相連。由于采用了上述結構，從而能實現過電流保護，其工作過程為當同相供電設備內部(電流互感器ITA與電流互感器2ΤΑ之間)發生較嚴重故障時，微機保護裝置通過電流互感器ITA或電流互感器2ΤΑ測到的電流大于額定負荷電流，微機保護裝置基于該電流信號跳開同相供電設備兩側的斷路器，從而起到過電流保護的作用；α輸出相、β輸出相過電流保護原理框圖分別如圖3、4所示，圖3和圖4中，
Ial ,Ia2側α綱·流白勺口二腫Mft 雞、Z82側β綱■流白働皮
和二次諧波值；IGLa、“分別表示α輸出相、β輸出相過電流保護的動作電流值；&
為二次諧波閉鎖門檻定值；Traa^rsij分別表示α輸出相、β輸出相過電流保護的動作時限。上述結構不僅能實現過電流保護，還能防止過電流保護誤動，其工作過程為當降壓變壓器Gl或降壓變壓器G2產生勵磁涌流時，微機保護裝置檢測到電流成分中二次諧波含量超過預設值，從而閉鎖過電流保護防止誤動。作為本實用新型的進一步優化，如圖2所示，在上述結構的基礎上，本實用新型還增加了設置在α母線上的電壓互感器1TV、以及設置在β母線上的電壓互感器2TV，所述電壓互感器ITV和電壓互感器2TV均與微機保護裝置相連，從而能實現低電壓保護，其工作過程為當α輸出相母線故障或β輸出相母線故障或三相一兩相變壓器故障時，微機保護裝置通過位于同相供電設備兩側母線上的電壓互感器1TV、電壓互感器2TV測到的電壓低于額定電壓水平，微機保護裝置基于該電壓信號跳開同相供電設備兩側的斷路器，從而實現低電壓保護；α輸出相、β輸出相低電壓保護原理框圖如圖5、6所示，圖5和圖6中，
Uai、分別表示α輸出相、β輸出相電壓的基波值；t/ffa、Usv分別為α輸出相、β輸
出相低電壓保護的動作電壓值；7^ 、巧#為α輸出相、β輸出相低電壓保護的動作時限。作為本實用新型的更進一步優化，如圖2所示，在進一步優化的基礎上，本實用新型還將同相供電設備中的降壓變壓器Gl和降壓變壓器G2的繼電器接點信號分別與微機保護裝置相連接，從而實現了非電量保護，其工作過程為當同相供電設備中的降壓變壓器 Gl或降壓變壓器G2油箱內部故障時，其內部安裝的重瓦斯繼電器或壓力繼電器、溫度繼電器會向微機保護裝置發出接點信號，微機保護裝置基于該信號跳開同相供電設備兩側的斷路器，從而實現非電量保護。[0027]本實用新型不僅能實現上述功能，還能實現有功功率差動保護和斷路器失靈保護，其工作過程如下有功功率差動保護當同相供電設備正常運行時，β母線輸入到同相供電設備的有功功率，除了同相供電設備消耗的有功功率以外，全部被同相供電設備輸出到α母線以供給電力機車；當同相供電設備發生故障時，會消耗大量有功電能，當其消耗的有功功率大于有功功率差動保護的動作功率值，微機保護裝置跳開同相供電設備兩側的斷路器，從而實現有功功率差動保護。同相供電設備消耗的有功功率計算方法為首先通過電流互感器 1ΤΑ、電流互感器2ΤΑ、電壓互感器ITV和電壓互感器2TV測得三相一兩相變壓器α輸出相和β輸出相的基波電壓和電流，然后根據基波電壓和電流計算出α輸出相和β輸出相的基波有功功率，從而計算出同相供電設備消耗的有功功率，整個過程均通過微機保護裝置進行數據計算，α輸出相和β輸出相的基波有功功率的計算公式如下
權利要求1.一種同相供電設備繼電保護系統，其特征在于，主要由微機保護裝置、設置在α母線和同相供電設備之間的斷路器IQF和電流互感器1ΤΑ、以及設置在β母線和同相供電設備之間的斷路器2QF和電流互感器2ΤΑ構成，所述電流互感器ITA和電流互感器2ΤΑ均與微機保護裝置相連。
2.根據權利要求1所述的一種同相供電設備繼電保護系統，其特征在于，還包括設置在α母線上的電壓互感器1TV、以及設置在β母線上的電壓互感器2TV，所述電壓互感器 ITV和電壓互感器2TV均與微機保護裝置相連。
3.根據權利要求1或2所述的一種同相供電設備繼電保護系統，其特征在于，所述同相供電設備主要由設置在α母線和β母線之間且通過聯絡電纜依次相連的降壓變壓器G1、 單相變流器Ml、直流電容C、單相變流器Μ2、降壓變壓器G2構成，所述降壓變壓器Gl和降壓變壓器G2均通過繼電器接點信號與微機保護裝置相連。
專利摘要本實用新型公開了一種同相供電設備繼電保護系統，主要由微機保護裝置、設置在α母線和同相供電設備之間的斷路器1QF和電流互感器1TA、設置在β母線和同相供電設備之間的斷路器2QF和電流互感器2TA、設置在α母線上的電壓互感器1TV、以及設置在β母線上的電壓互感器2TV構成，所述電流互感器1TA、電流互感器2TA、電壓互感器1TV、電壓互感器2TV均與微機保護裝置相連。本實用新型能使同相供電設備發生故障時被迅速切除隔離，以免受到繼續破壞，保證無故障部分迅速恢復正常運行，從而繼續為電力機車安全可靠地輸送電能。
文檔編號H02J13/00GK201937255SQ201120013270
公開日2011年8月17日 申請日期2011年1月17日 優先權日2011年1月17日
發明者李崗, 李群湛, 熊列彬, 王牣, 陳小川, 韓正慶, 高仕斌, 魏昕, 黃彥全 申請人:成都交大許繼電氣有限責任公司, 西南交通大學