[发明专利]一种同相供电设备继电保护系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种同相供电设备继电保护系统及方法。

背景技术

由于电气化铁道牵引供电系统结构和负荷的特殊性，造成了电力系统三相严重不平衡，存在大量的谐波和无功，尤其是电分相环节的存在使电力机车安全运行存在较大隐患，制约了高速、重载铁路的发展。为了克服上述问题，牵引供电系统一般采用换相措施以减少负序对电力系统的影响，采用自动过分相装置以解决高速电力机车通过电分相问题，采用并联电容装置以补偿牵引负荷产生的无功。但是，这些措施只能起到缓解作用，仍然存在着技术缺陷。为此，同相供电技术的提出为综合解决上述问题的提供了另一种途径。同相供电不仅实现了三相平衡，而且能动态补偿谐波和无功，是高速铁路牵引供电的重要发展方向。

同相供电系统是在牵引变电所传统的三相－两相变压器的基础上，通过接入同相供电设备并进行相应改造实现的。同相供电系统如图1所示。图1中，三相－两相变压器为任意一种将电力系统的三相电源变为牵引供电系统的两相电源的牵引变压器，其原边三相与公用电网相连，次边的α输出相和β输出相之间连接的设备为同相供电设备，依次为降压变压器G1、单相变流器M1、直流电容C、单相变流器M2、降压变压器G2；α相为电力机车L供电；降压变压器G1和降压变压器G2的高压侧电压为27.5kV，低压侧电压为500-2000V。

同相供电系统可以综合解决牵引供电系统的电分相、负序、无功、谐波等多种问题，是牵引供电的未来发展方向之一。但是，目前的研究主要集中在同相供电系统构成和有源滤波器控制策略等方面，对其相关配套技术的研究较少。同相供电设备作为电气化铁道同相牵引供电系统的核心组成部分，不可避免地会遇到短路等故障情况，这些故障的发生，将严重威胁同相供电设备的安全，尤其是基于大功率电力电子开关元件构成的单相变流器，其工作条件苛刻，价格昂贵，因此必须对同相供电设备提供完善、合理的保护。当同相供电设备内部发生故障时，保护应可靠动作，同相供电设备两侧断路器能够迅速跳闸；当牵引网发生故障时，保护应可靠不动作。目前，还没有专门针对同相供电设备的继电保护方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种同相供电设备继电保护系统，满足继电保护的可靠性、选择性、速动性、灵敏性要求，实现整个同相供电设备的完善保护。该继电保护系统能使同相供电设备发生故障时被迅速切除隔离，以免受到继续破坏，保证无故障部分迅速恢复正常运行，从而继续为电力机车安全可靠地输送电能。

本发明的另一目的是提供了一种基于上述同相供电设备继电保护系统的保护方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种同相供电设备继电保护系统，主要由微机保护装置、设置在α母线和同相供电设备之间的断路器1QF和电流互感器1TA、以及设置在β母线和同相供电设备之间的断路器2QF和电流互感器2TA构成，所述电流互感器1TA和电流互感器2TA均与微机保护装置相连。

本发明还包括设置在α母线上的电压互感器1TV、以及设置在β母线上的电压互感器2TV，所述电压互感器1TV和电压互感器2TV均与微机保护装置相连。

所述同相供电设备主要由设置在α母线和β母线之间且通过联络电缆依次相连的降压变压器G1、单相变流器M1、直流电容C、单相变流器M2、降压变压器G2构成，所述降压变压器G1和降压变压器G2均通过继电器接点信号与微机保护装置相连；降压变压器G1和降压变压器G2的高压侧电压为27.5kV，低压侧电压为500-2000V。

本发明中涉及的所有α母线均为连接在同相供电系统中三相－两相变压器α输出相的母线，所有β母线均为连接在同相供电系统中三相－两相变压器β输出相的母线；α母线为电力机车供电，β母线输入到同相供电设备的有功功率，除了同相供电设备消耗的有功功率以外，全部被同相供电设备输出到α母线以供给电力机车。

本发明中涉及的微机保护装置为现有的，其属于成熟技术，故在本发明中不再叙述。微机保护装置可以通过接入的电流互感器，电压互感器等测量元件的信号对回路的状态进行监视，控制以及保护，比如短路保护，过载保护，单相接地保护等等。在未采用微机保护装置的时候，通过高压柜用继电器实现这些保护功能，采用微机保护装置，功能相对多一些，比如可以方便接受远程控制，向上级系统进行通讯，传递回路的电流电压、功率电量信号，可以方便的调整保护设定值等等，总之，微机保护装置就是可以智能的实现测量、控制、保护等功能的保护装置，可以将所有功能集中在一套保护装置中实现，也可以分布在多套保护装置中实现。