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1、(10)申请公布号 CN 104325896 A (43)申请公布日 2015.02.04 C N 1 0 4 3 2 5 8 9 6 A (21)申请号 201410624679.1 (22)申请日 2014.11.07 201410521720.2 2014.09.30 CN B60M 3/04(2006.01) (71)申请人西南交通大学 地址 610031 四川省成都市二环路北一段 111号西南交通大学科技处 (72)发明人李群湛 黄彦全 易东 李亚楠 (74)专利代理机构成都信博专利代理有限责任 公司 51200 代理人张澎 (54) 发明名称 一种电气化铁路牵引网分段供电分布式保护。
2、 系统 (57) 摘要 本发明公开了一种电气化铁路牵引网分段供 电分布式保护系统，与铁路的区间相对应，把电气 化铁路牵引网中的接触网分为若干分段，在分段 处增设分段器和开闭所；开闭所包括断路器及电 流互感器、电压互感器和测控单元；断路器通常 处于合闸状态；开闭所的电压互感器次边、电流 互感器次边、左邻开闭所的电流互感器次边、右邻 开闭所的电流互感器次边连接测控单元输入端， 测控单元输出端连接该开闭所的断路器控制端； 各测控单元通过传输网络与牵引变电所或调度室 相连。本发明构成一种牵引网分段的分布式保护 方法，与集中式保护方法相比，其实时性不受牵引 网分段数量的影响。本发明涉及的相关装置投资 较。
3、少，实施方便，既便于新线采用，也便于旧线改 造。 (66)本国优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 (10)申请公布号 CN 104325896 A CN 104325896 A 1/1页 2 1.一种电气化铁路牵引网分段供电分布式保护系统，所述系统的构成和关系是：与铁 路的区间相对应，把电气化铁路牵引网中的接触网分为若干分段FD，在分段处增设接触网 分段器FDQ和开闭所KB；开闭所KB包括断路器DL及电流互感器LH、电压互感器YH和测控 单元CK；断路器DL和。
4、与之串联的电流互感器LH跨接于接触网分段器FDQ上，分段器FDQ串 接在接触网中，能使列车不间断带电通过；断路器DL通常处于合闸状态；电压互感器YH并 接在接触网T上；各开闭所内，电流互感器型号相同、变比相同，电压互感器型号相同、变比 相同；其特征在于：开闭所KB k 的电压互感器YH k 二次绕组次边、电流互感器LH k 次边、左邻 开闭所KB k-1 的电流互感器LH k-1 次边、右邻开闭所KB k+1 的电流互感器LH k+1 次边连接测控单 元CK k 输入端，测控单元CK k 输出端连接该开闭所KB k 的断路器DL k 控制端；各测控单元通 过传输网络与牵引变电所或调度室相连；开。
5、闭所KB k 电流互感器LH k 次边与左相邻开闭所 KB k-1 电流互感器LH k-1 次边测量的电流差值的绝对值为纵差电流I z ，开闭所KB k 电流互感器 LH k 次边与右相邻开闭所KB k+1 电流互感器LH k+1 次边测量的电流差值的绝对值为纵差电流 I y ,所述测控单元CK k 采用如下控制： 当纵差电流I z 纵差电流设定值I dz 且开闭所KB k 的电压互感器YH k 次边测量的接触 网电压U Tk 特定值U dz 时，测控单元CK k 判定开闭所KB k 与左相邻开闭所KB k-1 之间的分段 FD k 中接触网发生短路故障，测控单元CK k 驱动开闭所KB k 。
6、的断路器DL k 控制端使其分闸，否 则，开闭所KB k 的断路器DL k 仍保持合闸状态； 当纵差电流I y 纵差电流设定值I dz 且开闭所KB k 的电压互感器YH k 次边测量的接触 网电压U Tk 特定值U dz 时，测控单元CK k 判定开闭所KB k 与右相邻开闭所KB k+1 之间的分段 FD k+1 中接触网发生短路故障，测控单元CK k 驱动开闭所KB k 的断路器DL k 控制端使其分闸， 否则,开闭所KB k 的断路器DL k 仍保持合闸状态。 权 利 要 求 书CN 104325896 A 1/4页 3 一种电气化铁路牵引网分段供电分布式保护系统 技术领域 0001 。
7、本发明属于交流电气化铁路牵引网保护技术领域,尤其涉及电气化铁路牵引网 分段供电保护方法与装置。 背景技术 0002 电气化铁路的牵引供电系统由牵引变电所和牵引网组成。直接供电方式的牵引网 由接触网、轨道和地组成。为了提高牵引网的供电能力，减少供电电压及能量损失，又保持 上、下行接触网的相对独立性，通常在双线铁路牵引网末端(分区所)将上、下行接触网并 联。但是，当上(下)行接触网一处故障时将使牵引变电所上(下)行馈线和分区所跳闸， 从而使上(下)行接触网全部停电，这将使上(下)行接触网上全部列车停运。为了最大 限度地缩小列车停运范围，申请者提出了“一种双线铁路末端并联牵引网分区段供电及状 态测控。
8、方法” (发明申请号：201210486947.9)，把上(下)行接触网进一步分段，当故障发 生时只切除该分段而其他无故障区段继续正常供电，从而大大提高供可靠性，更好地保障 列车运行。该方法是把各分段信息经本地的测控单元通过数据同步采集与传输网络送到牵 引变电所或调度室，在牵引变电所或调度室进行集中处理，判断牵引网的故障及其位置后 下达切除故障的操作指令。由于现行牵引变电所换相接入电力系统并采用异相供电，其牵 引网互不联通，分段数量较小，该方法方便、有效；但当实施同相供电时，牵引网将被联通， 分段数量大大增加，数据同步采集与传输、故障信息集中处理的实时性变得困难，甚至无法 实现，从而将大大影响。
9、该方法的实用性。因此，如何及时、准确地发现、隔离并排除故障，并 且实时性不受分段数量的影响，最大限度地保证无故障分段的正常供电是本申请要解决的 问题。 发明内容 0003 本发明的目的是克服现有技术的不足,提供一种电气化铁路牵引网分段供电的 分布式保护方法，及时、准确地判断牵引网的故障及其位置，并迅速隔离和排除故障，最大 限度地缩小故障及影响范围，提高供电可靠性，更好地保障列车安全、正点运行，并且这种 分布式保护方法的实时性不受牵引网分段数量的影响，为电气化铁路同相供电系统的推广 应用提供关键技术支撑。 0004 本发明解决其技术问题，所采用的技术方案为： 0005 一种电气化铁路牵引网分段供。
10、电分布式保护系统，所述系统的构成和关系是：与 铁路的区间相对应，把电气化铁路牵引网中的接触网分为若干分段FD，在分段处增设接触 网分段器FDQ和开闭所KB；开闭所KB包括断路器DL及电流互感器LH、电压互感器YH和测 控单元CK；断路器DL和与之串联的电流互感器LH跨接于接触网分段器FDQ上，分段器FDQ 串接在接触网中，能使列车不间断带电通过；断路器DL通常处于合闸状态；电压互感器YH 并接在接触网T上；各开闭所内，电流互感器型号相同、变比相同，电压互感器型号相同、变 比相同；其特征在于：开闭所KB k 的电压互感器YH k 次边、电流互感器LH k 次边、左邻开闭所 说 明 书CN 104。
11、325896 A 2/4页 4 KB k-1 的电流互感器LH k-1 次边、右邻开闭所KB k+1 的电流互感器LH k+1 次边连接测控单元CK k 输入端，测控单元CK k 输出端连接该开闭所KB k 的断路器DL k 控制端；各测控单元通过传输 网络与牵引变电所或调度室相连；开闭所KB k 电流互感器LH k 次边与左相邻开闭所KB k-1 电 流互感器LH k-1 次边测量的电流差值的绝对值为纵差电流I z ，开闭所KB k 电流互感器LH k 次 边与右相邻开闭所KB k+1 电流互感器LH k+1 次边测量的电流差值的绝对值为纵差电流I y ，所 述测控单元CK k 采用如下控制。
12、： 0006 当纵差电流I z 纵差电流设定值I dz 且开闭所KB k 的电压互感器YH k 次边测量的 接触网电压U Tk 特定值U dz 时，测控单元CK k 判定开闭所KB k 与左相邻开闭所KB k-1 之间的 分段FD k 中接触网发生短路故障，测控单元CK k 驱动开闭所KB k 的断路器DL k 控制端使其分 闸，否则，开闭所KB k 的断路器DL k 仍保持合闸状态； 0007 当纵差电流I y 纵差电流设定值I dz 且开闭所KB k 的电压互感器YH k 次边测量的 接触网电压U Tk 特定值U dz 时，测控单元CK k 判定开闭所KB k 与右相邻开闭所KB k+1 。
13、之间的 分段FD k+1 中接触网发生短路故障，测控单元CK k 驱动开闭所KB k 的断路器DL k 控制端使其分 闸，否则,开闭所KB k 的断路器DL k 仍保持合闸状态。 0008 电气化铁路牵引网中的接触网分段与铁路的区间(10km左右)相对应。本发明的 工作原理是：接触网电压U T 特定值U dz 时，列车L工作，否则，列车L不再工作；当接触网 电压U T 特定值U dz 致使列车不再工作时，接触网的短路将成为电流的唯一通道，据此，由 构成低电压(接触网电压U T 特定值U dz )启动的各分段的接触网纵差电流保护方法来判断 故障并经断路器分闸来隔离故障。具体是：开闭所KB k 电。
14、流互感器LH k 次边与左相邻开闭所 KB k-1 电流互感器LH k-1 次边测量的电流差值的绝对值为纵差电流I z ，当纵差电流I z 纵差 电流设定值I dz 且开闭所KB k 的电压互感器YH k 次边测量的接触网电压U Tk 特定值U dz 时， 测控单元CK k 判定开闭所KB k 与左相邻开闭所KB k-1 之间的分段FD k 中接触网发生短路故障， 测控单元CK k 驱动开闭所KB k 的断路器DL k 控制端使其分闸，否则，开闭所KB k 的断路器DL k 仍保持合闸状态；开闭所KB k 电流互感器LH k 次边与右相邻开闭所KB k+1 电流互感器LH k+1 次 边测量的。
15、电流差值的绝对值为纵差电流I y ，当纵差电流I y 纵差电流设定值I dz 且开闭所 KB k 的电压互感器YH k 次边测量的接触网电压U Tk 特定值U dz 时，测控单元CK k 判定开闭所 KB k 与右相邻开闭所KB k+1 之间的分段FD k+1 中接触网发生短路故障，测控单元CK k 驱动开闭 所KB k 的断路器DL k 控制端使其分闸，否则,开闭所KB k 的断路器DL k 仍保持合闸状态。 0009 接触网电压特定值U dz 由列车动力系统技术参数确定。对于运行在额定电压为 25kV电气化铁路上的列车而言，其接触网电压特定值U dz 一般在17kV到19kV之间。 001。
16、0 纵差电流设定值的选择要考虑接触网的空载对地电容影响、互感器选型、测量误 差等因素，一般很小。 0011 与现有技术相比，本发明的有益效果是： 0012 一、本发明可以及时、准确地发现、区分、隔离各种故障，增强了继电保护的选择 性、速动性、灵敏性，同时保证无故障分段继续供电、运行，最大限度地减少停电范围，避免 故障影响的扩大化，进一步提高牵引网供电的可靠性。 0013 二、本发明属牵引网分段供电的分布式保护方法，与集中式保护方法相比，其实时 性不受牵引网分段数量的影响。 0014 三、本发明涉及的相关装置投资较少，实施方便，既便于新线采用，也便于旧线改 说 明 书CN 104325896 A。
17、 3/4页 5 造。 0015 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。 附图说明 0016 图1是本发明实施例的接触网分段供电与开闭所结构示意图； 0017 图2是本发明实施例的开闭所测控单元结构示意图； 0018 图3是本发明实施例的双线铁路供电接触网各分段及开闭所应用示意图； 0019 图4是本发明实施例的工作流程图。 具体实施方式 0020 图1示出，本发明的一种具体实施方式为：与铁路的区间(10km左右)相对应，把 电气化铁路牵引网中的接触网分为若干分段FD，在分段处增设接触网分段器FDQ和开闭所 KB；开闭所KB包括断路器DL及电流互感器LH、电压互感器YH和测控单元CK。
18、；断路器DL和 与之串联的电流互感器LH跨接于接触网分段器FDQ上，分段器FDQ串接在接触网中，能使 列车不间断带电通过；断路器DL通常处于合闸状态；电压互感器YH并接在接触网T上；各 电流互感器型号相同、变比相同，各电压互感器型号相同、变比相同。 0021 图2示出本发明实施例的开闭所测控单元结构示意图。开闭所KB k 的电压互感器 YH k 次边、电流互感器LH k 次边、左邻开闭所KB k-1 的电流互感器LH k-1 次边、右邻开闭所KB k+1 的电流互感器LH k+1 次边连接测控单元CK k 输入端，测控单元CK k 输出端连接该开闭所KB k 的 断路器DL k 控制端；各测控。
19、单元通过传输网络与牵引变电所或调度室相连。 0022 图3示出本发明实施例的双线铁路供电接触网各分段及开闭所应用示意图。对应 图2，上行开闭所KB 11 的电压互感器YH 11 次边、电流互感器LH 11 次边、左邻开闭所(牵引变 电所SS)的电流互感器次边、右邻开闭所KB 12 的电流互感器LH 12 次边连接测控单元CK 11 输 入端。上行开闭所KB 12 的电压互感器YH 12 次边、电流互感器LH 12 次边、左邻开闭所KB 11 的 电流互感器LH 11 次边、右邻开闭所(分区所SP)的电流互感器次边连接测控单元CK 12 输入 端。分段FD 12 发生短路故障时，见图3所示位置，。
20、开闭所KB 11 的电压互感器YH 11 次边测量 的接触网电压U T11 特定值U dz ,纵差电流I y 纵差电流设定值I dz ,则开闭所KB 11 的测控 单元CK 11 驱动断路器DL 11 控制端使其分闸；同时,开闭所KB 12 电压互感器YH 12 次边测量的 接触网电压U T12 特定值U dz ，纵差电流I z 纵差电流设定值I dz ，则开闭所KB 12 的测控单元 CK 12 驱动断路器DL 12 控制端使其分闸，从而切除分段FD 12 中接触网的短路故障，而无故障的 分段FD 11 、分段FD 13 分别由开闭所KB 11 的左邻开闭所(牵引变电所SS)、开闭所KB 1。
21、2 的右邻 开闭所(分区所SP)继续供电、运行。L为列车，I L 为其电流；I Tk 为开闭所KB k 的电流互感 器LH k 次边测量的接触网电流。 0023 图4示出本发明的工作流程。依据本发明工作原理：接触网电压U T 特定值U dz 时，列车L工作，否则，列车L不再工作；当接触网电压U T 特定值U dz 致使列车不再工作 时，接触网的短路将成为电流的唯一通道，据此，构成低电压(接触网电压U T 特定值U dz ) 启动的各分段的接触网纵差电流保护方法来判断故障并经断路器分闸来隔离故障。具体工 作流程是：开闭所KB k 电流互感器LH k 次边与左相邻开闭所KB k-1 电流互感器LH。
22、 k-1 次边测量 的电流差值的绝对值为纵差电流I z ，当纵差电流I z 纵差电流设定值I dz 且开闭所KB k 的电 说 明 书CN 104325896 A 4/4页 6 压互感器YH k 次边测量的接触网电压U Tk 特定值U dz 时，测控单元CK k 判定开闭所KB k 与左 相邻开闭所KB k-1 之间的分段FD k 中接触网发生短路故障，测控单元CK k 驱动开闭所KB k 的断 路器DL k 控制端使其分闸，否则，开闭所KB k 的断路器DL k 仍保持合闸状态；开闭所KB k 电流 互感器LH k 次边与右相邻开闭所KB k+1 电流互感器LH k+1 次边测量的电流差值的。
23、绝对值为纵 差电流I y ，当纵差电流I y 纵差电流设定值I dz 且开闭所KB k 的电压互感器YH k 次边测量的 接触网电压U Tk 特定值U dz 时，测控单元CK k 判定开闭所KB k 与右相邻开闭所KB k+1 之间的 分段FD k+1 中接触网发生短路故障，测控单元CK k 驱动开闭所KB k 的断路器DL k 控制端使其分 闸，否则,开闭所KB k 的断路器DL k 仍保持合闸状态。 0024 例如，结合图2、3、4，根据列车L动力系统技术参数知，接触网电压特定值U dz 18kV，即接触网电压U T 18kV时，列车L工作，否则，列车L不再工作；根据牵引网参数、电 流互感。
24、器型号及测量误差范围知，纵差电流I y 的设定值I dz 0.8A。现已知开闭所KB 11 的电 压互感器YH 11 次边测量的接触网电压U T11 U dz 18kV,纵差电流I y I T11 -I T12 I dz 0.8A,则开闭所KB 11 的测控单元CK 11 驱动断路器DL 11 控制端使其分闸；同时,开闭所KB 12 的 电压互感器YH 12 次边测量的接触网电压U T12 U dz 18kV，纵差电流I z I T11 -I T12 I dz 0.8A，则开闭所KB 12 的测控单元CK 12 驱动断路器DL 12 控制端使其分闸，从而切除分段FD 12 中接触网的短路故障；。
25、而无故障的分段FD 11 、分段FD 13 分别由开闭所KB 11 的左邻开闭所(牵 引变电所SS)、开闭所KB 12 的右邻开闭(所分区所SP)继续供电、运行。 0025 进一步地，由于纵差电流I z 是开闭所KB k 的电流互感器LH k 次边与左相邻开闭所 KB k-1 的电流互感器LH k-1 次边测量的电流差值的绝对值，纵差电流I y 是开闭所KB k 的电流互 感器LH k 次边与右相邻开闭所KB k+1 的电流互感器LH k+1 次边测量的电流差值的绝对值，则相 邻开闭所中电流互感器次边测量的电流的大小可以判断发生故障的性质和故障位置测距。 例如，纵差电流I z 设定值I dz 。
26、且开闭所KB k 的电压互感器YH k 次边测量的接触网电压U Tk 特定值U dz 时，若开闭所KB k 的电流互感器LH k 次边与左相邻开闭所KB k-1 的电流互感器 LH k-1 次边测量的电流均大于0(或考虑了选型、测量等误差之后的某个指定值，下同)，则从 开闭所KB k 和左相邻开闭所KB k-1 看进去，分段FD k 上的接触网发生了短路故障；若开闭所 KB k 的电流互感器LH k 次边与左相邻开闭所KB k-1 的电流互感器LH k-1 次边测量的电流有一个 大于0，另一个等于0，则大于0的那个开闭所看进去的分段FD k 上的接触网发生了短路故 障，等于0的发生了断路故障，。
27、同时，根据大于0的短路电流和电压互感器YH k 次边测量的 接触网短路电压可以计算短路阻抗，进一步可换算出短路故障的具体位置。另外，根据规程 和实际要求，测控单元驱动断路器分闸后，应进行重合闸，以消除瞬时故障的影响。 0026 以上短路、断路及断路器跳闸信息均由各自的测控单元通过传输网络向就近的牵 引变电所或直接向调度室发出报警信号。为节约场地和成本，在实际实施时，测控单元CK k 可借助既有微机保护装置或测控装置，通过更换软件的方式加以实现。另外，应采取措施以 防止电压互感器和电流互感器次边断线造成保护误动。 说 明 书CN 104325896 A 1/2页 7 图1 图2 图3 说 明 书 附 图CN 104325896 A 2/2页 8 图4 说 明 书 附 图CN 104325896 A 。