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专利名称:模拟整流式继电保护装置的制作方法
本发明是一种馈电系统异相短路保护装置,特别适用于电气化铁路牵引供电系统的异相短路故障保护。
(a)、(b)中Dab,国内现无此类保护装置,而是借助于牵引网馈电线路的电流速断保护兼顾之,其缺点如下
1、动作灵敏度没有保障,受电力系统运行方式变化与短路点过渡电阻变化影响较大。可能导致越级跳闸、扩大事故停电范围,直接影响到供电的可靠性。
2、动作具有牵引网馈电线路保护要求的时间延迟,tI=~。而异相短路应该瞬时动作。由此除导致短路电流危害程度增大之外,还可能导致降低重合闸的成功率,最终影响到扩大停电范围,延长停电时间,以及增加断路器地故障跳闸次数等不利影响。
3、动作故障性质不明,即不能确切判断异相短路与变电所出口网一轨短路,导致责任不清,不利于提高运营管理水平,影响运营效益降低。
目前国内外一些文献报导了关于对异相短路保护的原理、方案等,已分别展示了一些研究或运用的成果。如取牵引网馈电线两臂电流差与异相电压构成典型的相间距离保护原理的方式(渡边宽著、丁向东等译《交流电气化铁道牵引供电系统继电保护》铁道出版社,
1981年)〔1〕,或者是取牵引网馈线电流与异相电压构成一种连锁速断原理的方式(贺威俊“电力牵引网异相短路保护动作特性分析”《铁道学报》,1986年;1期)〔2〕等。
文献〔1〕中的日本电气化铁道3相/2相变换主变式供电系统运用的“相间距离保护”原理的装置,引用到我国Y/△主变式供电系统中,存在如下问题与缺欠
1、Dab时,Uac、×=(UE指额定电压),不能排除电力机车负荷与Dab叠加作用影响。由此导致距离保护原理装置的动作灵敏度性能恶化、下降。
2、距离保护原理的装置要求附加YH二次回路断线闭锁设施,以及要求在其“闭锁”撤除运行后配置“后备保护”,以便取代原保护实施保护功能。既导致保护装置复杂化,又对保护的可靠性、经济性不利。
国内文献〔2〕的“电流、电压连锁速断”保护方案(尚未付诸实践),在形式上比距离保护原理有所简化,但其没能摆脱距离保护模式的局限性。其不足之处在于
1、动作灵敏度仍保持在一般过电流保护的水准,没有明显改进与提高。
2、与前述方案第2点缺点相同,对保护的可靠性、经济性不利。
本发明的目的在于克服上述缺点,提供一种结构简单、性能优异的模拟型、整流式、非零整定比幅器运用形态的保护装置、完满地解决电气化铁道供电系统的异相短路故障的保护问题。
本发明的目的可以通过以下措施来达到模拟型整流式的继电保护装置,通过由两个具有幅值与相位特征的电气参量加工变换后形成两个中间变量,随后对两个中间变量的幅值进行比幅,其特征在于该幅值比较器的执行环节,由通常的“O指示器”的工作形态扩展为具有“特定整定值的指示器”的工作形态。
本发明提出了模拟型保护装置的“非零整定比幅器”的运用形态的保护方法,由此设计出一种新型的异相短路保护装置。
目前常规的模拟型保护“幅值比较器”的运用形态的概念为
Um-Un≥CZD;
CZD≈0(或CZD趋于0)即执行元件为“0指示器”。式中Um-动作量,Un-抑制量,CZD-动作整定值。
“非零整定比幅器”运用形态的概念为
Um-Un≥CZD
CZD>>0(相对CZD趋于0的常规形态而言)。
本发明的目的还可以通过以下措施来达到模拟型整流式的电气化铁道异相短路故障保护的数学模型其特征在于其整定、匹配、动作条件关系式如下
Ⅰ=
Ⅰ(S
a+S
b)、
Ⅱ=
Ⅱ(S
a-S
b);
Ⅰ∶
Ⅱ=CZD·1(取不等于1的正值);
|
Ⅱ|-|
Ⅰ|≥CZD·2·|
Ⅱ|·SRJ。
式中S
a,S
b-牵引网两相馈电线路的电流或电压;
Ⅰ·
Ⅱ-选定的被比较的两个合成中间变量;
Ⅰ·
Ⅱ-电压形成环节的变换系数。
SRJ-对应S
a,S
b的基准参数通常为额定电流或电压。
CZD·1-相应最小可靠性裕度系数的平衡整定比例常数,通常取为大于1的值。
CZD·2-相应最小动作功率(指执行元件消耗的)的动作整定比例常数。
当该数学模型运用于Y/△主变压器类型的牵引供电系统时
S
a=
a,S
b=
b、SRJ=IE(额定电流,I2=5A)
CZD·1=~、CZD·2=1~。
当该数学模型运用于3相/2相变换主变压器类型的牵引供电系统时
S
a=
α,S
b=
β,SRJ=IE(同前)
CZD·1=~、CZD·2=1~
上述数学模型完全可以由数字型保护(微机保护)形式加以实施,可以达到同等的技术指标,其关键核心在于实施保护的数学模型条件。
实现本发明提出的电力牵引供电系统异相短路保护装置原理方框图,如图1所示
牵引网a、b两相馈电线路的电流经电流互感器后次边输出大电流SRa、SRb再经电压形成电路(1),把大电流SRa、SRb变成小的电压
Ⅰ、
Ⅱ,经过整流滤波回路(2)把电压
Ⅰ、
Ⅱ变成直流电压UⅠ、UⅡ,经过滤波使信号平滑,然后进入非零整定比幅器(3)进行比较,如果发生异相短路时,动作量UⅡ大于抑制量UⅠ并且超过整定值后,推动出口回路1(4)给出瞬时动作命令,使断路器跳闸,与此同时比较量还通过延时电路(5)推动出口回路2(6)给出延时动作命令,如果出口1(4)导致断路器跳闸完毕,则时间电路(5)自动返回,出口2(6)不动作。出口1(4)和出口2(6)在发出动作命令的同时还给出灯光显示和起动中央音响信号(7),事故处理后按复归按钮(9),使显示器恢复正常,为了检查保护装置的主体电路及其元件的工作状态装有自检控制器(8)。
本发明与现有技术相比其优点是
1、动作灵敏度高,Km>>(规程规定主保护灵敏度要求)。
2、不误动作的可靠性裕度系数高,原则上Kk都表征为趋向∞()。
3、通用于电气化铁道Y/△主变式主结线系统、3相/2相变换主变式主结线系统等单、复线的各种连网方式。
4、运用整定方式简便、统一,只与主结线形式有关,而与安装地点无关。
5、装置原理与电路简单、可靠,使用维护试验方便,具有自检功能可监察本保护装置主体电路与元件完备、良好,进一步改善与提高了装置的可靠性。
经济效益
1、有益于避免越级跳闸的可能性、提高自动重合闸的成功率,缩小事故停电范围,提高供电可靠性。
2、缩小异相短路电流的持续时间与危害程度,有益于延长设备的使用寿命。
3、故障性质确切,责任分明,有益于改进,提高运营管理水平,有益于促进减少人为因素导致的异相短路事故发生率。
现结合附图1、2、3详细描述本发明的
具体实施方式图1为电力牵引供电系统异相短路保护装置原理方框图
图2为继电保护装置的交流电路原理图
图3为继电保护装置的直流电路原理图
电压形成电路(1)包括有电流一电压变换器DLBⅠ、DLBⅡ,电阻R1、R2。
整流滤波电路(2)包括有二极管D1~D8,电容C1、C2。
非零整定比幅器(3)包括有双绕组极化继电器CLJ,电阻R3、R4,可调电阻W1、W2。
出口1(4)主要有1重动继电器1CDJ3接点,由它输出瞬时动作命令。
延时器(5)主要有晶体管电路时间继电器SJ。
出口2(6)主要有SJ1接点,由它输出延时动作命令。
显示与起动中央音响电路(7)包括有2重动继电器2CDJ、接点2CDJ2,电阻R7瞬时动作信号灯1XD,接点SJ2,电阻R8,延时动作信号灯2XD,由2CDJ3接点送出起动中央音响命令,接点1JJ4、电阻R9,自检信号灯3XD。
自检控制电路(8)包括有试验按钮SA,自检继电器1JJ、2JJ、电阻R10、R11,电容C3,转换接点1JJ1、1JJ2,反接点1JJ3、2JJ1,1JJ4、2JJ2等。
复归器(9)包括有复归按钮FA,与远动复归继电器的接线端子YFJ等。
继电保护装置的工作过程如下
当发生异相短路时,由于ID·ab电流的存在,导致UⅡ
、UⅠ
→CLJ动作→1CDJ动作→出口1(4)发出瞬时动作命令,同时由于DLa、DLb处于合闸状态,由1CDJ启动时间电路→达tI=~(整定一个规定值)出口2(6)发出延时动作命令,如出口1(4)导致DLa、DLb中任一个跳闸完毕,则时间电路自动返回,出口2(6)不动作。
本发明的技术条件与模拟实验给出的性能指标如下
环境温度-10~+40℃;相对湿度85%
额定值交流电流5A、50Hz
直流电压110V、220V
功耗交流≤2VA
直流≤20W
性能1、~
2、动作时间瞬时动作<30ms
~
3、两相牵引网同时取用最大工作电流2IE时,发生Dab短路故障,动作灵敏度Km≮2。
4、Iac=IF·max=2IE、Ibc=ID·bc≥5IE,装置可靠不误动(恒量误动作最不利条件)。
5、允许负荷电流畸变程度
三次谐波、基波电流幅值比K3f=(I3f)/(I1f)≮30%。
强度1、过电流倍数,10倍持续2S
2、绝缘2KV,持续1min
运用方式1、异相短路Dab瞬时跳闸两相断路器方式;
2、异相短路Dab瞬时跳闸一相,后备延时跳闸另一相方式;
模拟实验主要指标
1、最不利灵敏动作条件,Ia=Ib=IF·max=2IE,发生Dab异相短路时,ID·ab=5IE,测得灵敏度Km>5。
2、最不利可靠系数条件,Ia=IF·max=2IE,发生Dbc、网一轨短路时,IDbc=5IE,测得,可靠系数Kk→∞。
3、固有动作时间当Km=2~4,tg≯15~30ms
自检性能
1、条件Ia=、Ib=0或Ib=、Ia=0均可,如遇两相同时具有负荷电流时更为灵敏。
2、程序按下SA→1JJ、2JJ相继动作→1JJ、2JJ的反接点切断CK(1)、CK(2)→1JJ正接点将CLJI抑=回路极性倒置→CLJ动作→1CDJ、2CDJ相继动作→SJ被起动达tI后动作,于是
1JJ正接点接通→3XD显示,表示直流电源正常;
2CDJ正接点接通→1XD显示,表示CLJ电路正常;
SJ正接点接通→2XD显示,表示SJ电路正常。
权利要求