基于电流判据的全贯通柔性牵引供电系统接触网保护方法

摘要

本申请公开了一种基于电流判据的全贯通柔性牵引供电系统接触网保护装置，其中，方法包括：采集接触网上各馈线开关处开关位置信号和开关处电流信号；根据开关处电流信号确定电流变化率，并根据电流变化率和预设的差动计算原则进行差动判据选择，并根据选择的差动判据采取对应保护动作；根据各馈线开关处电流信号利用过流判别原理对接触网进行后备保护。由此，通过采集接触网上各馈线开关处开关位置信号和电流信号，通过差动原理对接触网进行保护，并通过过电流原理进行后备保护。

说明书

技术领域

本申请涉及轨道工程的电气自动化技术领域，特别涉及一种基于电流判据的全贯通柔性牵引供电系统接触网保护装置。

背景技术

电分相环节及自动过分相问题一直严重制约着高速、重载列车的安全可靠运行。另一方面，电气化铁路牵引供电系统对于外部电力系统而言具有三相分布不对称性、冲击性、非线性等特点，在现行电网条件下，成倍增长的牵引负荷使包括负序、谐波等在内的电能质量问题正日显突出，成为影响电力系统和电铁负荷安全稳定运行的重要因素。

贯通式柔性牵引供电系统技术，基于静止功率变换器(Static PowerConverter，SPC)，可实现供电网与接触网完全解耦，无需滤波装置和无功补偿装置，全线可彻底取消电分相，并提高接触网供电品质、供电可靠性和供电能力以及供电系统故障穿越能力，便于储能和新型绿色能源的接入，具有很好的发展前景，是未来的发展趋势。

接触网保护是贯通式柔性牵引供电技术安全稳定运行和广泛应用的关键和难点问题。常规非全贯通方式下，接触网故障电流由常规变压器提供，短路电流非常大，线路具有较大残压，一般选用距离保护作为主保护。但是，在贯通式柔性牵引供电方式下，接触网故障电流完全由牵引所内SPC提供，短路电流较小，往往低于正常负载电流，线路残压基本非常低，可能导致距离保护因测量不准而拒动；全线贯通后，接触网结构更为复杂，给距离保护参数整定带来困难；此外，牵引供电系统主接线结构、运行方式、断路器配置位置等，对于接触网保护有直接影响，接触网保护需要能够兼容各类典型运行方式。因此，距离保护已不能很好适应贯通式柔性交流牵引供电场景的需求，有必要研究新型接触网保护。需要指出的是，基于馈线分区的贯通式柔性牵引供电系统，是指接触网经由馈线、牵引变电所母线实现贯通的典型结构。这种结构下，接触网故障电流分布具有独特性，且接触网保护装置需要馈线断路器来实现，需要有针对性的设计接触网保护方法装置。

申请内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的第一目的在于提出一种基于电流判据的全贯通柔性牵引供电系统接触网保护方法，可以通过采集接触网上各馈线开关处开关位置信号和和电流信号，通过差动原理对接触网进行保护，并通过过电流原理进行后备保护。

本发明的第二个目的在于提出一种基于电流判据的全贯通柔性牵引供电系统接触网保护装置。

本发明的第三个目的在于提出一种电子设备。

本发明的第四个目的在于提出一种计算机可读存储介质。

为达到上述目的，本申请第一方面实施例提供一种基于电流判据的全贯通柔性牵引供电系统接触网保护方法，包括以下步骤：

采集接触网上各馈线开关处电流信号；

根据所述开关处电流信号确定电流变化率，并根据所述电流变化率和预设的差动计算原则进行差动判据选择，并根据选择的差动判据采取对应保护动作；以及

根据所述各馈线开关处电流信号利用过流判别原理对所述接触网进行后备保护。

可选地，所述根据选择的差动判据采取对应保护动作，包括：

所述根据选择的差动判据采取对应保护动作，包括：

根据所述各馈线开关处开关位置信号确定所述接触网的实际运行方式，基于所述实际运行方式进行差动元件选择；

判断是否满足差动启动判据，并在满足所述差动启动判据时，判断是否满足差动动作判据；

如果满足所述差动动作判据，则跳开所述差动元件对应的断路器。

可选地，所述根据所述各馈线开关处电流信号利用过流判别原理对所述接触网进行后备保护，包括：

采集所述各馈线开关处的电流值；

根据所述电流值和预设的接触网下故障电流的分布特性计算过电流定值，并对各馈线开关处进行过电流判别；

根据判别结果进行动作出口。

为达到上述目的，本申请第二方面实施例提供一种基于电流判据的全贯通柔性牵引供电系统接触网保护装置，包括：

采集模块，用于采集接触网上各馈线开关处电流信号；

第一保护模块，用于根据所述开关处电流信号确定电流变化率，并根据所述电流变化率和预设的差动计算原则进行差动判据选择，并根据选择的差动判据采取对应保护动作；以及

第二保护模块，用于根据所述各馈线开关处电流信号利用过流判别原理对所述接触网进行后备保护。

可选地，所述第一保护模块，具体用于：

所述根据选择的差动判据采取对应保护动作，包括：

根据所述各馈线开关处开关位置信号确定所述接触网的实际运行方式，基于所述实际运行方式进行差动元件选择；

判断是否满足差动启动判据，并在满足所述差动启动判据时，判断是否满足差动动作判据；

如果满足所述差动动作判据，则跳开所述差动元件对应的断路器。

可选地，所述第二保护模块，具体用于：

采集所述各馈线开关处的电流值；

根据所述电流值和预设的接触网下故障电流的分布特性计算过电流定值，并对各馈线开关处进行过电流判别；

最后根据判别结果进行动作出口。

为达到上述目的，本申请第三方面实施例提供一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被设置为用于执行如上述实施例所述的基于电流判据的全贯通柔性牵引供电系统接触网保护方法。

为达到上述目的，本申请第四方面实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如上述实施例所述的基于电流判据的全贯通柔性牵引供电系统接触网保护方法。

由此，通过采集接触网上各馈线开关处开关位置信号和电流信号，通过差动原理对接触网进行保护，并通过过电流原理进行后备保护。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本申请实施例提供的一种基于电流判据的全贯通柔性牵引供电系统接触网保护方法的流程示意图；

图2为根据本申请一个实施例的差动保护原理示意图；

图3为根据本申请一个实施例的过电流保护原理示意图；

图4为根据本申请实施例的基于电流判据的全贯通柔性牵引供电系统接触网保护装置的示例图；

图5为根据本申请实施例的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的基于电流判据的全贯通柔性牵引供电系统接触网保护方法及装置。

具体而言，图1为本申请实施例所提供的一种基于电流判据的全贯通柔性牵引供电系统接触网保护方法的流程示意图。

如图1所示，该基于电流判据的全贯通柔性牵引供电系统接触网保护方法包括以下步骤：

在步骤S101中，采集接触网上各馈线开关处电流信号。

在步骤S102中，根据开关处电流信号确定电流变化率，并根据电流变化率和预设的差动计算原则进行差动判据选择，并根据选择的差动判据采取对应保护动作。

可以理解的是，对于通过接触网馈线开关和牵引母线实现的贯通式柔性牵引供电系统，本申请实施例可以通过采集接触网上各馈线开关处开关位置信号，实现对接触网运行方式的判别，进行差动判据的选择。

具体地，可以理解的是，本申请实施例可以根据接触网上馈线开关位置进行差动元件选择，以图2中的接触网结构中的牵引所1的30开关为例，共有4种方式构成差动：

(1)正常方式，差动元件为牵引所1的30开关和分区所2的10开关上的电流构成：

Id＝|I

(2)牵引所1的40开关故障，30开关同时带上下行，差动元件为牵引所1的30开关、分区所2的10和20开关上的电流共同构成：

Id＝|I

(3)分区所10或30开关故障，所内上行电分相8131、8312刀闸闭合，10、30开关断开，差动元件为牵引所1的30开关和牵引所3的10开关上的电流构成：

Id＝|I

(4)牵引所1的40开关故障，同时分区所10/30开关故障，分区所内电分相8131、8132闭合，差动元件为牵引所1的30开关和牵引所3的10、20开关上的电流共同构成：

Id＝|I

上述公式中，I表示电流，下标表示各个开关的编号，均如图2中所示。

需要说明的是，对于牵引所1的30开关，本申请实施例选择差动元件的判据可以如表1所示，其中，差动元件序号分别对应于上述的四种方式：

表1

进一步地，对于牵引所1的10开关，共有3种差动元件构成方式：

(1)正常方式，不进行差动计算，直接将10开关电流计算为差流：

Id＝|I

(2)牵引所1的30、40开关均故障，牵引所内电分相闭合，差动元件为牵引所1的10开关和分区所2的10开关上的电流构成：

Id＝|I

(3)牵引所1的20、30、40开关均故障，牵引所内电分相闭合，差动元件为牵引所1的10开关和分区所2的10、20开关上的电流共同构成：

Id＝|I

需要说明的是，对于牵引所1的10开关，本申请实施例选择差动元件的判据如表2所示，其中，差动元件序号分别对应于上述的三种方式：

表2

进一步地，对于分区所10开关，共有6种差动元件构成方式：

(1)正常方式，差动元件为牵引所1的30开关和分区所2的10开关上的电流构成：

Id＝|I

(2)牵引所1的30开关故障，40开关带上下行，差动元件为牵引所1的40开关、分区所的10和20开关上的电流共同构成：

Id＝|I

(3)牵引所1的40开关故障，30开关带上下行，差动元件为牵引所1的30开关、分区所的10和20开关上的电流共同构成：

Id＝|I

(4)牵引所1的30、40开关均故障，牵引所内电分相闭合，差动元件为牵引所1的10开关和分区所的10开关上的电流构成：

Id＝|I

(5)牵引所1的20、30、40开关均故障，牵引所内电分相闭合，差动元件为牵引所1的10开关、分区所的10、20开关上的电流构成：

Id＝|I

(6)牵引所1的10、30、40开关均故障，牵引所内电分相闭合，差动元件为牵引所1的20开关、分区所的10、20开关上的电流构成：

Id＝|I

需要说明的是，对于分区所10开关，本申请实施例选择差动元件的判据如表3所示，其中，差动元件序号分别对应于上述的六种方式：

表3

可选地，在一些实施例中，根据选择的差动判据采取对应保护动作，包括：根据各馈线开关处开关位置信号确定接触网的实际运行方式，基于实际运行方式进行差动元件选择；判断是否满足差动启动判据，并在满足差动启动判据时，判断是否满足差动动作判据；如果满足差动动作判据，则跳开差动元件对应的断路器。

其中，差动启动判据：

本申请实施例可以使用电流变化率作为差动启动判据：

ΔId＞ΔIset；

其中，ΔId为上一节中计算的差动元件计算值的变化量，即后一时间点的值减去前一时间点的值的差值，ΔIset为差动启动判据整定值，整定方法如下：

根据机车参数，确定每台机车运行的最大电流变化率ΔI

ΔIset＝kΔI

差动动作判据：

接触网故障时，所有或者部分SPC进入限流模式，故障电流全部流入故障点，依据此原理，动作判据设计为：

Id>Iset

整定差动动作判据Iset为SPC进入限流模式后的总输出电流值乘以灵敏度系数k，即：

Iset＝kI

其中，k根据运行经验确定，一般可以取k＝0.8。

差动动作后，跳开保护对应的开关。

在步骤S103中，根据各馈线开关处电流信号利用过流判别原理对接触网进行后备保护。

可选地，在一些实施例中，根据各馈线开关处电流信号利用过流判别原理对接触网进行后备保护，包括：采集各馈线开关处的电流值；根据电流值和预设的接触网下故障电流的分布特性计算过电流定值，并对各馈线开关处进行过电流判别；根据判别结果进行动作出口。

可以理解的是，接触网发生接地故障时，SPC可以等效为恒流源，馈出一个单位的短路电流，记为Isc，以图2中故障点为例，馈线各开关上的电流分布已在图3中标明。可知，各馈线开关上的短路电流均为Isc的整数倍，易于区分。因此，可以根据各开关上的电流分布，设计三段式电流保护定值为：

I

I

I

其中，I为保护处的电流测量有效值，I

根据本申请实施例提出的基于电流判据的全贯通柔性牵引供电系统接触网保护方法，通过采集接触网上各馈线开关处开关位置信号和电流信号，通过差动原理对接触网进行保护，并通过过电流原理进行后备保护。

其次参照附图描述根据本申请实施例提出的基于电流判据的全贯通柔性牵引供电系统接触网保护装置。

图4是本申请实施例的基于电流判据的全贯通柔性牵引供电系统接触网保护装置的方框示意图。

如图4所示，该基于电流判据的全贯通柔性牵引供电系统接触网保护装置10包括：采集模块100、第一保护模块200和第二保护模块300。

采集模块100用于采集接触网上各馈线开关处电流信号；

第一保护模块200用于根据开关处电流信号确定电流变化率，并根据电流变化率和预设的差动计算原则进行差动判据选择，并根据选择的差动判据采取对应保护动作；以及

第二保护模块300用于根据各馈线开关处电流信号利用过流判别原理对接触网进行后备保护。

可选地，在一些实施例中，第一保护模块200具体用于：

根据选择的差动判据采取对应保护动作，包括：

根据各馈线开关处开关位置信号确定接触网的实际运行方式，基于实际运行方式进行差动元件选择；

判断是否满足差动启动判据，并在满足差动启动判据时，判断是否满足差动动作判据；

如果满足差动动作判据，则跳开差动元件对应的断路器。

可选地，在一些实施例中，第二保护模块300具体用于：

采集各馈线开关处的电流值；

根据电流值和预设的接触网下故障电流的分布特性计算过电流定值，并对各馈线开关处进行过电流判别；

最后根据判别结果进行动作出口。

根据本申请实施例提出的基于电流判据的全贯通柔性牵引供电系统接触网保护装置，通过采集接触网上各馈线开关处开关位置信号和电流信号，通过差动原理对接触网进行保护，并通过过电流原理进行后备保护。

图5为本申请实施例提供的电子设备的结构示意图。该电子设备可以包括：

存储器1201、处理器1202及存储在存储器1201上并可在处理器1202上运行的计算机程序。

处理器1202执行程序时实现上述实施例中提供的基于电流判据的全贯通柔性牵引供电系统接触网保护方法。

进一步地，电子设备还包括：

通信接口1203，用于存储器1201和处理器1202之间的通信。

存储器1201，用于存放可在处理器1202上运行的计算机程序。

存储器1201可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。

如果存储器1201、处理器1202和通信接口1203独立实现，则通信接口1203、存储器1201和处理器1202可以通过总线相互连接并完成相互间的通信。总线可以是工业标准体系结构(Industry Standard Architecture，简称为ISA)总线、外部设备互连(PeripheralComponent，简称为PCI)总线或扩展工业标准体系结构(Extended Industry StandardArchitecture，简称为EISA)总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图5中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

可选的，在具体实现上，如果存储器1201、处理器1202及通信接口1203，集成在一块芯片上实现，则存储器1201、处理器1202及通信接口1203可以通过内部接口完成相互间的通信。

处理器1202可能是一个中央处理器(Central Processing Unit，简称为CPU)，或者是特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称为ASIC)，或者是被配置成实施本申请实施例的一个或多个集成电路。

本实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如上的基于电流判据的全贯通柔性牵引供电系统接触网保护方法。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“N个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或N个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，N个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。