一种重载铁路多所综合再生能量利用系统的保护方法与流程

1.本发明涉及牵引供电系统领域，特别是一种重载铁路多所综合再生能量利用系统的保护方法。


背景技术：

2.重载铁路多所综合再生能量利用系统安装于分区所，通过多绕组降压变压器分别连接到左右两牵引变电所的供电臂上，用于实现两牵引变电所功率的融通以及再生制动能量的转移、回收利用。相较于交流电气化铁路中已有在变电所处配置储能系统回收利用再生制动能量的案例，此方案经济性更好。但是，系统在运行过程中可能会出现过电流、过电压等故障，轻则导致系统失效，重则会影响牵引供电系统的正常运行。因此，设计高重载铁路多所综合再生能量利用系统的故障保护方案具有重要的现实意义。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种重载铁路多所综合再生能量利用系统的保护方法，实现系统故障不影响牵引供电系统供电和牵引供电系统故障设备自保护的功能。
4.实现本发明目的的技术方案如下：
5.一种重载铁路多所综合再生能量利用系统的保护方法，包括：
6.步骤1，采集信号：
7.左侧多绕组降压变压器t1、右侧多绕组降压变压器t2的一次侧端口交流电压和电流；左侧多重化四象限变流器r1、右侧多重化四象限变流器r2的直流侧母线电压；
8.r1中单组四象限变流器r
1i
的交流侧端口电压和电流；r2中单组四象限变流器r
2i
的交流侧端口电压和电流；i为r1和r2中单组四象限变流器的编号；
9.r
1i
中每个igbt元件两端电压；r
2i
中每个igbt元件两端电压；
10.多相交错并联双向dc/dc变换器z的输出电压和电流；
11.z中dc/dc变换器zj的输出电流；j为dc/dc变换器的编号；
12.z中每个igbt元件两端电压；
13.b中单组串联储能介质bk的输出电压和电流；k为单组串联储能介质的编号；
14.步骤2，判断故障类型，包括系统级故障和设备级故障；
15.所述系统级故障，包括：
16.t1或t2的一次侧端口交流电压或电流越限，
17.r1和r2的直流侧母线电压越限，
18.z的输出电压或电流越限；
19.所述设备级故障，包括：
20.r
1i
或r
2i
交流侧端口电压或电流越限，
21.r
1i
或r
2i
中igbt元件故障，
22.zj的输出电流越限，
23.zj中igbt元件故障，
24.bk的输出电压或电流越限；
25.步骤3，根据故障类型进行保护动作；
26.发生系统级故障：封锁r1、r2和z的控制脉冲，断开r1、r2交流侧的高压断路器，断开储能装置与直流母线之间的低压断路器；
27.发生设备级故障：如r
1i
或r
2i
交流侧端口电压或电流越限、或者r
1i
或r
2i
中igbt元件故障，则断开r
1i
、r
2i
交流侧对应的低压断路器；如zj的输出电流越限或zj中igbt元件故障，则断开zj与储能介质母线之间的断路器；如bk的输出电压或电流越限，则断开bk与储能介质母线之间的断路器；之后，降低所述重载铁路多所综合再生能量利用系统的给定额定功率。
28.进一步的技术方案，还包括重合闸的步骤：重合闸时间t
ch
延时后，所有断开的断路器检有压重合闸；重复步骤1至步骤3；如仍存在断路器断开，则判定为永久性故障并发出对应的故障警报。
29.更进一步的技术方案，还包括：采集t1、t2油面高度和温度；如t1或t2的油面高度越限、或者t1或t2的油面温度越限，则发出对应的故障警报。
30.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
31.(1)在系统关键位置设置的电气量传感器进行系统检测，经越限判断、故障分类及动作，完成对重载铁路多所综合再生能量利用系统的保护。
32.(2)对故障类型按照故障危害严重程度分类，可以针对各种故障类型进行准确及时的处理，防止故障范围扩大。
33.(3)可以实现系统在不可容错故障时及时与牵引供电系统分离，使得系统故障不影响牵引供电系统正常工作。
附图说明
34.图1为重载铁路多所综合再生能量利用系统与其保护系统的拓扑结构示意图。
具体实施方式
35.以下结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步说明。
36.如图1所示，重载铁路多所综合再生能量利用系统包括：多绕组降压变压器t1和t2、多重化四象限变流器r1和r2、储能装置s和支撑电容c。该系统用于实现两牵引变电所功率的融通以及再生制动能量的转移、回收利用。
37.重载铁路多所综合再生能量利用系统的保护系统，由配置在重载铁路多所综合再生能量利用系统中的各个传感器、开关柜以及保护控制单元组成。
38.上述重载铁路多所综合再生能量利用系统的保护方法，包括以下步骤：
39.步骤1：实时采集系统中的信号，包括：左侧多绕组降压变压器t1和右侧多绕组降压变压器t2的一次侧端口单相交流电压、电流；左侧多重化四象限变流器r1的每一个单组四象限变流器r
1i
的交流侧端口单相交流电压、电流，每一个r
1i
的igbt元件端电压；右侧多重化四象限变流器r2的每一个单组四象限变流器r
2i
的交流侧端口单相交流电压、电流，每一个r
2i
的igbt元件端电压；i为r1和r2中单组四象限变流器的编号；四象限变流器r1与r2直流侧电压；多相交错并联双向dc/dc变换器z的输出电压和电流、每相dc/dc变换器zj的输出电
流以及双向dc/dc中每个igbt元件两端电压；j为dc/dc变换器的编号；b中单组串联储能介质bk输出电流；k为单组串联储能介质的编号；多绕组降压变压器t1与t2油面高度和温度。
40.步骤2：根据实时信号确定系统运行状态，对越限信号进行故障类型判断，并对不同故障类型进行级别分类，按照故障严重程度从高到低分为系统级、设备级、预警级三类故障。系统级故障为不可容错运行故障，需要将重载铁路多所综合再生能量利用系统从牵引供电系统中迅速切除，否则会导致再生能量利用系统损坏，甚至致使牵引供电系统保护误动作；设备级故障为可容错运行故障，将相应故障设备切除后，重载铁路多所综合再生能量利用系统能够继续运行；预警级故障为可容错运行故障，为不影响系统功能的辅助设备故障。
41.步骤3：根据不同系统故障类型进行相应保护动作。
42.系统级故障包括：降压变压器t1或t2的一次侧电压或电流越限、四象限变流器r1和r2的直流母线电压越限、双向dc/dc变换器z输出电压或电流越限。
43.系统级故障保护方法包括以下步骤：
44.a、保护系统实时接收系统级故障特征信号，包括：左侧多绕组降压变压器t1和右侧多绕组降压变压器t2的一次侧端口单相交流电压、电流；四象限变流器r1与r2直流侧电压和双向dc/dc变换器z输出电压和电流；
45.b、保护系统对接收到的电气量进行越限比较处理，对于系统级故障特征电气量，任意一个电气量越限都判定为不可容错的系统级故障。
46.c、系统级保护动作：立即封锁四象限变流器r1、r2以及双向dc/dc变换器z的控制脉冲、断开四象限变流器r1、r2交流侧的高压断路器(即t1和t2与牵引供电系统之间的高压断路器k1、k2)，断开储能装置与直流母线之间的低压断路器(k3)，重载铁路多所综合再生能量利用系统断开与牵引供电系统连接。
47.设备级故障包括：单重背靠背变流器r
1i
或r
2i
交流侧端口电压或电流越限、单重背靠背变流器r
1i
或r
2i
中igbt元件故障、单相双向dc/dc变换器zj的输出电流越限、单相双向dc/dc变换器zj中的igbt元件故障以及单组储能介质电压或电流越限故障。
48.设备级故障保护方法包括以下步骤：
49.a、保护系统实时接收设备级故障特征信号，包括：单组串联储能介质bk输出电压和电流、左侧多重化四象限变流器r1的每一个单组四象限变流器r
1i
的交流侧端口单相交流电压、电流，每一个r
1i
的igbt元件两端电压；右侧多重化四象限变流器r2的每一个单组四象限变流器r
2i
的交流侧端口单相交流电压、电流，每一个r
2i
的igbt元件两端电压和双向dc/dc各个igbt元件两端电压。
50.b、保护系统对接收到的电气量进行越限比较处理，对于设备级故障特征电气量，当其越限时判断为设备级故障，并发出保护信号。
51.c、设备级保护动作：如r
1i
或r
2i
交流侧端口电压或电流越限、或者r
1i
或r
2i
中igbt元件故障，则断开r
1i
、r
2i
交流侧对应的低压断路器；如zj的输出电流越限或zj中igbt元件故障，则断开zj与储能介质母线之间的断路器；如bk的输出电压或电流越限，则断开bk与储能介质母线之间的断路器；之后，降低重载铁路多所综合再生能量利用系统给定额定功率，使系统降额运行。
52.预警级故障包括：t1和t2的油面高度过低和温度过高。
53.预警级故障保护方法包括以下步骤：
54.a、保护系统实时接收预警级故障特征信号，包括：多绕组降压变压器t1与t2油面高度和温度。
55.b、保护系统对接收到的特征量进行越限比较处理，对于预警级故障特征量，当其越限时判断为可容错的预警级运行故障，并发出保护信号。
56.c、预警级保护动作：针对不同类型的预警级故障，发出相应的故障提示信号。
57.步骤4：系统中断路器配置有压重合闸装置，在保护装置跳闸之后，经过重合闸时间t
ch
延时后，进行检有压重合闸动作，若为瞬时性故障，则此时重合闸成功，系统继续正常工作。若重合闸于永久性故障，则保护装置第二次跳开，重合闸失败，发出相应故障警告。