本發(fā)明涉及一種城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)的接地保護(hù)裝置，具體地說(shuō)是一種城市軌道交通雙向牽引變電所接地保護(hù)裝置及其方法。

背景技術(shù)：

在城市軌道交通的牽引供電系統(tǒng)中，非金屬性短路故障的短路電流較之金屬性短路故障的短路電流要小很多，因此依靠大電流脫扣保護(hù)難以可靠切除。電流增量(δi)和電流變化率(di/dt)保護(hù)(di/dt+δi保護(hù))逐漸成為城軌牽引供電系統(tǒng)饋線非金屬性短路的主要保護(hù)方式，以切除接觸網(wǎng)中、遠(yuǎn)距離的非金屬性短路故障。高壓雙向牽引供電裝置具有能量雙向流動(dòng)能力，其交流側(cè)電抗器的存在也導(dǎo)致外部饋線或接觸網(wǎng)發(fā)生金屬性與非金屬性接地故障條件下的短路電流特征與二極管整流器存在較大區(qū)別，且高壓雙向牽引供電裝置能夠自主退出運(yùn)行，從而進(jìn)一步影響外部短路特性。對(duì)雙向牽引變電所的所外中近端短路故障來(lái)說(shuō)，當(dāng)直流進(jìn)線柜先于直流饋線柜動(dòng)作或高壓雙向牽引供電裝置的直流短路保護(hù)先于其動(dòng)作從而觸發(fā)高壓雙向牽引供電裝置自主退出運(yùn)行時(shí)，短路電流的δi會(huì)因直流進(jìn)線開(kāi)關(guān)的跳閘而受到限制，因而極有可能造成饋線開(kāi)關(guān)柜di/dt+δi保護(hù)中以δi保護(hù)為主的中近端短路保護(hù)功能的失靈。因此，饋線開(kāi)關(guān)柜傳統(tǒng)的di/dt+δi保護(hù)功能已經(jīng)不能完全滿足最新的雙向牽引變電所內(nèi)保護(hù)要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)雙向牽引變電所的所外非金屬性接地故障的可靠切除的城市軌道交通雙向牽引變電所接地保護(hù)裝置及其方法。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的城市軌道交通雙向牽引變電所接地保護(hù)裝置，包括連接直流屏的三個(gè)一次電源轉(zhuǎn)換模塊以及與其中一個(gè)所述一次電源轉(zhuǎn)換模塊連接的三個(gè)二次電源轉(zhuǎn)換模塊，另外兩個(gè)所述一次電源轉(zhuǎn)換模塊的電源輸出端連接模擬量檢測(cè)調(diào)理模塊，模擬量檢測(cè)調(diào)理模塊與直流饋線l1和高壓雙向牽引供電裝置的直流負(fù)極l2連接，二次電源轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接dsp，dsp通過(guò)數(shù)據(jù)地址總線連接cpld，dsp中引出四路ad轉(zhuǎn)換器的采樣通道adin1～adin4，所述模擬量檢測(cè)調(diào)理模塊的電壓輸出端對(duì)應(yīng)端子接入adin1和adin2。

所述一次電源轉(zhuǎn)換模塊包括與+110v/-110vdc電源連接的第一電源轉(zhuǎn)換模塊、第二電源轉(zhuǎn)換模塊第三電源轉(zhuǎn)換模塊，所述二次電源轉(zhuǎn)換模塊包括與第一電源轉(zhuǎn)換模塊連接的第四電源轉(zhuǎn)換模塊、第五電源轉(zhuǎn)換模塊和第六電源轉(zhuǎn)換模塊，所述+110v/-110vdc電源通過(guò)第一電源轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為+5v/-5vdc，其中-5vdc接至信號(hào)地；所述+110v/-110vdc電源通過(guò)第二電源轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為+15v1/-15v1dc，其中-15v1dc接至信號(hào)地；所述+110v/-110vdc電源通過(guò)第三電源轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為+15v2/-15v2dc，其中+15v2dc接至信號(hào)地；所述+5v/-5vdc電源通過(guò)第四電源轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為+3v/-3vdc，其中-3vdc接至信號(hào)地；所述+5v/-5vdc電源通過(guò)第五電源轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為+3.3v/-3.3vdc，其中-3.3vdc接至信號(hào)地；所述+5v/-5vdc電源通過(guò)第六電源轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為+1.8v/-1.8vdc，其中-1.8vdc接至信號(hào)地。

所述dsp連接第五電源轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換的+3.3v/-3.3vdc和第六電源轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換的+1.8v/-1.8vdc，所述dsp中引出四路ad轉(zhuǎn)換器的采樣通道adin1～adin4；所述dsp與cpld之間通過(guò)數(shù)據(jù)地址總線以intel方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，所述cpld中引出四路do動(dòng)作出口控制信號(hào)do1～do4；cpld中引出四路di數(shù)字狀態(tài)檢測(cè)輸入端di1～di4。

所述模擬量檢測(cè)調(diào)理模塊包括饋線電壓檢測(cè)與調(diào)理模塊以及饋線電流檢測(cè)與調(diào)理模塊；所述饋線電壓檢測(cè)與調(diào)理模塊包括直流電壓傳感器t1，所述饋線電流檢測(cè)與調(diào)理模塊包括電流傳感器t2，所述直流電壓傳感器t1與電流傳感器t2的+/-電源端分別接入+15v1dc與-15v2dc；所述直流電壓傳感器t1的p-接至直流饋線柜的l2線，p+接至直流饋線柜的l1線；電流傳感器t2穿過(guò)直流饋線柜的l2線；直流電壓傳感器t1的m端接至u1電壓對(duì)應(yīng)端子，u1電壓輸出端連接電阻r2和r3，所述電阻r2和r3接至u2電壓對(duì)應(yīng)端子，u2電壓輸出端經(jīng)放大器a1連接u3電壓對(duì)應(yīng)端子，u3電壓輸出端經(jīng)過(guò)電阻r4以及并聯(lián)設(shè)置的電阻r5和放大器a2連接u4電壓對(duì)應(yīng)端子，電流傳感器t2的m端接至u5電壓對(duì)應(yīng)端子，u5電壓輸出端連接電阻r8和r9，電阻r8和r9接至u6電壓對(duì)應(yīng)端子，u6電壓輸出端經(jīng)放大器a3連接u7電壓對(duì)應(yīng)端子，u7電壓輸出端經(jīng)過(guò)電阻r10以及并聯(lián)設(shè)置的電阻r11和放大器a4連接u8電壓對(duì)應(yīng)端子，u4電壓對(duì)應(yīng)端子接入adin1，u8電壓對(duì)應(yīng)端子接入adin2。

一種采用上述城市軌道交通雙向牽引變電所接地保護(hù)裝置的保護(hù)方法，包括以下步驟：

a、設(shè)定di/dt+imax+δi保護(hù)的中近端短路保護(hù)的啟動(dòng)條件為di/dt＞(di/dt)zjd，其中(di/dt)zjd為中近端短路保護(hù)的電流初始變化率整定值；

b、當(dāng)啟動(dòng)條件滿足后，模擬量檢測(cè)調(diào)理模塊不斷檢測(cè)饋線電流值，若在設(shè)定的延時(shí)時(shí)間tyzt內(nèi)滿足式i＞iyzt的抑制跳閘條件，則di/dt+imax保護(hù)動(dòng)作，向dsp和cpld發(fā)送直流進(jìn)線開(kāi)關(guān)的抑制跳閘信號(hào)，繼而開(kāi)始下一階段di/dt+δi保護(hù)的延時(shí)tzjd。

c、在tzjd的時(shí)間范圍內(nèi)，若當(dāng)前饋線電流與保護(hù)啟動(dòng)時(shí)的饋線電流之間的相對(duì)增量δi滿足式δi＞δizyd，則di/dt+δi保護(hù)動(dòng)作，跳開(kāi)本直流饋線開(kāi)關(guān)。

d、當(dāng)di/dt+imax+δi保護(hù)的中近端短路保護(hù)啟動(dòng)條件滿足后而di/dt又降至(di/dt)zyd之下時(shí)，保護(hù)并不復(fù)歸，而是允許有tdrop的回落時(shí)間；若在回落時(shí)間內(nèi)di/dt重新高于(di/dt)zyd則繼續(xù)進(jìn)行原有定時(shí)；若超過(guò)回落時(shí)間則保護(hù)復(fù)歸。

e、若tyzt時(shí)間到而i＞iyzt并未滿足，或者tyzt+tzjd時(shí)間到而δi＞δizyd并未滿足，則保護(hù)動(dòng)作自動(dòng)復(fù)歸。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：面向安裝高壓雙向牽引供電裝置的牽引供電系統(tǒng)的直流饋線保護(hù)需求，能夠完全兼容裝高壓雙向牽引供電裝置的雙向交直流能量流動(dòng)過(guò)程、自主退運(yùn)能力以及外部饋線或接觸網(wǎng)發(fā)生金屬性與非金屬性接地故障條件下的短路電流特征，與高壓雙向牽引供電裝置內(nèi)部既有保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)優(yōu)化配合；在發(fā)生雙向牽引變電所的所外中近端非金屬性接地的過(guò)程中，能夠協(xié)調(diào)調(diào)度高壓雙向牽引供電裝置、直流進(jìn)線柜、直流饋線柜三者之間的保護(hù)動(dòng)作配合時(shí)序，實(shí)現(xiàn)所外中近端非金屬性接地故障的可靠切除。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明中直流饋線柜的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；

圖2為本發(fā)明中電源模塊的原理框圖；

圖3為本發(fā)明中數(shù)據(jù)處理與控制模塊電路原理圖；

圖4為本發(fā)明中模擬量檢測(cè)調(diào)理模塊電路原理圖；

圖5為本發(fā)明中di數(shù)字狀態(tài)檢測(cè)模塊電路原理圖；

圖6為本發(fā)明中do數(shù)字狀態(tài)驅(qū)動(dòng)模塊電路原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式，對(duì)發(fā)明的城市軌道交通雙向牽引變電所接地保護(hù)裝置及其方法作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

如圖所示，本發(fā)明的城市軌道交通雙向牽引變電所接地保護(hù)裝置，包括連接直流屏的三個(gè)一次電源轉(zhuǎn)換模塊以及三個(gè)二次電源轉(zhuǎn)換模塊，所說(shuō)的一次電源轉(zhuǎn)換模塊包括與+110v/-110vdc電源連接的第一電源轉(zhuǎn)換模塊、第二電源轉(zhuǎn)換模塊、第三電源轉(zhuǎn)換模塊，二次電源轉(zhuǎn)換模塊包括與第一電源轉(zhuǎn)換模塊連接的第四電源轉(zhuǎn)換模塊、第五電源轉(zhuǎn)換模塊和第六電源轉(zhuǎn)換模塊，+110v/-110vdc電源通過(guò)第一電源轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為+5v/-5vdc，其中-5vdc接至信號(hào)地；+110v/-110vdc電源通過(guò)第二電源轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為+15v1/-15v1dc，其中-15v1dc接至信號(hào)地；+110v/-110vdc電源通過(guò)第三電源轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為+15v2/-15v2dc，其中+15v2dc接至信號(hào)地；+5v/-5vdc電源通過(guò)第四電源轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為+3v/-3vdc，其中-3vdc接至信號(hào)地；+5v/-5vdc電源通過(guò)第五電源轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為+3.3v/-3.3vdc，其中-3.3vdc接至信號(hào)地；+5v/-5vdc電源通過(guò)第六電源轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為+1.8v/-1.8vdc，其中-1.8vdc接至信號(hào)地。

所說(shuō)的二次電源轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接dsp，dsp通過(guò)數(shù)據(jù)地址總線連接cpld，dsp中引出四路ad轉(zhuǎn)換器的采樣通道adin1～adin4，模擬量檢測(cè)調(diào)理模塊的電壓輸出端對(duì)應(yīng)端子接入adin1和adin2；由圖可見(jiàn)，dsp連接第五電源轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換的+3.3v/-3.3vdc和第六電源轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換的+1.8v/-1.8vdc，由圖4可見(jiàn)，圖中dsp參考型號(hào)為ti的f2812系列dsp，圖中cpld參考型號(hào)為altera的epm3128系列cpld；圖中，來(lái)自電源模塊的+3.3v/-3.3vdc電源接入dsp與cpld，來(lái)自電源模塊的+1.8v/-1.8vdc電源接入dsp；dsp中引出四路ad轉(zhuǎn)換器的采樣通道adin1～adin4；dsp與cpld之間通過(guò)數(shù)據(jù)地址總線以intel方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，數(shù)據(jù)地址總線主要由讀信號(hào)rd、寫(xiě)信號(hào)wr、數(shù)據(jù)總線db0～db7、地址總線ab0～ab7；cpld中引出四路do動(dòng)作出口控制信號(hào)do1～do4；cpld中引出四路di數(shù)字狀態(tài)檢測(cè)輸入端di1～di4，如圖5所示，其中k1為饋線開(kāi)關(guān)的輔助狀態(tài)觸點(diǎn)，模塊的輸出接入di數(shù)字狀態(tài)檢測(cè)輸入端di1，r1為限流電阻，通常為1k歐姆，g1為隔離光耦。如圖6所示，其中g(shù)1的輸出端接至中間繼電器的線圈，ko為中間繼電器的功率觸點(diǎn)，接至饋線開(kāi)關(guān)的跳閘控制觸點(diǎn)，模塊的輸出接自do動(dòng)作出口控制信號(hào)do1，r1為限流電阻，通常為1k歐姆。g1為隔離光耦；

所說(shuō)的第二電源轉(zhuǎn)換模塊和第三電源轉(zhuǎn)換模塊的電源輸出端連接模擬量檢測(cè)調(diào)理模塊，所說(shuō)的模擬量檢測(cè)調(diào)理模塊包括饋線電壓檢測(cè)與調(diào)理模塊以及饋線電流檢測(cè)與調(diào)理模塊；饋線電壓檢測(cè)與調(diào)理模塊包括直流電壓傳感器t1，饋線電流檢測(cè)與調(diào)理模塊包括電流傳感器t2，直流電壓傳感器t1與電流傳感器t2的+/-電源端分別接入+15v1dc與-15v2dc；直流電壓傳感器t1的p-接至直流饋線柜的l2線，p+接至直流饋線柜的l1線；電流傳感器t2穿過(guò)直流饋線柜的l2線；直流電壓傳感器t1的m端接至u1電壓對(duì)應(yīng)端子，u1電壓輸出端連接電阻r2和r3，電阻r2和r3接至u2電壓對(duì)應(yīng)端子，u2電壓輸出端經(jīng)放大器a1連接u3電壓對(duì)應(yīng)端子，u3電壓輸出端經(jīng)過(guò)電阻r4以及并聯(lián)設(shè)置的電阻r5和放大器a2連接u4電壓對(duì)應(yīng)端子，電流傳感器t2的m端接至u5電壓對(duì)應(yīng)端子，u5電壓輸出端連接電阻r8和r9，電阻r8和r9接至u6電壓對(duì)應(yīng)端子，u6電壓輸出端經(jīng)放大器a3連接u7電壓對(duì)應(yīng)端子，u7電壓輸出端經(jīng)過(guò)電阻r10以及并聯(lián)設(shè)置的電阻r11和放大器a4連接u8電壓對(duì)應(yīng)端子，u4電壓對(duì)應(yīng)端子接入adin1，u8電壓對(duì)應(yīng)端子接入adin2；由圖可見(jiàn)，當(dāng)r2＝r3時(shí)，u2＝0.5*(3+u1)，當(dāng)r8＝r9時(shí)，u6＝0.5*(3+u5)；此外，u3＝u2，u7＝u6，運(yùn)放a1與a3主要起隔離作用，并提高u2與a2、u6與a4之間的等效阻抗；當(dāng)r4＝r6時(shí)，u4＝(r5/r4)*u3，當(dāng)r12＝r10時(shí)，u8＝(r11/r4)*u7。

一種采用上述城市軌道交通雙向牽引變電所接地保護(hù)裝置的保護(hù)方法，包括以下步驟：

a、設(shè)定di/dt+imax+δi保護(hù)的中近端短路保護(hù)的啟動(dòng)條件為di/dt＞(di/dt)zjd，其中(di/dt)zjd為中近端短路保護(hù)的電流初始變化率整定值；

b、當(dāng)啟動(dòng)條件滿足后，模擬量檢測(cè)調(diào)理模塊不斷檢測(cè)饋線電流值，若在設(shè)定的延時(shí)時(shí)間tyzt內(nèi)滿足式i＞iyzt的抑制跳閘條件(iyzt為imax保護(hù)的抑制跳閘動(dòng)作電流整定值)，則di/dt+imax保護(hù)動(dòng)作，向dsp和cpld發(fā)送直流進(jìn)線開(kāi)關(guān)的抑制跳閘信號(hào)，繼而開(kāi)始下一階段di/dt+δi保護(hù)的延時(shí)tzjd。

c、在tzjd的時(shí)間范圍內(nèi)，若當(dāng)前饋線電流與保護(hù)啟動(dòng)時(shí)的饋線電流之間的相對(duì)增量δi滿足式δi＞δizyd，則di/dt+δi保護(hù)動(dòng)作，跳開(kāi)本直流饋線開(kāi)關(guān)。

d、為了增強(qiáng)抗干擾性，當(dāng)di/dt+imax+δi保護(hù)的中近端短路保護(hù)啟動(dòng)條件滿足后而di/dt又降至(di/dt)zyd之下時(shí)，保護(hù)并不復(fù)歸，而是允許有tdrop的回落時(shí)間；若在回落時(shí)間內(nèi)di/dt重新高于(di/dt)zyd則繼續(xù)進(jìn)行原有定時(shí)；若超過(guò)回落時(shí)間則保護(hù)復(fù)歸。

e、此外，若tyzt時(shí)間到而i＞iyzt并未滿足，或者tyzt+tzjd時(shí)間到而δi＞δizyd并未滿足，則保護(hù)動(dòng)作自動(dòng)復(fù)歸。

通過(guò)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，增加了電流速斷(imax)動(dòng)作元件從而構(gòu)成di/dt+imax+δi保護(hù)；在發(fā)生中近端短路時(shí)，di/dt+imax+δi保護(hù)首先由di/dt+imax保護(hù)動(dòng)作出口，向高壓雙向牽引供電裝置的保護(hù)控制單元發(fā)出直流進(jìn)線開(kāi)關(guān)的抑制跳閘信號(hào)，使其在直流短路保護(hù)動(dòng)作時(shí)，僅封鎖裝置主回路的驅(qū)動(dòng)脈沖，而暫不跳開(kāi)直流進(jìn)線開(kāi)關(guān)；進(jìn)而由δi保護(hù)控制跳開(kāi)直流饋線開(kāi)關(guān)，切除短路故障；di/dt+imax+δi保護(hù)中以di/dt保護(hù)為啟動(dòng)條件，通過(guò)imax保護(hù)預(yù)測(cè)接觸網(wǎng)中近端可能存在的接地故障，通過(guò)δi保護(hù)避免di/dt保護(hù)易受干擾的影響而發(fā)生的誤動(dòng)現(xiàn)象。