漏电保护装置及轨道交通供电系统

技术领域

本发明涉及轨道交通供电技术领域，尤其涉及一种漏电保护装置和一种轨道交通供电系统。

背景技术

在跨座式单轨交通系统中，有人提出一种基于光纤通道的区段式接地漏电保护方案。该方案是在全线每座牵引变电所中设一套区段式接地漏电保护装置，牵引变电所间通过单模光纤以“手拉手”的方式进行物理连接，实现不同装置间的实时信息交互。每座牵引变电所的硬件配置为1台区段式接地漏电保护装置、4台差异电流检测传感器，其中，差异电流检测传感器为特制产品。其工作原理为：监测故障接地的漏电流，当其数值超过保护整定值时，由电流继电器发出告警信息，同时利用CPU(Central Processing Unit，中央处理器)根据各馈线回路的漏电流大小判断区间是否发生了接地短路故障，有“选择性”地切除故障区间。当CPU故障时，全线区段式接地漏电保护装置将在收到告警信号并延时5S后，通过电流继电器直接发出断路器跳闸命令，全线牵引所均跳闸。

然而，当CPU故障不能工作时，全线装置的电流继电器经延时后直接发出断路器跳闸命令，牵引所均跳闸致使全线失电，无法实现保护动作的“选择性”。因此，当CPU故障闭锁时，CPU无法实现区分“故障区间”和“非故障区间”，故障发生后，无区别全线跳闸。

发明内容

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，本发明的第一个目的在于提出一种漏电保护装置，可快速、准确地切除故障区间，缩小停电范围，指导运维人员有针对性地检修，维护供电系统的连续性和稳定性。

本发明的第二个目的在于提出一种轨道交通供电系统。

为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种漏电保护装置，所述漏电保护装置包括多套漏电保护子装置，多套所述漏电保护子装置与轨道交通供电系统的多个牵引变电所一一对应设置，所述漏电保护子装置包括：接地漏电保护电路、数字电流选跳保护电路和交换机，所述数字电流选跳保护电路与对应的交换机之间通过尾缆通信连接，所述数字电流选跳保护电路与对应的接地漏电保护电路通过硬线电连接，相邻两牵引变电所的交换机之间通过光缆通信连接；其中，所述数字电流选跳保护电路用于在接收到对应接地漏电保护电路发送的漏电告警信号时，获取自身所属供电区间所有馈线回路流入、流出的电流矢量，并根据所述流入、流出的电流矢量定位故障区间，以及在定位出故障区间后，切除所述故障区间。

根据本发明的一个实施例，所述数字电流选跳保护电路具体用于：在所述流入、流出的电流矢量和不为零时，确定所述流入、流出的电流矢量和不为零的馈线回路所在的供电区间为故障区间，并在延时第一预设时间后，发出第一控制指令，以断开所述故障区间中的馈线断路器。

根据本发明的一个实施例，所述接地漏电保护电路还用于：在所述漏电告警信号持续第二预设时间时，确定自身所在供电区间为故障区间，并发出第二控制指令，以断开所述故障区间中的馈线断路器，其中，所述第二预设时间大于所述第一预设时间。

根据本发明的一个实施例，两相邻牵引变电所之间的馈线回路组成一个供电区间，所述故障区间包括第一馈线断路器和第二馈线断路器，所述第一馈线断路器和所述第二馈线断路器分别设置在两不同的牵引变电所；其中，所述断开所述故障区间中的馈线断路器，包括：断开所述第一馈线断路器和所述第二馈线断路器。

根据本发明的一个实施例，当各所述牵引变电所中的数字电流选跳保护电路均正常工作时，如果第n个供电区间为故障区间，则第n个牵引变电所中的数字电流选跳保护电路和第(n+1)个牵引变电所中的数字电流选跳保护电路，均发出第一控制信号，其中，所述第一控制信号用以控制所述第一馈线断路器和所述第二馈线断路器断开，所述第一馈线断路器设置在所述第n个牵引变电所，所述第二馈线断路器设置在所述第(n+1)个牵引变电所，n为正整数。

根据本发明的一个实施例，如果第n个牵引变电所中的数字电流选跳保护电路失效，且第n个供电区间为故障区间，则所述第n个供电区间中的接地漏电保护电路发出第二控制信号，其中，所述第二控制信号用以控制所述第一馈线断路器和所述第二馈线断路器断开，所述第一馈线断路器设置在所述第n个牵引变电所，所述第二馈线断路器设置在第(n+1)个牵引变电所，n为正整数。

进一步地，当第n个牵引变电所中的数字电流选跳保护电路失效时，原来的第(n-1)个、第n个供电区间合并成新的第(n-1)’个供电区间，其中，如果所述第(n-1)’个供电区间为故障区间，则第(n-1)个牵引变电所中的数字电流选跳保护电路和第(n+1)个牵引变电所中的数字电流选跳保护电路，均发出第一控制信号，其中，所述第一控制信号用以控制所述第一馈线断路器和所述第二馈线断路器断开，所述第一馈线断路器设置在所述第(n-1)个牵引变电所，所述第二馈线断路器设置在所述第(n+1)个牵引变电所，n为大于1的正整数。

根据本发明的一个实施例，所述光缆为单模光缆，所述尾缆为多模尾缆。

根据本发明实施例的漏电保护装置，可快速、准确地切除故障区间，缩小停电范围，指导运维人员有针对性地检修，维护供电系统的连续性和稳定性。

为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种轨道交通供电系统，其特征在于，包括：所述的漏电保护装置。

根据本发明实施例的轨道交通供电系统，可快速、准确地切除短路故障的供电区间，缩小停电范围，指导运维人员有针对性地检修，维护供电系统的连续性和稳定性。

本发明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，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是本发明一个实施例的漏电保护装置的结构示意图；

图2是本发明一个具体实施例的GOOSE网络组网图；

图3是本发明一个具体实施例的上行接触轨—馈线回路电流矢量示意图；

图4是本发明一个具体实施例的数字电流选跳保护电路均投入时数字电流选跳保护示意图；

图5是本发明一个具体实施例的部分数字电流选跳保护电路退出时数字电流选跳保护示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，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，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图1-5描述本发明实施例的漏电保护装置及轨道交通供电系统。

图1是本发明一个实施例的漏电保护装置的结构示意图。

在本发明的实施例中，如图1所示，漏电保护装置100包括多套漏电保护子装置10，多套漏电保护子装置10与轨道交通供电系统200的牵引变电所20一一对应设置。

参见图1，漏电保护子装置10包括：接地漏电保护电路11、数字电流选跳保护电路12和交换机13，数字电流选跳保护电路12与对应的交换机13之间通过尾缆通信连接，数字电流选跳保护电路12与对应的接地漏电保护电路11通过硬线电连接，相邻两牵引变电所的交换机13之间通过光缆通信连接。其中，数字电流选跳保护电路12用于在接收到对应接地漏电保护电路11发送的漏电告警信号时，获取自身所属供电区间所有馈线回路流入、流出的电流矢量，并根据所述流入、流出的电流矢量定位故障区间，以及在定位出故障区间后，切除故障区间。其中，光缆可为单模光缆，尾缆可为多模尾缆。

作为一个示例，本发明是基于GOOSE(Generic Object Oriented SubstationEvent，面向通用对象的变电站事件)网络通信进行数字电流选跳保护电路12信息交互的保护方案。参见图2，该方案需在全线每座牵引变电所20中设1套接地漏电保护电路11(又称64D)、1套数字电流选跳保护电路12和1台交换机13(如：以太网交换机)，牵引变电所20内数字电流选跳保护电路12通过多模尾缆接入交换机13，牵引变电所20间通过光缆将相邻两所的交换机13以“手拉手”的方式连接起来，数字电流选跳保护电路12可利用IEC61850通信协议进行实时的信息交互。其工作原理为：在数字电流选跳保护电路12接收到接地漏电保护电路11负地电压升高告警信号的同时，通过判断自身所属供电区间所有馈线回路流入、流出的电流矢量和是否为零来快速定位故障区间，从而“选择性”地切除故障区间。

需要说明的是，在跨座式单轨直流牵引供电系统中使用该方案时，需满足以下条件：

1)系统方案中，每个供电区间之间均设电分段；

2)每回馈线的正极、负极回路均设分流器；

3)每座牵引变电所20均设至少1套接地漏电保护电路11、1套数字电流选跳保护电路12和1台交换机13；

4)组GOOSE网络，通信协议可为IEC61850，以广播的形式给左右邻所或全线的数字电流选跳保护电路12发布实时馈线回路和接地漏电保护电路11的电流、电压信号以及馈线断路器的状态信息等。

在本发明的一个实施例中，接地漏电保护电路11可用于：在检测到负地电压大于或等于预设的告警整定值，且持续预设的告警延时整定值时，向对应的数字电流选跳保护电路12发送漏电告警信号。

其中，预设的告警整定值、预设的告警延时整定值均可根据实际需要标定。

具体地，当正极接触轨对地发生短路故障时，接地漏电保护电路11能检测到负地电压数值增大，当其数值达到告警整定值且持续预设的告警延时整定值时，接地漏电保护电路11发出漏电告警信号，该漏电告警信号接点可通过硬线接入数字电流保护电路12。

在本发明的一个实施例中，数字电流选跳保护电路12可具体用于：在流入、流出的电流矢量和不为零时，确定流入、流出的电流矢量和不为零的馈线回路所在的供电区间为故障区间，并在延时t

具体地，可根据基尔霍夫电流定律：电路中任一节点上，在任一时刻，流入节点的电流之和等于流出节点的电流之和判断故障区间。参见图3，以上行接触轨为例，假设任一供电区间中任一节点为检测节点。数字电流选跳保护电路12在接收到对应接地漏电保护电路11发送的漏电告警信号时，可通过GOOSE网络获得左右邻所各馈线回路的电流矢量。正常工况下(无短路点K

在本发明的一个实施例中，接地漏电保护电路11还可用于：在漏电告警信号持续第二预设时间时，确定自身所在供电区间为故障区间，并发出第二控制指令，以断开所述故障区间中的馈线断路器，其中，第二预设时间大于第一预设时间。

具体地，当某段GOOSE网络故障或某个数字电流选跳保护电路12故障时，该数字电流选跳保护电路12闭锁，该牵引变电所所由接地漏电保护电路11提供后备保护，其余牵引变电所数字电流选跳保护电路正常投入。接地漏电保护电路11可在漏电告警信号延时t

在本发明的实施例中，参见图4、图5，两相邻牵引变电所20之间的馈线回路组成一个供电区间，故障区间包括第一馈线断路器和第二馈线断路器，第一馈线断路器和第二馈线断路器分别设置在两不同的牵引变电所20。其中，断开故障区间中的馈线断路器，包括：断开第一馈线断路器和第二馈线断路器。

具体地，当数字电流选跳保护电路12发出第二控制指令时，断开的是两相邻且不同的牵引变电所20中的第一馈线断路器和第二馈线断路器。在馈线断路器跳闸并闭锁后，切除故障区间，其他非故障区间正常供电。

由此，该漏电保护装置，可快速、准确地切除故障区间，缩小停电范围，指导运维人员有针对性地检修，维护供电系统的连续性和稳定性。

在本发明的一个具体实施例中，基于GOOSE通道的便利，可建立全线所有供电区间的数字电流选跳保护，让所有的数字电流选跳保护电路均参与电流选跳，可分为“双边供电”的“全线数字电流选跳保护电路均投入”和“某数字电流选跳保护电路退出”工况，以及“大双边供电”的“全线数字电流选跳保护电路均投入”和“某数字电流选跳保护电路退出”工况。因上、下行接触轨区间短路故障的数字电流选跳保护方案一致，故本发明仅以上行接触轨为例。

作为一个示例，当各牵引变电所中的数字电流选跳保护电路12均正常工作时，如果第n个供电区间为故障区间，则第n个牵引变电所中的数字电流选跳保护电路12和第(n+1)个牵引变电所中的数字电流选跳保护电路12，均发出第一控制信号，其中，第一控制信号用以控制第一馈线断路器和第二馈线断路器断开，第一馈线断路器设置在第n个牵引变电所，第二馈线断路器设置在第(n+1)个牵引变电所，n为正整数。

具体地，参见图4，跨座式单轨项目可采用综合接地系统，(1)当双边供电且全线数字电流选跳保护装置均投入时，如果第n个供电区间发生正极接触轨对地短路，则全线所有接地漏电保护电路11均检测到相同的负地电压△U

a)当△U

b)当△U

(2)当大双边供电且全线数字电流选跳保护电路12均投入时，假设第n座牵引变电所故障退出运行，可通过“倒闸”操作将直流牵引系统由“双边供电”模式改为“大双边供电”模式，即原来的第(n-1)个、第n个供电区间合并成新的第(n-1)’个供电区间。当该区间发生正极接触轨对地短路时，全线所有接地漏电保护电路11均检测到相同的负地电压△U

a)当△U

b)当△U

作为一个示例，如果第n个牵引变电所中的数字电流选跳保护电路12失效，且第n个供电区间为故障区间，则所述第n个供电区间中的接地漏电保护电路11发出第二控制信号，其中，所述第二控制信号用以控制所述第一馈线断路器和所述第二馈线断路器断开，所述第一馈线断路器设置在所述第n个牵引变电所，所述第二馈线断路器设置在第(n+1)个牵引变电所，n为正整数。

具体地，参见图5，当双边供电且某数字电流选跳保护电路12退出时，如果某一供电区间的所间光纤通道故障或数字电流选跳保护电路12故障时，该区间的数字电流选跳保护闭锁失效，以接地漏电保护电路11作为其后备保护。为避免误切除正常供电区间，接地漏电保护电路11的保护跳闸动作(即第二控制信号)延时t2必须大于t1才能满足要求。

当第(n-1)个供电区间的数字电流选跳保护电路12闭锁退出时，第n个供电区间发生正极接触轨对地短路(如图4所示)。全线所有接地漏电保护电路11均检测到相同的负地电压△U

当第n个供电区间既发生数字电流选跳保护电路12闭锁退出又发生正极接触轨对地短路。所有正常供电区间的数字电流选跳保护电路12不启动并闭锁馈线断路器。同时，第n个供电区间中的接地漏电保护电路11经漏电告警信号延时t

作为一个示例，当第n个牵引变电所中的数字电流选跳保护电路12失效时，原来的第(n-1)个、第n个供电区间合并成新的第(n-1)’个供电区间，其中，如果第(n-1)’个供电区间为故障区间，则第(n-1)个牵引变电所中的数字电流选跳保护电路12和第(n+1)个牵引变电所中的数字电流选跳保护电路12，均发出第一控制信号，其中，第一控制信号用以控制第一馈线断路器和第二馈线断路器断开，第一馈线断路器设置在第(n-1)个牵引变电所，第二馈线断路器设置在第(n+1)个牵引变电所，n为大于1的正整数。

具体地，当大双边供电且某数字电流选跳保护电路12退出时，可通过“倒闸”操作将直流牵引系统由“双边供电”模式改为“大双边供电”模式，即原来的第(n-1)个、第n个供电区间合并成新的第(n-1)’个供电区间。如果第(n-1)’个供电区间的数字电流选跳保护电路12因“光纤通道故障”或“数字电流选跳保护电路12故障”闭锁失效，则以接地漏电保护电路11作为其后备保护。

若第(n-1)’个供电区间内的任一供电区间发生正极接触轨对地短路，全线所有接地漏电保护电路11均检测到相同的负地电压△U

若第(n-1)’个供电区间内的供电区间同时发生正极接触轨对地短路，所有正常供电区间的数字电流选跳保护电路12不启动并闭锁馈线断路器。同时，第(n-1)’个供电区间两侧牵引所的的接地漏电保护电路11经漏电告警信号延时t

由此，通过上述的四种工况可知，基于GOOSE通信的数字电流选跳保护方案可以准确切除故障区段，缩小停电范围。

综上所述，该漏电保护装置以数字电流选跳为主保护，兼以电压型接地漏电保护为后备保护，首先判断全线供电区间是否发生负地电压升高现象，然后通过判断各供电区间内所有馈线回路电流矢量和快速定位故障区间，进而准确切除故障区段，缩小停电范围。由此，该漏电保护装置既能满足主保护切除故障区间的“快速性”、“选择性”和“灵敏性”，又能在后备保护的保障下提高其“可靠性”。

参见图1，本发明还提供一种轨道交通供电系统200，包括：上述的漏电保护装置100。

本发明实施例的轨道交通供电系统，通过漏电保护装置，以数字电流选跳为主保护，兼以电压型接地漏电保护为后备保护，首先判断全线供电区间是否发生负地电压升高现象，然后通过判断各供电区间内所有馈线回路电流矢量和快速定位故障区间，进而准确切除故障区段，缩小停电范围。由此，该漏电保护装置既能满足主保护切除故障区间的“快速性”、“选择性”和“灵敏性”，又能在后备保护的保障下提高其“可靠性”。

应当理解，本发明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，多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。例如，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。

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发明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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

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。在本发明的描述中，“多个”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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。