CN107499189B - 一种高速铁路供电网络系统及其保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速铁路供电网络系统，包括至少两个牵引变电所，设置在相邻两牵引变电所之间的自耦变压器AT分区所，设置在牵引变电所和AT分区所之间的AT所，以及连接所述牵引变电所、AT所和AT分区所的上、下行牵引网供电臂，牵引变电所的上行馈线断路器1DL和下行馈线断路器2DL分别配置有第一阻抗保护装置和第一过流保护装置；AT所设置有2台自耦变压器，用于并联连接2台自耦变压器的隔离开关1GK，每台自耦变压器的进线侧并联的两台馈线断路器3DL、5DL和4DL、6DL分别配置有第二阻抗保护装置和第二过流保护装置，每台自耦变压器连接的2台馈线断路器与上、下行牵引网供电臂的接触点之间设置有电分段。

Description

一种高速铁路供电网络系统及其保护方法

技术领域

本发明涉及一种高速铁路供电网络系统及其保护方法。

背景技术

目前我国高速铁路供电网络，由牵引变电所为上下行馈线提供独立的馈线断路器，AT所上下行馈线各设一台断路器，并设两台自耦变互为备用，在AT所实现上下行牵引网供电臂并联。AT分区所设四台馈线断路器，四台自耦变压器，在AT分区所实现两侧供电臂上下行牵引网供电臂各自并联及越区功能。

但随着我国高铁互联成网，客运量逐步增加，问题随之而来：AT所至AT分区所区段，特别是末端发生短路故障时，反映到牵引变电所馈线断路器的供电臂短路电流与最大负荷电流极为接近。尤其是高阻接地时，阻抗角也无明显差异。同时高速动车组传动方式为交直交电力传动，其谐波特性是以高次谐波为主，且谐波含量很低，无法作为保护判据进行提取。如此导致现行的2次谐波电流闭锁或2、3、5次谐波的综合谐波抑制作为负荷电流与短路电流的区别判据已不适用。已无法通过牵引变电所的继电保护装置通过综合谐波抑制判据区分最大负荷电流与供电臂短路电流继电保护可靠性和选择性缺失，保护拒动或误动，影响铁路运输组织的事件在部分繁忙干线屡有发生。

本专利解决的关键技术难点之一是采用何种技术实现对AT所至AT分区所区段最大负荷电流与供电臂短路电流的有效区分，确保继电保护装置可靠、灵敏的切断短路故障。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种高速铁路供电网络系统及其保护方法。

作为本发明实施例的一个方面，涉及一种高速铁路供电网络系统，包括至少两个牵引变电所，设置在相邻两牵引变电所之间的自耦变压器AT分区所，设置在牵引变电所和AT分区所之间的AT所，以及连接所述牵引变电所、AT所和AT分区所的上、下行牵引网供电臂，所述牵引变电所设置有上行馈线断路器1DL和下行馈线断路器2DL，所述上行馈线断路器1DL和下行馈线断路器2DL分别配置有：用于识别供电网络系统金属性接地短路并切除牵引变电所供电的第一阻抗保护装置，用于识别供电网络系统过电流并切除牵引变电所供电的第一过流保护装置；

所述AT所设置有2台自耦变压器，用于并联连接2台自耦变压器的隔离开关1GK，每台自耦变压器的进线侧并联有两台馈线断路器3DL、5DL和4DL、6DL，每台自耦变压器连接的2台馈线断路器与上、下行牵引网供电臂的接触点之间设置有电分段，所述馈线断路器3DL、5DL、4DL和6DL分别配置有用于识别供电网络系统金属性接地短路并切除AT所供电的第二阻抗保护装置和用于识别供电网络系统过电流并切除AT所供电的第二过流保护装置。

在一个实施例中，所述上行馈线断路器1DL和下行馈线断路器2DL分别配置有识别供电网络系统高阻短路或过负荷并切除牵引变电所供电的第三阻抗保护装置。

在一个实施例中，所述AT分区所设置有4台自耦变压器，分别设置在相邻两牵引变电所侧的上、下行牵引网供电臂的馈线断路器7DL、8DL、9DL和10DL，用于并联连接上、下行牵引网供电臂的隔离开关3GK、5GK，以及用于越区连接上、下行牵引网供电臂的隔离开关2GK；所述AT分区所的馈线断路器7DL、8DL、9DL和10DL分别配置有识别供电网络系统金属接地短路并切除AT分区所供电的第四阻抗保护装置、识别供电网络系统高阻短路或过负荷并切除AT分区所供电的第五阻抗保护装置和用于识别供电网络系统过电流并切除AT分区所供电的第三过流保护装置。

作为本发明实施例的另一个方面，涉及一种高速铁路供电网络保护方法，包括：

执行判断第一阻抗保护测量值是否小于预设L1段整定值Z_1ZD的步骤：

当牵引变电所的第一阻抗保护测量值小于预设L1段整定值Z_1ZD，第一阻抗保护动作，切断牵引变电所供电；

当第一阻抗保护测量值大于或等于预设L1段整定值Z_1ZD且小于预设L2段整定值Z'_1ZD，第一阻抗保护延时预定时间后动作，切断牵引变电所供电；

当牵引变电所的第一过流保护测量值大于或等于预设整定值I_SS-zd，第一过流保护延时预定时间后动作，切断牵引变电所供电；

当AT所的第二阻抗保护测量值小于预设整定值Z_AT-ZD，第二阻抗保护动作，切断AT所自耦变压器供电；

执行判断第二过流保护测量值是否大于或等于预设整定值I_AT-ZD的步骤：

当AT所的第二过流保护测量值大于或等于预设整定值I_AT-ZD，第二过流保护动作，切断AT所自耦变压器供电。

在一个实施例中，所述的高速铁路供电网络保护方法还包括：

执行判断第三阻抗保护测量值是否小于预设整定值Z_2ZD的步骤：

当牵引变电所的第三阻抗保护测量值大于或等于预设整定值Z_2ZD，第三阻抗保护不动作；

当牵引变电所的第三阻抗保护测量值小于预设整定值Z_2ZD，且AT所的第二阻抗保护和第二过流保护不动作，第三阻抗保护动作，切断牵引变电所供电。

在一个实施例中，所述的高速铁路供电网络保护方法还包括：

高速铁路供电网络越区供电时：

当AT所b的第二阻抗保护测量值小于预设整定值Z_3ZD，第二阻抗保护动作，切断AT所自耦变压器供电；

当AT所b的第二过流保护测量值大于或等于预设整定值I'_AT-zd，第二过流保护动作，切断AT所自耦变压器供电；

当AT分区所的第四阻抗保护测量值小于预设L3段整定值Z_3ZD，第四阻抗保护动作，切断牵引变电所供电；

当第四阻抗保护测量值大于或等于预设L3段整定值Z_3ZD，且小于预设L4段整定值Z_4ZD，第四阻抗保护延时预定时间后动作，切断牵引变电所供电；

当AT分区所的第三过流保护测量值大于或等于预设整定值I_3ZD，第三过流保护延时预定时间后动作，切断牵引变电所供电。

在一个实施例中，所述的高速铁路供电网络保护方法，还包括：

当AT分区所的第五阻抗保护测量值小于预设整定值Z_5ZD，且AT所b的第二阻抗保护和第二过流保护不动作，第五阻抗保护动作，切断牵引变电所供电。

本发明与现有技术相比具有以下优势：

1)本发明提出的高速铁路供电网络系统，改变了负荷电流和短路电流在供电网络的分配路径，进而可实现对最大负荷电流和供电臂短路电流的有效区分，确保继电保护装置可靠、灵敏的切断短路故障。克服了现有继电保护装置在负荷电流与供电臂末端短路电流接近时，无法实现故障识别的缺陷。

2)本发明以牵引供电网供电臂分段保护作为指导思想。当牵引变电所至AT所区段出现短路或过负荷时，设于牵引变电所的阻抗保护和过流保护动作。当AT所至AT分区所区段出现短路或过负荷时，设于AT所的阻抗保护或过流保护动作。与现有继电保护仅单一依靠牵引变电所馈线设置阻抗保护和过流保护相比，进一步提升了保护装置的可靠性和选择性。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例提供的一种高速铁路供电网络系统的结构示意图；

图2为现有技术中的高速铁路供电网络系统的结构示意图；

图3为图2所示高速铁路供电网络系统末端发生短路时的电路回路示意图；

图4为本发明图1所示高速铁路供电网络系统末端发生短路时的电路回路示意图；

图5为本发明图1所示高速铁路供电网路系统保护正常运行时的保护动作流程图；

图6位本发明图1所示高速铁路供电网络系统保护正常运行时的保护原理框图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

为了解决现有技术中存在的问题，本发明实施例提供一种高速铁路供电网络系统及其保护方法。

本发明提出一种高速铁路供电网络系统，与现有供电网络系统相比，本发明提出的供电网络系统基于继电保护装置分段保护的思想设计，改变了负荷电流和短路电流在供电网络的分配路径，以便继电保护装置实现最大负荷电流与供电臂短路电流的区分。同时提出与该供电网络系统匹配的保护方法，以确保继电保护装置可靠、灵敏的切断短路故障。

实施例一：

参照图1所示，本发明实施例提供一种高速铁路供电网络系统，包括至少两个牵引变电所，设置在相邻两牵引变电所之间的自耦变压器AT分区所，设置在牵引变电所和AT分区所之间的AT所，以及连接所述牵引变电所、AT所和AT分区所的上、下行牵引网供电臂，所述牵引变电所设置有上行馈线断路器1DL和下行馈线断路器2DL，所述上行馈线断路器1DL和下行馈线断路器2DL分别配置有：用于识别供电网络系统金属性接地短路并切除牵引变电所供电的第一阻抗保护装置，用于识别供电网络系统过电流并切除牵引变电所供电的第一过流保护装置；

第一阻抗保护装置，用于当牵引变电所的第一阻抗保护测量值小于预设L1段整定值Z_1ZD，切断牵引变电所供电；当第一阻抗保护测量值大于或等于预设L1段整定值Z_1ZD且小于预设L2段整定值Z'_1ZD，延时预定时间后动作，切断牵引变电所供电；

第一过流保护装置，用于当牵引变电所的第一过流保护测量值大于或等于预设整定值I_SS-zd，第一过流保护延时预定时间后动作，切断牵引变电所供电；

所述AT所设置有2台自耦变压器，用于并联连接2台自耦变压器的隔离开关1GK，每台自耦变压器的进线侧并联有两台馈线断路器3DL、5DL和4DL、6DL，每台自耦变压器连接的2台馈线断路器与上、下行牵引网供电臂的接触点之间设置有电分段，所述馈线断路器3DL、5DL、4DL和6DL分别配置有用于识别供电网络系统金属性接地短路并切除AT所供电的第二阻抗保护装置和用于识别供电网络系统过电流并切除AT所供电的第二过流保护装置；

第二阻抗保护装置，用于当AT所的第二阻抗保护测量值小于预设整定值Z_AT-ZD，切断AT所自耦变压器供电；

第二过流保护装置，用于当AT所的第二过流保护测量值大于或等于预设整定值I_AT-ZD，切断AT所自耦变压器供电。

在一个实施例中，所述上行馈线断路器1DL和下行馈线断路器2DL分别配置有识别供电网络系统高阻短路或过负荷并切除牵引变电所供电的第三阻抗保护装置。

所述第三阻抗保护装置，用于当牵引变电所的第三阻抗保护测量值小于预设整定值Z_2ZD，且AT所的第二阻抗保护和第二过流保护不动作，第三阻抗保护动作，切断牵引变电所供电。

在一个实施例中，所述AT分区所设置有4台自耦变压器，分别设置在相邻两牵引变电所侧的上、下行牵引网供电臂的馈线断路器7DL、8DL、9DL和10DL，用于并联连接上、下行牵引网供电臂的隔离开关3GK、5GK，以及用于越区连接上、下行牵引网供电臂的隔离开关2GK；所述AT分区所的馈线断路器7DL、8DL、9DL和10DL分别配置有识别供电网络系统金属接地短路并切除AT分区所供电的第四阻抗保护装置、识别供电网络系统高阻短路或过负荷并切除AT分区所供电的第五阻抗保护装置和用于识别供电网络系统过电流并切除AT分区所供电的第三过流保护装置。

所述第四阻抗保护用于当AT分区所的第四阻抗保护测量值小于预设L3段整定值Z_3ZD，第四阻抗保护动作，切断牵引变电所供电；用于当第四阻抗保护测量值大于或等于预设L3段整定值Z_3ZD，且小于预设L4段整定值Z_4ZD，第四阻抗保护延时预定时间后动作，切断牵引变电所供电；

所述第三过流保护装置，用于当AT分区所的第三过流保护测量值大于或等于预设整定值I_3ZD，第三过流保护延时预定时间后动作，切断牵引变电所供电。

所述第五阻抗保护装置，用于当AT分区所的第五阻抗保护测量值小于预设整定值Z_5ZD，且AT所b的第二阻抗保护和第二过流保护不动作，第五阻抗保护动作，切断牵引变电所供电。

本发明实施例中，该高速铁路供电网络系统，包括：设上下行馈线断路器的两相邻牵引变电所，设四台馈线断路器、两台自耦变压器及一台隔离开关的AT所，设四台馈线断路器、四台自耦变压器及三台隔离开关的AT分区所，及设于位于AT所附近上下行牵引网供电臂的电分段共同组成，参见图1。在牵引变电所1DL和2DL配置两套阻抗保护和一套过流保护，在AT所3DL、4DL、5DL和6DL配置一套阻抗保护和一套过流保护，在AT分区所7DL、8DL、9DL和10DL处配置两套阻抗保护和一套过流保护。

参照图2和图3所示，现有技术中的高速铁路供电网络系统，在AT所的自耦变压器处只设置有1个馈线断路器，参照图3所示，当上行牵引网AT所至AT分区所发生短路时，电流回路如图所示：此时，Id＝I1+I3+I4＝I1+I2远远大于I3,其中Id为上行牵引网短路电流，I1为流过上行牵引网供电臂牵引变电所至AT所区段电流，I2为流过下行牵引网供电臂牵引变电所至AT所区段电流，I3为流过AT所断路器的电流，I4为流过AT分区所断路器的电流，由以上等式可以看出，流过AT所断路器的电流小于短路电流，且是变化的。当AT所至AT分区所之间有负荷电流时(动车组电流)，电流回路与短路电流一样，根据高速铁路负荷电流分布特点，当最大负荷电流与AT所至分区所之间供电臂短路电流接近时，难以对最大负荷电流与AT所至分区所之间供电臂短路电流进行区分。

本发明实施例中所指最大负荷电流对应的运行工况为供电臂内有4～6辆动车组，动车组负荷沿供电臂均匀分布。本发明实施例中，参照图4，在本发明提出的该结构下，位于AT所至AT分区所区段的电流必须流过AT所的断路器，此时，Id＝I1+I2＝I_DL5+I_DL6，即，当AT所至AT分区所发生短路，无论短路发生在什么地方，流过AT所断路器的I_DL5+I_DL6电流之和等于短路电流。且小于最大负荷电流，如此可实现对最大负荷电流和供电臂短路电流的有效区分。

本发明提出的供电网络，改变了负荷电流和短路电流在供电网络的分配路径，进而可实现对最大负荷电流和供电臂短路电流的有效区分，确保继电保护装置可靠、灵敏的切断短路故障。

本发明专利实施例中，所述第一阻抗保护装置、第二阻抗保护装置、第三阻抗保护装置、第四阻抗保护装置、第五阻抗保护装置、第一过流保护装置、第二过流保护装置和第三过流保护装置为本技术领域中使用的常规装置。

参照图1所示，本发明实施例的高速铁路供电网络系统对应的继电保护设置原则如下：

设于牵引变电所A的第一阻抗保护装置负责识别并切断发生在牵引变电所至AT所区段的金属性接地短路，并作为AT所至AT分区所区段的金属性接地短路的后备保护。设于牵引变电所A的第二阻抗保护装置负责识别发生在牵引变电所至AT所区段的接地故障及过负荷工况。设于牵引变电所的第一过流保护装置作为第一阻抗保护装置和第二阻抗保护装置的后备保护。

设于AT所a的第三阻抗保护装置和第二过流保护装置，正常运行时用于保护AT所a至AT分区所全长，牵引变电所A解列时，用于保护AT所a至牵引变电所A全长。设于AT所b的第三阻抗保护装置和第二过流保护装置，正常运行时用于保护AT所b至AT分区所全长，牵引变电所B解列时，用于保护AT所b至牵引变电所B全长。

AT分区所的保护仅在越区时投入。以牵引变电所B解列为例，设于AT分区所的第四阻抗保护装置负责识别并切断发生在AT分区所至AT所b的金属性接地短路，并作为AT所b至解列牵引变电所B区段的金属性接地短路的后备保护。设于AT分区所的第五阻抗保护装置负责识别发生在AT所b至解列牵引变电所B区段的接地故障及过负荷工况。设于AT分区所的第三过流保护装置作为第四阻抗保护装置和第五阻抗保护装置的后备保护。

实施例二：

参照图5和图6所示，本发明实施例提供一种高速铁路供电网络保护方法，包括：

执行判断牵引变电所的第一阻抗保护测量值是否小于预设L1段整定值的步骤：

当第一阻抗保护测量值小于预设L1段整定值，第一阻抗保护动作，切断牵引变电所供电；

当第一阻抗保护测量值大于或等于预设L1段整定值，执行判断第一阻抗保护测量值是否小于预设L2段整定值的步骤：

当第一阻抗保护测量值小于预设L2段整定值，第一阻抗保护延时预定时间后动作，切断牵引变电所供电；

当第一阻抗保护测量值大于或等于预设L2段整定值，第一阻抗保护不动作；

执行判断牵引变电所的第一过流保护测量值是否大于或等于预设整定值的步骤：

当第一过流保护测量值大于或等于预设整定值，第一过流保护延时预定时间后动作，切断牵引变电所供电；

当第一过流保护测量值小于预设整定值，第一过流保护不动作；

执行判断AT所的第二阻抗保护测量值是否小于预设整定值的步骤：

当第二阻抗保护测量值小于预设整定值，第二阻抗保护动作，切断AT所自耦变压器供电；

当第二阻抗保护测量值大于或等于预设整定值，第二阻抗保护不动作；

执行判断第二过流保护测量值是否大于或等于预设整定值的步骤：

当第二过流保护测量值大于或等于预设整定值，第二过流保护动作，切断AT所自耦变压器供电；

当第二过流保护测量值小于预设整定值，第二过流保护不动作。

在一个实施例中，可以是，所述的高速铁路供电网络保护方法，还包括：执行判断牵引变电所的第三阻抗保护测量值是否小于预设整定值的步骤：

当第三阻抗保护测量值大于或等于预设整定值，第三阻抗保护不动作；

当第三阻抗保护测量值小于预设整定值，延时预定时间判断AT所的第二阻抗保护和第二过流保护是否动作：

当AT所的第二阻抗保护和/或第二过流保护动作，第三阻抗保护不动作；

当AT所的第二阻抗保护和第二过流保护不动作，第三阻抗保护动作，切断牵引变电所供电。

在一个实施例中，可以是，所述的高速铁路供电网络保护方法，还包括：

当高速铁路供电网络越区供电时，执行判断AT分区所的第四阻抗保护测量值是否小于预设L3段整定值的步骤：

当第四阻抗保护测量值小于预设L3段整定值，第四阻抗保护动作，切断牵引变电所供电；

当第四阻抗保护测量值大于或等于预设L3段整定值，执行判断第四阻抗保护测量值是否小于预设L4段整定值的步骤：

当第四阻抗保护测量值小于预设L4段整定值，第四阻抗保护延时预定时间后动作，切断牵引变电所供电；

当第四阻抗保护测量值大于或等于预设L4段整定值，第四阻抗保护不动作；

执行判断牵引变电所的第三过流保护测量值是否大于或等于预设整定值的步骤：

当第三过流保护测量值大于或等于预设整定值，第三过流保护延时预定时间后动作，切断牵引变电所供电；

当第三过流保护测量值小于预设整定值，第三过流保护不动作；

执行判断AT所b的第二阻抗保护测量值是否小于预设整定值的步骤：

当第二阻抗保护测量值小于预设整定值，第二阻抗保护动作，切断AT所自耦变压器供电；

当第二阻抗保护测量值大于或等于预设整定值，第二阻抗保护不动作；

执行判断第二过流保护测量值是否大于或等于预设整定值的步骤：

当第二过流保护测量值大于或等于预设整定值，第二过流保护动作，切断AT所自耦变压器供电；

当第二过流保护测量值小于预设整定值，第二过流保护不动作。

在一个实施例中，可以是，所述的高速铁路供电网络保护方法，还包括：执行判断牵引变电所的第五阻抗保护测量值是否小于预设整定值的步骤：

当第五阻抗保护测量值大于或等于预设整定值，第五阻抗保护不动作；

当第五阻抗保护测量值小于预设整定值，延时预定时间判断AT所b的第二阻抗保护和第二过流保护是否动作：

当AT所b的第二阻抗保护和/或第二过流保护动作，第五阻抗保护不动作；

当AT所b的第二阻抗保护和第二过流保护不动作，第五阻抗保护动作，切断牵引变电所供电。

本发明提出的供电网络系统及与该供电网络系统对应的继电保护整定原则及方法如下：

1)正常运行工况保护配置与整定

①牵引变电所

牵引变电所设两套阻抗保护和一套过流保护。馈线断路器IDL1与IDL2设置联跳功能。

牵引变电所第一套阻抗保护，保护负责识别并切断发生在牵引变电所至AT所区段的金属性接地短路，并作为AT所至AT分区所区段的金属性接地短路的后备保护。计算方法如下：

阻抗I段，即图1中所示上、下行牵引网供电臂L1段的阻抗Z_1ZD

X_1ZD＝K_k·ω·L1

Z_1ZD＝R_1ZD+jX_1ZD

T＝0.1S

式中U_min：牵引变电所母线最低电压

Kk：可靠系数

I_Fmax：供电臂最大负荷电流

θ_L：线路阻抗角

阻抗II段，即图1中所示上、下行牵引网供电臂L2段的阻抗Z'_1ZD

X'_1ZD＝K_k·ω·(L1+L2)

Z'_1ZD＝R_1ZD+jX'_1ZD

T＝0.3S(可结合工程具体确定)

式中U_min：牵引变电所母线最低电压

Kk：可靠系数

I_Fmax：供电臂最大负荷电流

θ_L：线路阻抗角

牵引变电所第二套阻抗保护，保护牵引变电所至AT所全长。整定原则如下：

阻抗保护电阻值基于供电臂最大负荷电流、负荷阻抗角及线路阻抗角整定。电抗值按牵引变电所至AT所全长L1整定，并设置延时。当反映到牵引变电所馈线断路器的短路电流与最大负荷电流接近时，如故障发生在AT所至AT分区所区段，由AT所馈线保护动作。如发生在牵引变电所至AT所区段，经延时后，由牵引变电所馈线保护动作。电抗值按牵引变电所至AT所全长L1阻抗整定值Z_2ZD计算方法如下：

X_2ZD＝K_k·ω·L1

Z_2ZD＝R_2ZD+jX_2ZD

T＝0.3S(可结合工程具体确定)

式中负荷阻抗角

过流保护，按牵引变电所至AT所区段最小短路电流考虑可靠系数整定。由于AT供电方式阻抗为马鞍形，即牵引变电所至AT所区段与AT所至AT分区所部分区段短路电流重叠，为避免保护抢跳，设置延时为0.3S。牵引变电所至AT所区段最小短路电流整定值I_SS-zd计算方法如下：

I_SS-zd＝K_k·I_d-AT-min

T＝0.3S(可结合工程具体确定)

式中I_d-AT-min：发生在牵引变电所至AT所区段的最小短路电流。

②AT所

AT所设阻抗保护和过流保护，保护AT所至AT分区所全长。馈线断路器IDL5与IDL6设置联跳功能。整定原则如下：

阻抗保护，电阻值基于AT所至AT分区所区段最大负荷电流、负荷阻抗角及线路阻抗角整定。电抗值按AT所至AT分区所全长L2整定。AT所阻抗整定值Z_AT-ZD计算方法如下：

X_AT-ZD＝K_k·ω·L2

Z_AT-ZD＝R_AT-ZD+jX_AT-ZD

T＝0.1S

式中U_AT-min：AT所母线最低电压

I_F-AT-max：AT所至AT分区所最大负荷电流

过流保护，按AT所至AT分区所最小短路电流考虑可靠系数整定,AT所至AT分区所最小短路电流整定值I_AT-ZD计算方法如下：

I_AT-ZD＝K_k·I_dmin

T＝0.1S

式中：I_d-min：牵引变电所至AT分区所区段最小短路电流

2)越区运行工况保护配置与整定

以牵引变电所B解列为例。

①牵引变电所

牵引变电所A保护设置与定值与正常运行工况相同。

②AT所

AT所a保护设置与定值与正常运行工况相同。

AT所b在越区工况下保护AT所b至解列牵引变电所B全长。整定原则如下：

阻抗保护，电阻值基于AT所b至解列牵引变电所B区段最大负荷电流、负荷阻抗角及线路阻抗角整定。电抗值按AT所b至解列牵引变电所B全长L3整定。阻抗整定值Z_3ZD计算方法如下：

X_3ZD＝K_k·ω·L3

Z_3ZD＝R_3ZD+jX_3ZD

T＝0.1S

式中U_AT-min：AT所母线最低电压

I_F-AT-max：AT所b至解列牵引变电所B最大负荷电流

过流保护，按AT所b至解列牵引变电所B最小短路电流考虑可靠系数整定,短路电流整定值I'_AT-zd计算方法如下：

I'_AT-zd＝K_k·I_dmin

T＝0.1S

式中：I_d-min：AT所b至解列牵引变电所B最小短路电流

③AT分区所

AT分区所阻抗保护和过流保护在越区工况投入，AT所b至解列牵引变电所B全长L3阻抗整定值Z3ZD，AT分区所至AT所b全长L4阻抗整定值Z_4ZD、Z_5ZD以及AT分区所第三过流保护装置整定值I_3ZD保护原理和计算方法可参照牵引变电所，在此不再赘述。

本发明实施例中，动作时间和延时时间的设置可根据具体的运行环境进行设置，本发明实施例中的时间可以根据具体运行工况重新设置。

3)保护动作方式

正常运行方式下，当牵引变电所至AT所区段发生金属性短路故障时，设于牵引变电所的第一套阻抗保护动作。当AT所至AT分区所区段出现金属性短路故障时，设于AT所的阻抗保护或过流保护动作，设于牵引变电所的第一套阻抗保护作为其后备。

当牵引变电所至AT所区段发生高阻短路故障或过负荷时，由设于牵引变电所的第二套阻抗保护和过流保护经延时后动作。当AT所至AT分区所区段出现高阻短路或过负荷时，设于AT所的阻抗保护或过流保护动作。

本发明高速铁路供电网络系统在正常运行方式下，上、下行牵引网供电臂各保护方法分工如下表：

本发明提出一种高速铁路供电网络系统，与现有供电网络系统相比，本发明提出的供电网络系统基于继电保护装置分段保护的思想设计，改变了负荷电流和短路电流在供电网络的分配路径，以便继电保护装置实现最大负荷电流与供电臂短路电流的区分。同时提出与该供电网络系统匹配的保护方法，以确保继电保护装置可靠、灵敏的切断短路故障。与现有技术相比，在高速铁路的大规模建设和高速动车组大量上线的情况下，可有效实现短路电流与负荷电流的甄别，确保继电保护装置可靠切断短路故障。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (7)

1.一种高速铁路供电网络系统，包括至少两个牵引变电所，设置在相邻两牵引变电所之间的自耦变压器AT分区所，设置在牵引变电所和AT分区所之间的AT所，以及连接所述牵引变电所、AT所和AT分区所的上、下行牵引网供电臂，其特征在于，所述牵引变电所设置有上行馈线断路器1DL和下行馈线断路器2DL，所述上行馈线断路器1DL和下行馈线断路器2DL均配置有：用于识别供电网络系统金属性接地短路并切除牵引变电所供电的第一阻抗保护装置，用于识别供电网络系统过电流并切除牵引变电所供电的第一过流保护装置；

所述AT所设置有2台自耦变压器，用于并联连接2台自耦变压器的隔离开关1GK，每台自耦变压器的进线侧并联有两台馈线断路器3DL、5DL和4DL、6DL，每台自耦变压器连接的2台馈线断路器与上、下行牵引网供电臂的接触点之间设置有电分段，所述馈线断路器3DL、5DL、4DL和6DL分别配置有用于识别供电网络系统金属性接地短路并切除AT所供电的第二阻抗保护装置和用于识别供电网络系统过电流并切除AT所供电的第二过流保护装置。

2.如权利要求1所述的高速铁路供电网络系统，其特征在于，所述上行馈线断路器1DL和下行馈线断路器2DL分别配置有识别供电网络系统高阻短路或过负荷并切除牵引变电所供电的第三阻抗保护装置。

3.如权利要求1或2所述的高速铁路供电网络系统，其特征在于，所述AT分区所设置有4台自耦变压器，设置在相邻两牵引变电所侧的上行牵引网供电臂的馈线断路器7DL和9DL，设置在相邻两牵引变电所侧的下行牵引网供电臂的馈线断路器8DL和10DL，用于并联连接上、下行牵引网供电臂的隔离开关3GK、5GK，以及用于越区连接上、下行牵引网供电臂的隔离开关2GK；所述AT分区所的馈线断路器7DL、8DL、9DL和10DL分别配置有识别供电网络系统金属接地短路并切除AT分区所供电的第四阻抗保护装置、识别供电网络系统高阻短路或过负荷并切除AT分区所供电的第五阻抗保护装置和用于识别供电网络系统过电流并切除AT分区所供电的第三过流保护装置。

4.一种如权利要求1-3任一项所述的高速铁路供电网络系统的高速铁路供电网络保护方法，其特征在于，包括：

执行判断第一阻抗保护测量值是否小于预设L1段整定值Z_1ZD的步骤：

当牵引变电所的第一阻抗保护测量值小于预设L1段整定值Z_1ZD，第一阻抗保护动作，切断牵引变电所供电；

当第一阻抗保护测量值大于或等于预设L1段整定值Z_1ZD且小于预设L2段整定值Z'_1ZD，第一阻抗保护延时预定时间后动作，切断牵引变电所供电；

当牵引变电所的第一过流保护测量值大于或等于预设整定值I_SS-zd，第一过流保护延时预定时间后动作，切断牵引变电所供电；

当AT所的第二阻抗保护测量值小于预设整定值Z_AT-ZD，第二阻抗保护动作，切断AT所自耦变压器供电；

执行判断第二过流保护测量值是否大于或等于预设整定值I_AT-ZD的步骤：

当AT所的第二过流保护测量值大于或等于预设整定值I_AT-ZD，第二过流保护动作，切断AT所自耦变压器供电。

5.如权利要求4所述的高速铁路供电网络保护方法，其特征在于，还包括：

执行判断第三阻抗保护测量值是否小于预设整定值Z_2ZD的步骤：

当牵引变电所的第三阻抗保护测量值大于或等于预设整定值Z_2ZD，第三阻抗保护不动作；

当牵引变电所的第三阻抗保护测量值小于预设整定值Z_2ZD，且AT所的第二阻抗保护和第二过流保护不动作，第三阻抗保护动作，切断牵引变电所供电。

6.如权利要求5所述的高速铁路供电网络保护方法，其特征在于，还包括：

高速铁路供电网络越区供电时：

当AT所b的第二阻抗保护测量值小于预设整定值Z_3ZD，第二阻抗保护动作，切断AT所自耦变压器供电；

当AT所b的第二过流保护测量值大于或等于预设整定值I'_AT-zd，第二过流保护动作，切断AT所自耦变压器供电；

当AT分区所的第四阻抗保护测量值小于预设L3段整定值Z_3ZD，第四阻抗保护动作，切断牵引变电所供电；

当第四阻抗保护测量值大于或等于预设L3段整定值Z_3ZD，且小于预设L4段整定值Z_4ZD，第四阻抗保护延时预定时间后动作，切断牵引变电所供电；

当AT分区所的第三过流保护测量值大于或等于预设整定值I_3ZD，第三过流保护延时预定时间后动作，切断牵引变电所供电。

7.如权利要求6所述的高速铁路供电网络保护方法，其特征在于，还包括：

当AT分区所的第五阻抗保护测量值小于预设整定值Z_5ZD，且AT所b的第二阻抗保护和第二过流保护不动作，第五阻抗保护动作，切断牵引变电所供电。