PCS-9686-100137电铁馈线保护调试手册

PCS 9686 100137PCS 9686 100137 电铁馈线保护测控装置电铁馈线保护测控装置 简介 简介 PCS 9686 装置适用于并联自耦变压器 AT 供电方式 串联吸流变压器 BT 与回流线 的供电方式 直接供电 带回流线与不带回流线 方式的电气化铁道牵引变电所 开闭 所及分区所 保护配置 保护配置 四段自适应距离保护 可经二次谐波闭锁 PT 断线闭锁 高次谐波抑制 三段可整 定为反时限 四段固定为反时限 三段式高阻接地保护 含电流增量保护 可经低压启动 高次谐波抑制 三段式过流保护 可经低压启动 高次谐波闭锁 其中三段可整为反时限 加速保护 可整定前加速或者后加速 过负荷功能 可整定报警或者跳闸 失压保护 过压保护 二次谐波闭锁功能 三相一次重合闸 过流闭锁出口功能 出口组态功能 低电压启动功能 高次谐波抑制功能 PT 断线闭锁功能 上下行联锁功能 故障测距 独立的操作回路及故障录波 软件工作原理 软件工作原理 对于采用交 直电力机车牵引的电气化铁道 尤其是对于重载线路 牵引重负荷与再生 制动电流迭加和牵引重负荷与励磁涌流迭加都有可能导致常规阻抗保护的误动作 同时 无论 机车上是否装有功率因数补偿装置 牵引网负荷电流中总是或多或少地存在谐波分量 本装置 就是利用负荷电流中的综合谐波含量作为控制量 自适应地调节阻抗继电器的动作边界 如常 规阻抗继电器的动作边界为 Zzd 则自适应阻抗继电器的动作边界为 235 1 1 dzzdZZ k 式中 为综合谐波含量 1532235 IIIIK AB CD R jx I R1 I R01 I X1 I X01 I 1X 2X 3X 01R 01X I I RmemmZZ 1R AB 边的调节原则边的调节原则 整定 整定 当保护范围末端短路时 继电器应能可靠动作 即 xlkzdXKX 式中 可靠系数 取 1 1 1 2kK 调节 为了避免被保护线路上同时存在多列车分别工作在牵引 再生或启动工况下时继电器误动 作 利用上述工况下谐波含量自动调节其动作边界 即 2351 K xl dz K XX K BC 边的调节原则边的调节原则 整定 整定 BC 边的整定是按基波最小负荷阻抗整定的 即 sin cosmin1 tg ZKRfkzd 式中 功率因数差时的负荷阻抗角 BC 边的倾斜角 即线路阻抗角 范围 60 80 调节 为了避免重负荷时继电器误动作 BC 边按下式调节 1min235 cossin 1 kf dz RKZ tgK 显然 当被保护线路发生短路故障时 由于其电流接近正弦波 自适应阻抗继电器的动作 边界不会改变 在再生 牵引 机车启动及过电分相等工况下 动作边界自动缩小 并且负荷 电流中综合谐波含量越大 阻抗继电器的动作边界越小 从而大大地提高了阻抗继电器躲过牵 引重负荷 再生负荷 启动电流及励磁涌流的能力 阻抗阻抗 段段实验举例实验举例 相关定值 1 二次谐波制动系数 0 20 5 阻抗突变量启动门槛 0 50 A 6 阻抗 段偏移电阻定值 1 00 欧姆 7 阻抗 段电阻定值 5 00 欧姆 8 阻抗 段偏移电抗定值 1 00 欧姆 9 阻抗 段电抗定值 5 00 欧姆 18 阻抗 段时间 0 10 s 62 阻抗 段投入 1 46 线路阻抗特性角 60 度 41 TV 断线电压 60 00 V 42 TV 断线电流 1 00 A 78 二次谐波闭锁投入 1 阻抗阻抗 I 段逻辑图 段逻辑图 阻抗保护压板投入 阻抗在 段动作区内 阻抗保护 段投入 突变量启动 二次谐波闭锁保护 PT断线闭锁保护 阻抗 段时间 阻抗 段动作 R 轴边界实验轴边界实验 在装置 101 102 端子通入 20V 电压 角度为 0 在装置 113 114 端子 通入保护电流 I1 0 95 4 3 8A 角度为 0 此时测量阻抗为 20 3 8 5 26 欧 1 05 倍 Zzd 面板 上显示 整组启动 装置应不动作 在装置 113 114 端子通入保护电流 I1 1 05 4 4 2A 此 时测量阻抗为 4 76 欧 0 95 倍 Zzd 落在距离 I 段阻抗范围内 装置面板上应显示 整组启 动 阻抗 I 段动作 故障测距 0 00Km 因为这次加的故障时纯电阻 所以测距信息是 0 公里 X 轴边界实验轴边界实验 在线路阻抗特性角为 60 度 电抗落在在 X 轴与四边形的交点上时 此时的 测量阻抗为 偏移电阻定值 tan60 1 1 732 欧 所以在装置 101 102 端子通入 10V 电压 角度为 0 在装置 113 114 端子通入保护电流 I1 0 95 10 1 732 5 48A 角度为 90 此 时测量电抗为 1 83 欧 1 05 倍 Zzd 面板上显示 整组启动 装置应不动作 在装置 113 114 端子通入保护电流 I1 1 05 10 1 732 6 06A 此时测量阻抗为 1 65 欧 0 95 倍 Zzd 在动作区内 装置面板上显示 整组启动 阻抗 I 段动作 故障测距 1 0Km 因为这次加的故障有电抗 所以测距信息里面会显示公里数 与系统参数里面的 测距分区段 点数 第 01 点一次电抗 第 01 点公里数 等定值有关 测距信息不上送后台 只能在 装置上显示 R01 点实验点实验 在装置 101 102 端子通入 10V 电压 角度为 0 在装置 113 114 端子通入保 护电流 I1 0 95 10 9 5A 角度为 180 此时测量阻抗为 10 9 5 1 05 欧 1 05 倍 Zzd 面板上 显示 整组启动 装置不动作 在装置 113 114 端子通入保护电流 I1 1 05 1 1 05A 此时 测量阻抗为 0 95 欧 0 95 倍 Zzd 在动作区内 装置面板上显示 整组启动 阻抗 I 段动作 故障测距 0 00Km X01 点实验点实验 在装置 101 102 端子通入 10V 电压 角度为 0 在装置 113 114 端子通入保 护电流 I1 0 95 10 9 5A 角度为 90 此时测量阻抗为 10 9 5 1 05 欧 1 05 倍 Zzd 面板上显 示 整组启动 装置不动作 在装置 113 114 端子通入保护电流 I1 1 05 1 1 05A 此时测 量阻抗为 0 95 欧 0 95 倍 Zzd 在动作区内 装置面板上显示 整组启动 阻抗 I 段动作 故障测距 1 00Km 阻抗 II 段 阻抗 III 段同 I 段 需要注意的是定值第 5 项 阻抗突变量启动门槛 值 在做试 验时突变量一定要大于这个定值 如果做试验时电流量缓慢往上增加 阻抗突变量启动门槛 不满足 就算达到动作区装置也不会动作 但是如果一开始就落在阻抗 III 段范围内 阻抗突 变量 会一直保持启动状态 阻抗三段反方向实验 阻抗三段反方向实验 段反方向时不能投 方向闭锁控制字 阻抗 III 段偏移电阻定值 2 00 欧姆 阻抗 III 段电阻定值 5 00 欧姆 阻抗 III 段偏移电抗定值 2 00 欧姆 阻抗 III 段电抗定值 5 00 欧姆 阻抗 III 段时间 1 s 阻抗 III 段投入 1 阻抗 段反方向动作 1 方向闭锁阻抗 段 0 正方向动作阻抗 反方向动作阻抗 AB CD R jx A B C D R jx R 轴边界轴边界 D 点实验点实验 阻抗 III 段在投入反方向后 实验方法同正方向 需要注意的是 定值中的 阻抗 III 段偏移电 阻定值 此时在 R 轴的正轴上 阻抗 III 段电阻定值 落在了 R 轴的负轴上 在装置 101 102 端子通入 10V 电压 角度为 0 在装置 113 114 端子通入保护电流 I1 0 95 5 4 75A 角度为 0 此时测量阻抗为 10 4 75 2 1 欧 1 05 倍 阻抗 III 段偏移电阻定 值 面板上显示 整组启动 装置应不动作 在装置 113 114 端子通入保护电流 I1 1 05 5 5 25A 此时测量阻抗为 1 9 欧 0 95 倍 阻抗 III 段偏移电阻定值 落在距离 III 段阻抗动作范围内 装置面板上应显示 整组启动 阻抗 III 段动作 故障测距 0 00Km 因为这次加的故障时纯电阻 所以测距信息是 0 公里 R 轴边界轴边界 C 点实验点实验 阻抗 III 段在投入反方向后 实验方法同正方向 需要注意的是 定值中的 阻抗 III 段偏移电 阻定值 此时在 R 轴的正轴上 阻抗 III 段电阻定值 落在了 R 轴的负轴上 在装置 101 102 端子通入 10V 电压 角度为 0 在装置 113 114 端子通入保护电流 I1 0 95 2A 1 9A 角度为 180 此时测量阻抗为 10 1 9 5 25 欧 1 05 倍 阻抗 III 段电阻定值 面板上显示 整组启动 装置应不动作 在装置 113 114 端子通入保护电流 I1 1 05 2 2 1A 此时测量阻抗为 4 7 欧 0 95 倍 阻抗 III 段电阻定值 落在距离 III 段阻 抗动作范围内 装置面板上应显示 整组启动 阻抗 III 段动作 故障测距 0 00Km 因为这次加的故障时纯电阻 所以测距信息是 0 公里 阻抗 IV 段固定为反方向 方法同阻抗 III 段 高阻接地故障检出元件高阻接地故障检出元件 检测元件之一 自适应 I 元件 为防止发生高阻接地故障时 阻抗保护 电流速断保护拒动 装置采用具有高次谐波抑制 功能的电流增量保护 I 作为后备保护 电流增量取的是故障电流同故障前一周波电流的 差 当电流中的高次谐波含量达到整定值时 高次谐波抑制保护动作 该元件适用于故障电阻 在 0 170 范围 基本原理如下式所示 hIKKII12351 hqhIKKII123511 dzIK 1 235 式中 故障前后两时刻基波电流 qI1hI1 为综合谐波含量 1532235 IIIIK 为自适应抑制系数 10 235KIntK 分析上式可以看出 负荷 故障 如认为故障电流为纯正弦波 则 K235 0 继电器的动作量为基波电流增 量 负荷 负荷 负荷电流中综合谐波含量越大 K 值也就越大 继电器的动作量也就越小 继电器的动作边界也就越大 继电器越不容易动作 当故障时的电流增量大于两倍的整定值时 电流增量保护动作 不受谐波抑制 高阻接地保护压板投入 高阻接地保护 段投入 I 1 K235 高阻接地 段电流定值 I1有流 高阻 段时间 高阻 段动作 在试验过程中 需要注意的高次谐波闭锁条件 如果单加基波电流 高阻 I 段相当于过流速断 试验方法较简单 只需要将高阻 I 段相关定值和控制字及软压板投入 在装置 113 114 端子 通入保护电流 I1 高阻 I 段定值 保护动作 检测元件之二 检测元件之二 元件元件 I RmemmZZ 该元件适用于故障电阻在 170以上范围 由于在正常负荷时 考虑交 直电力机车负 荷和线路的感性 以及负荷的畸变 其中较小 即使机车或变电所装有功率因 I RmemmZZ 数补偿装置 在瞬时可能较大 但持续时间不会太长 而在高阻接地故障时 I RmemmZZ 根据电弧特性 当电弧电阻很大时 较大 且一直持续下去 该检测元件正是 I RmemmZZ 基于这一特征实现的 具体检测方法如下 2 22 2 2222 2 I R R me e 5321 1 dz mm m K ZZ Z IIII I 根据具体的线路及运行的电力机车情况整定为 0 99 0 995 上式左边的dzK 反应检测电流的畸变 反应基波相移 2222 2 5321 1 IIII I I R R 22 2 me e mm m ZZ Z 高阻接地保护压板投入 高阻接地保护 段投入 PT断线闭锁保护 I1 高阻接地保护 段启动定值 高阻 段时间 高阻 段动作 K1 电流畸变系数定值 K1 K2 基波相移系数定值 阻抗在第一象限 高阻接地II段 图中 K1 为电流畸变系数 K2 为基波相移系数 试验方法 试验过程与高阻 I 段相似 需要注意的是 K1 电流畸变系数定值 K1 K2 基波相 移系数定值 我们把电流畸变系数定值和基波相移系数定值都设为 0 99 其中如果只加基波电 流 则 K1 1 K2 由此公式可以看出 越靠近 R 轴 K2 越接近于 I R R 22 2 me e mm m ZZ Z 1 Re 相当于阻抗的实部 Im 相当于阻抗的虚部 由此可知 COS I R R 22 2 me e mm m ZZ Z 与 R 轴 平方 在装置 101 102 端子通入 10V 电压 角度为 0 在装置 113 114 端子通入保护电流 I1 高 阻 II 段定值 角度范围为 0 cos 5 77 装置可靠动作 检测元件之三 电流比元件检测元件之三 电流比元件 R T F 1 1 及电源侧接地Ri 非电源侧接地Ri Rii i Q L 1AT 2AT a b c 电源侧接地 非电源侧接地 Ri i i 1AT2AT L PCS 9686 图 AT 牵引供电系统接触网断线接地故障电流及 Q 与距离的关系 对于图 a 所示 AT 牵引供电系统接触网 F 线断线接地故障 其馈线 AT 中性点吸上电 流与故障点距离的关系曲线如图 b 所示 AT 中性点电流与馈线电流之比的曲线如图 c 所示 比较图 c 中常规故障 正常负荷及断线接地故障 Q 曲线可以发现 当断线故障发生在第 一个 AT 段时 Q 1 而当线路正常运行或发生常规故障时 当且仅当故障点或一列车在变电 所出口处时 Q 1 而故障点或机车