本发明公开了一种城市轨道交通牵引变电所的进线开关柜保护装置及其方法。它包括直流输出正极，直流母线以及直流进线开关，高压双向牵引供电装置内部设置有IGBT功率器件以及内部保护电路，直流输出正极和直流进线开关之间的连线上连接有用于检测直线进线电流的引线端，引线端上连接有保护电路系统，保护电路系统包括电流速断保护电路，直流进线开关的大电流本体脱扣保护电路以及逆流保护电路。本发明的优点在于：在高压双向牵引供电装置内部发生故障条件下，能够及时将高压双向牵引供电装置与所内直流母线完全隔离；通过合理选择逆流保护的动作门限以及动作延时，从而既能够起到切断故障逆流的功能，又不存在误保护的情况。
1.一种城市轨道交通牵引变电所的进线开关柜保护装置，其特征在于：包括与高压双向牵引供电装置连接的直流输出正极，连接变电所进线开关柜的直流母线以及安装在直流输出正极和直流母线之间的直流进线开关，所述高压双向牵引供电装置内部设置有IGBT功率器件以及内部保护电路，所述直流输出正极和直流进线开关之间的连线上连接有用于检测直流进线电流的引线端，所述引线端上连接有用于保护进线开关柜的保护电路系统，所述保护电路系统包括电流速断保护电路，直流进线开关的大电流本体脱扣保护电路以及逆流保护电路，所述逆流保护电路能够用来将高压双向牵引供电装置从牵引变电所工作拓扑中切除；所述电流速断保护电路和大电流本体脱扣保护电路能够依次用来切断变电所的进线开关柜短路故障，在直流进线柜的逆流保护动作时引入附加延时ΔT1，以确保高压双向牵引供电装置的直流短路保护先于直流进线柜内的逆流保护动作，ΔT1包含高压双向牵引供电装置的直流短路保护动作时间ΔTzb以及进线开关柜的逆流保护附加延时ΔTzbfj；逆流保护动作整定值Inl2满足Inl2＝Knl12•Inl1，其中Inl1为高压双向牵引供电装置进行内部短路判断的门限值，可靠系数Knl12取1～1.1。
2.一种基于权利要求1所述的城市轨道交通牵引变电所的进线开关柜保护装置的保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)当变电所的直流母线短路，而高压双向牵引供电装置的内部保护动作失灵后，由电流速断保护电路和直流进线开关的大电流脱扣保护作为其后备保护，首先由电流速断保护电路进行保护，当电流速断保护动作失灵后，继而由直流进线开关的大电流本体脱扣保护作为其远后备保护来切断短路故障，从而将后级直流母线的短路故障点与高压双向牵引供电装置之间隔离；
(2)当高压双向牵引供电装置的直流短路保护动作出口失灵后，由直流进线柜的逆流保护作为其近后备保护。
3.按照权利要求2所述的保护方法，其特征在于：所述电流速断保护电路的整定值按Isd＝Ksd·Ily来确定，其中，Ily为高压双向牵引供电装置中过流保护的动作整定值，设置Ksd时使高压双向牵引供电装置的直流短路保护失灵后电流速断保护要迅速动作以保护其主回路的开关器件不受损坏，因此取值为1.1～1.2。
4.按照权利要求3所述的保护方法，其特征在于：所述大电流脱扣的动作整定值按Itq＝Ktq·Isd进行配置；可靠系数Ktq取值为1.3～1.5；在式Isd＝Ksd·Ily和式Itq＝Ktq·Isd的基础上满足Ily＜Isd，其中Ily为高压双向牵引供电装置中过流保护的动作整定值。
城市轨道交通牵引变电所的进线开关柜保护装置及其方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种城市轨道交通中安装有高压双向牵引供电装置的开关保护装置，具体地说是一种城市轨道交通牵引变电所的进线开关柜保护装置及其方法。
背景技术
[0002] 众所周知，安装有高压双向牵引供电装置的牵引供电系统与采用单纯二极管整流器供电的传统牵引供电系统在直流故障特征上具有较大差别，例如：高压双向牵引供电装置具有能量双向流动能力，而传统进线柜上的逆流保护则与之相冲突，因此，安装有高压双向牵引供电装置的牵引供电系统必须和牵引变电所内的进线开关柜直流进行匹配，从而达到直流保护的目的，现有技术中，牵引变电所内的进线开关柜直流保护功能仅仅能够适用于采用单纯二极管整流器供电的传统牵引供电系统而不能适用于安装有高压双向牵引供电装置的牵引供电系统，因此，对安装有高压双向牵引供电装置的牵引供电系统进行直流进线保护是一个亟待解决的技术难题。
发明内容
[0003] 本发明要解决的技术问题提供一种能够对安装有高压双向牵引供电装置的牵引供电系统进行直流进线保护的城市轨道交通牵引变电所的进线开关柜保护装置及其方法。
[0004] 为了解决上述技术问题，本发明的城市轨道交通牵引变电所的进线开关柜专用保护装置，包括与高压双向牵引供电装置连接的直流输出正极，连接变电所进线开关柜的直流母线以及安装在直流输出正极和直流母线之间的直流进线开关，高压双向牵引供电装置内部设置有IGBT功率器件以及内部保护电路，直流输出正极和直流进线开关之间的连线上连接有用于检测直线进线电流的引线端，引线端上连接有用于保护进线开关柜的保护电路系统，保护电路系统包括电流速断保护电路，直流进线开关的大电流本体脱扣保护电路以及逆流保护电路，逆流保护电路能够用来将高压双向牵引供电装置从牵引变电所工作拓扑中切除；电流速断保护电路和大电流本体脱扣保护电路能够依次用来切断变电所的进线开关柜短路故障。
[0005] 上述城市轨道交通牵引变电所的进线开关柜的保护方法，包括以下步骤：
[0006] (1)当变电所的直流母线短路，而高压双向牵引供电装置的内部保护动作失灵后，由电流速断保护电路和直流进线开关的大电流脱扣保护作为其后备保护，首先由电流速断保护电路进行保护，当电流速断保护动作失灵后，继而由直流进线开关的大电流本体脱扣保护作为其远后备保护来切断短路故障，从而将后级直流母线的短路故障点与高压双向牵引供电装置之间隔离；
[0007] (2)当高压双向牵引供电装置的直流短路保护动作出口失灵后，由直流进线柜的逆流保护作为其近后备保护。
[0008] 所述电流速断保护电路的整定值按Isd＝Ksd·Ily来确定，其中，Ily为高压双向牵引供电装置中过流保护的动作整定值，设置Ksd时使高压双向牵引供电装置的直流短路保护失灵后电流速断保护要迅速动作以保护其主回路的开关器件不受损坏，因此取值为1.1～1.2。
[0009] 所述大电流脱扣的动作整定值按Itq＝Ktq·Isd进行配置；可靠系数Ktq取值为1.3～1.5；在式Isd＝Ksd·Ily和式Itq＝Ktq·Isd的基础上满足Ily＜Isd，其中Ily为高压双向牵引供电装置中过流保护的动作整定值。
[0010] 本发明的优点在于：该装置面向内部设置有IGBT功率器件以及内部保护电路的高压双向牵引供电装置的牵引供电系统的直流进线保护需求，能够完全兼容高压双向牵引供电装置的双向交直流能量流动过程，与高压双向牵引供电装置内部既有保护功能实现优化配合，作为高压双向牵引供电装置内部保护功能的后备保护，在高压双向牵引供电装置内部发生故障条件下，能够及时将高压双向牵引供电装置与所内直流母线完全隔离；通过合理选择逆流保护的动作门限以及动作延时，从而既能够起到切断故障逆流的功能，又不存在误保护的情况，保护灵敏度较之于传统的面向二极管整流器的直流进线保护装置大幅提高。
附图说明
[0011] 图1为本发明城市轨道交通牵引变电所的进线开关柜保护装置的原理框图。
具体实施方式
[0012] 下面结合附图与具体实施方式，对本发明的城市轨道交通牵引变电所的进线开关柜保护装置及其方法作进一步详细说明。
[0013] 如图所示，本发明的城市轨道交通牵引变电所的进线开关柜保护装置，包括与高压双向牵引供电装置连接的直流输出正极，连接变电所进线开关柜的直流母线以及安装在直流输出正极和直流母线之间的直流进线开关，高压双向牵引供电装置内部设置有IGBT功率器件以及内部保护电路，直流输出正极和直流进线开关之间的连线上连接有用于检测直线进线电流的引线端，引线端上连接有用于保护进线开关柜的保护电路系统，保护电路系统包括电流速断保护电路，直流进线开关的大电流本体脱扣保护电路以及逆流保护电路，所述逆流保护电路能够用来将高压双向牵引供电装置从牵引变电所工作拓扑中切除；电流速断保护电路和大电流本体脱扣保护电路能够依次用来切断变电所的进线开关柜短路故障。
[0014] 一种城市轨道交通牵引变电所的进线开关柜的保护方法，包括以下步骤：
[0015] (1)当变电所的直流母线短路，而高压双向牵引供电装置的内部保护动作失灵后，由电流速断保护电路和直流进线开关的大电流脱扣保护作为其后备保护，电流速断保护和直流进线开关的大电流脱扣保护具体保护动作过程为，首先由电流速断保护电路进行保护，作为其近后备保护动作来切断短路故障，当电流速断保护动作失灵后，继而由直流进线开关的大电流本体脱扣保护作为其远后备保护来切断短路故障，从而将后级直流母线的短路故障点与高压双向牵引供电装置之间隔离；
[0016] 其中，电流速断保护的整定须保证IGBT在最恶劣工作条件下不损坏器件，因此电流速断保护电路的整定值按Isd＝Ksd·Ily来确定，其中，Ily为高压双向牵引供电装置中过流保护的动作整定值，设置Ksd时需要考虑到高压双向牵引供电装置的直流短路保护失灵后电流速断保护要迅速动作以保护其主回路的开关器件不受损坏，因此取值为1.1～1.2。大电流脱扣作为直流进线开关的本体保护，动作迅速并且不依赖于软件控制而采用硬件实现。作为高压双向牵引供电装置的直流短路保护以及进线柜的电流速断保护的后备保护，大电流脱扣的动作整定值按Itq＝Ktq·Isd进行配置；为了防止大电流脱扣的误动并考虑到高压双向牵引供电装置的保护配置情况，通常的可靠系数Ktq取值较大，可为1.3～1.5，在式Isd＝Ksd·Ily和式Itq＝Ktq·Isd的基础上满足Ily＜Isd，其中Ily为高压双向牵引供电装置中过流保护的动作整定值。
[0017] (2)当高压双向牵引供电装置内部发生IGBT功率器件击穿、支撑电容器击穿、母排绝缘部件击穿情况时，由逆流保护将高压双向牵引供电装置从牵引变电所工作拓扑中切除；也就是说当高压双向牵引供电装置的直流短路保护动作出口失灵后，由直流进线柜的逆流保护作为其近后备保护；
[0018] 其中，高压双向牵引供电装置内直流短路保护的软件过流动作整定值Ily在通常情况下一定大于本路直流进线的最大馈流值Iklmax/2，在直流进线柜的逆流保护配置中，为了满足保护的选择性设置原则，首先需要在直流进线柜的逆流保护动作时引入附加延时ΔT1，以确保高压双向牵引供电装置的直流短路保护先于直流进线柜内的逆流保护动作。ΔT1主要包含了高压双向牵引供电装置的直流短路保护动作时间ΔTzb以及进线开关柜的逆流保护附加延时ΔTzbfj。通常情况下ΔTzbfj≈1.5ΔTzb；逆流保护动作整定值Inl2应满足Inl2＝Knl12·Inl1，其中Inl1为牵引供电装置进行内部短路判断的门限值，可靠系数Knl12取1～1.1。
