一种轨道交通智能低压负荷管理方法及装置与流程

1.本发明属于轨道交通技术领域，特别涉及一种轨道交通智能低压负荷管理方法及装置。


背景技术：

2.目前地铁供电系统运行方式中，如图1所示，两台配电变压器st1和st2分列运行，0.4kv两段母线分列运行，0.4kv母联开关a100常开，向整个车站及两端相邻半个区间内的一、二、三级低压负荷供电。当一台配电变压器退出运行时，切除本站全部三级负荷，0.4kv母联开关合闸，由另一台配电变压器承担全所供电范围内的一、二级低压负荷的供电。
3.现有技术中，对于设置两台并列运行变压器的变电所，只要满足任意一台变压器失电的条件，供电范围内的全部三级负荷将被无条件切除。由于变压器的容量确定原则是同时满足双台变压器正常经济负载率(约60％)和单台变压器能够承担供电范围内全部一、二级负荷的双重条件，导致变压器的装机容量普遍偏大。根据国内多个地铁线路实际运行数据，变压器的实际荷载率不超过50％,多数工况下，单台变压器的容量即可满足整个供电范围内全部的一、二、三级负荷。因此，简单的切除全部三级负荷，即浪费了供电内部的资源又降低了三级负荷的供电需求。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种轨道交通智能低压负荷管理方法及装置，考虑到用电负荷的波动性、设备运行的经济性、运行方式的灵活性，依据变压器的过负荷情况智能分步切除本站三级负荷，既保证变压器的供电安全又提高了三级负荷的供电需求，最大程度的保证了供电的连续性和可靠性，减少了故障或停电引起的停电范围。
5.本发明采用的技术方案是：一种轨道交通智能低压负荷管理方法，包括以下步骤：
6.s1：判断同一变电所内是否有变压器退出运行，如果有，跳转步骤s2；
7.s2：退出运行的变压器对应的进线开关分闸；母线开关合闸；
8.s3：采集正常工作的变压器对应的进线电流值，通过电流值持续计算温升相对值，并根据温升相对值的计算结果，选择性的分别控制两段母线上的三级负荷总开关合闸或分闸。
9.进一步的，步骤s3中，电流-温升计算公式：
[0010][0011]
式中：θ
t
为当前时刻计算的温升相对值，t为持续的时间，τ为时间常数，i为持续时间t内回路的电流值，in为整定电流值，θ
t-dt
为当前时刻以前的计算的温升相对值；
[0012]
1.00θa＞θ
t
，则所有三级负荷总开关合闸；
[0013]
1.02θa＞θ
t
≥1.00θa，则退出运行的变压器对应的三级负荷总开关分闸；
[0014]
θ
t
≥1.02θa，则所有三级负荷总开关分闸；θa为热保护报警值。
[0015]
进一步的，θa的值为in下最高温升相对值的98％。
[0016]
进一步的，步骤s1中，1#变压器对应的进线上无电压、2#变压器对应的进线上有电压且2#变压器对应的进线上的进线开关处于合闸状态，则1#变压器退出运行。
[0017]
本发明采用的技术方案还是：一种用于实现上述轨道交通智能低压负荷管理方法的装置，包括柜体、电源模块、输入模块、a/d转换模块、cpu处理器、存储器、输出模块和通信模块，所述柜体上设置有面板指示灯和模块插口，所述模块插口用于插拔所述电源模块、输入模块、a/d转换模块、cpu处理器、存储器、输出模块和通信模块，所述cpu处理器分别与所述电源模块、a/d转换模块、存储器、输出模块、通信模块、面板指示灯连接，所述输入模块与所述a/d转换模块连接，所述cpu处理器用于计算变压器负荷并判断是否需要切除三级负荷。
[0018]
进一步的，所述输入模块、a/d转换模块、cpu处理器、存储器、输出模块和通信模块间采用通用协议总线连接。
[0019]
进一步的，所述通信模块采用以太网模块。
[0020]
进一步的，所述柜体采用全封闭柜体、金属外壳。
[0021]
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：
[0022]
1.本发明根据现场运行的工况，在满足智能低压负荷管理装置启动条件的前提下，通过电流-温升过负荷原理实时采集变压器负荷状态信息，将三级负荷的切除进行分步操作，将理论计算和实际应用相结合，既能保证变压器的供电安全又提高了三级负荷的供电需求，同时避免了供电系统内部电资源的浪费，实现了三级负荷切除的智能化。
[0023]
2.本发明根据装置本身的功能要求，在软硬件上采用模块化设计，增强了装置的灵活性。装置结构简单，制造成本低，安装方便，利于工程实施。
附图说明
[0024]
图1为现有技术中地铁供电系统的0.4kv侧主接线图；
[0025]
图2为本发明实施例的方法流程图；
[0026]
图3为本发明实施例的装置的柜体主视图；
[0027]
图4为本发明实施例的装置的原理结构框图；
[0028]
图5为本发明实施例的装置的工作流程图；
[0029]
图6为本发明实施例的装置的启动逻辑图；
[0030]
图7为本发明实施例的电流-温升曲线关系图。
[0031]
图中：1-柜体，2-电源模块，3-输入模块，4-a/d转换模块，5-cpu处理器，6-存储器，7-输出模块，8-通信模块，9-面板指示灯。
具体实施方式
[0032]
为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。
[0033]
本发明的实施例提供了一种轨道交通智能低压负荷管理方法，如图2所示，其包括以下步骤：
[0034]
s1：判断同一变电所内是否有变压器退出运行，如果有，跳转步骤s2；
[0035]
变压器退出运行判断过程：1#变压器对应的进线上无电压、2#变压器对应的进线上有电压且2#变压器对应的进线上的进线开关处于合闸状态，则1#变压器处于退出运行状态，2#变压器处于正常工作状态。
[0036]
s2：1#变压器对应的进线开关分闸；然后母线开关合闸。
[0037]
s3：采集2#变压器对应的进线电流值，通过电流值持续计算温升相对值，并根据温升相对值的计算结果，选择性的分别控制两段母线上的三级负荷总开关合闸或分闸。具体过程为：采用电流-温升计算公式计算：
[0038][0039]
式中：θ
t
为当前时刻计算的温升相对值，t为持续的时间，τ为时间常数，i为持续时间t内回路的电流值，in为整定电流值，θ
t-dt
为当前时刻以前的计算的温升相对值。
[0040]
1.00θa＞θ
t
，则所有三级负荷总开关合闸；
[0041]
1.02θa＞θ
t
≥1.00θa，则1#变压器对应的三级负荷总开关分闸；2#变压器对应的三级负荷总开关合闸；
[0042]
θ
t
≥1.02θa，则所有三级负荷总开关分闸；θa为热保护报警值，θa的值可以取in下最高温升相对值的98％。
[0043]
1#变压器退出运行后，2#变压器正常工作。1.00θa＞θ
t
时，2#变压器能够承担全所供电范围内的一、二、三级低压负荷的供电，因此不需要切除三级负荷，所有三级负荷总开关均处于合闸状态。当θ
t
上升，达到1.02θa＞θ
t
≥1.00θa时，2#变压器已不能承担全所供电范围内的一、二、三级低压负荷的供电，控制1#变压器对应的三级负荷总开关分闸，切除1#变压器对应的三级负荷，减少2#变压器承担的负荷。若θ
t
继续上升，达到θ
t
≥1.02θa，控制2#变压器对应的三级负荷总开关分闸，也切除2#变压器对应的三级负荷，进一步减少2#变压器承担的负荷。若θ
t
下降至1.02θa＞θ
t
≥1.00θa时，解除2#变压器对应的三级负荷总开关闭锁，允许2#变压器对应的三级负荷总开关断路器合闸；θ
t
下降至1.00θa＞θ
t
时，再解除1#变压器对应的三级负荷总开关闭锁，允许1#变压器对应的三级负荷总开关断路器合闸。
[0044]
本发明的实施例还提供了一种轨道交通智能低压负荷管理装置，如图3-4所示，包括柜体1、电源模块2、输入模块3、a/d转换模块4、cpu处理器5、存储器6、输出模块7和通信模块8。所述柜体1采用全封闭柜体、金属外壳，所述柜体1上设置有面板指示灯9和模块插口。所述模块插口1#～7#对应用于插拔cpu处理器5、输入模块3、输出模块7、a/d转换模块4、电源模块2、通信模块8和存储器6。所述cpu处理器5分别与所述电源模块2、a/d转换模块4、存储器6、输出模块7、通信模块8、面板指示灯9和人机界面连接，所述输入模块3与所述a/d转换模块4连接。所述输入模块3、a/d转换模块4、cpu处理器5、存储器6、输出模块7和通信模块8间采用通用协议总线连接。所述通信模块8采用以太网模块。
[0045]
输入模块3采集两个400v进线开关的三相电压信号和三相电流信号、400v母线自投投入信号、两个400v进线开关合位状态信号，信号经过a/d转换模块4转换后输入cpu处理器5，cpu处理器5按照逻辑流程给定的算法对数据进行分析处理，判断是否需要跳闸或告警并相应的发出指令至输出模块7，同时将事件信息通过以太网模块上传至pscada。输出模块7将来自cpu处理器5的指令信号输出至相应开关回路，控制两个400v进线开关跳闸、400v母
联开关合闸分闸、三级负荷总开关跳闸。面板指示灯9可指示本装置的工作状态。通过人机界面可调看事件信息、自检信息等数据，并可以循环显示电压、电流、设备运行状态、功能投退等运行信息。
[0046]
cpu处理器5的工作流程如图5所示。当出现变压器失电，例如1#变压器失电，cpu处理器5通过启动逻辑判断本装置是否启动，如图6所示，本装置被允许投入使用，且判断出两个变压器中的一个处于退出运行状态，另一个处于正常工作状态。例如：1#变压器失电时，1#变压器所在的i段进线无压，2#变压器所在的ii段进线有压，且ii段进线开关合位，判断：1#变压器处于退出运行状态，2#变压器处于正常工作状态；本装置启动。1#变压器对应的1#400v进线开关分闸，然后400v母联开关合闸。通过电流-温升计算公式计算当前时刻计算的温升相对值θ
t
。
[0047][0048]
根据θ
t
判断2#变压器是否过负荷。1.02θa＞θ
t
≥1.00θa时，2#变压器过负荷，控制1#变压器对应的i段三级负荷总开关分闸，切除1#变压器对应的三级负荷；θ
t
≥1.02θa，控制2#变压器对应的ii段三级负荷总开关分闸，再切除2#变压器对应的三级负荷。
[0049]
若θ
t
下降至1.02θa＞θ
t
≥1.00θa时，解除2#变压器对应的三级负荷总开关闭锁，允许2#变压器对应的ii段三级负荷总开关断路器合闸；θ
t
下降至1.00θa＞θ
t
时，再解除1#变压器对应的i段三级负荷总开关闭锁，允许1#变压器对应的三级负荷总开关断路器合闸。
[0050]in
整定为400v进线开关的额定电流，τ整定为30min，θa按照in下最高温升相对值的98％进行整定，得到如下的电流温升曲线图，如图7所示。从图中可看出，在11min时，回路电流大于整定值in,过负荷保护启动，在51min时，计算温升温升相对值大于1.00θa，保护发出跳闸命令切除1#变压器所带ⅰ段三级负荷总开关，在52min时，计算计算温升温升相对值大于1.02θa，保护发出跳闸命令切除2#变压器所带ⅱ段三级负荷总开关。
[0051]
以上通过实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的示例性实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。本发明的保护范围由权利要求书限定。凡利用本发明所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，在本发明的实质和保护范围内，设计出类似的技术方案而达到上述技术效果的，或者对申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖保护范围之内。