客運(yùn)專線牽引網(wǎng)保護(hù)方案設(shè)計(jì)

左 才，陳小川，李 波

0 引言

客運(yùn)專線普遍采用全并聯(lián)AT牽引供電系統(tǒng)，采用 2×27.5 kV（AT）供電方式，牽引變壓器采用單相接線，外部電源采用 220 kV，接觸網(wǎng)標(biāo)稱電壓25 kV，長(zhǎng)期最高電壓 27.5 kV，短時(shí)（5 min）最高電壓29 kV，設(shè)計(jì)最低工作電壓20 kV；牽引變電所設(shè)2臺(tái)（2×27.5 kV）單相變壓器，二者互為備用；27.5 kV設(shè)備采用戶內(nèi)布置方式；27.5 kV側(cè)母線采用電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)分段；饋線備用方式100%備用。

由于客運(yùn)專線列車運(yùn)行速度快、效率高、牽引負(fù)荷大、供電臂中負(fù)荷突變率高，因此為了保證高速客運(yùn)專線牽引供電系統(tǒng)高效、可靠、安全地運(yùn)行，牽引網(wǎng)需要配置新型保護(hù)裝置。

1 饋線保護(hù)的配置

根據(jù)全并聯(lián) AT供電系統(tǒng)的牽引網(wǎng)特性，AT所和分區(qū)所并聯(lián)于其中，為了滿足繼電保護(hù)的靈敏性、速動(dòng)性、可靠性、選擇性的要求，饋線保護(hù)配置如下：低電壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流保護(hù)、I段阻抗保護(hù)、自動(dòng)重合閘。

保護(hù)配置原理：

（1）低電壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流。用于切除過(guò)電流的故障，對(duì)于不對(duì)稱短路故障，由于要取用故障電流，故過(guò)流元件應(yīng)裝于電源側(cè)，電壓元件可取自牽引變壓器低壓側(cè)。如電流大于整定值且時(shí)限大于動(dòng)作時(shí)限時(shí)，則繼電器動(dòng)作。

（2）I段阻抗。距離保護(hù)是由阻抗繼電器完成電壓Uk和電流Ik的比值測(cè)量，根據(jù)比值的大小來(lái)判斷故障的遠(yuǎn)近，并利用故障的遠(yuǎn)近確定動(dòng)作時(shí)間的一種保護(hù)裝置。通常將該比值稱為阻抗繼電器的測(cè)量阻抗，表示為Zk= Uk/ Ik（其中Zk為測(cè)量阻抗，Uk為測(cè)量電壓，Ik為測(cè)量電流）。

I段阻抗保護(hù)瞬時(shí)動(dòng)作，為保證選擇性，保護(hù)區(qū)不能伸出該線路，即測(cè)量阻抗小于該線路阻抗時(shí)動(dòng)作。可靠系數(shù)為0.8～0.85。

為了實(shí)現(xiàn)“前加速”，即接觸網(wǎng)任何位置發(fā)生短路故障時(shí)，變電所的出口斷路器都能瞬時(shí)動(dòng)作，即實(shí)現(xiàn)I段阻抗保護(hù)，則需按供電線路全長(zhǎng)的1.5倍整定阻抗。

2 AT所和分區(qū)所進(jìn)線保護(hù)配置

AT所和分區(qū)所進(jìn)線保護(hù)配置完全相同。根據(jù)全并聯(lián)AT牽引供電系統(tǒng)中AT所的位置及斷路器的設(shè)置，為了滿足進(jìn)線保護(hù)的四性要求并與饋線保護(hù)相配合，AT所進(jìn)線保護(hù)配置如下：失壓保護(hù)、檢有壓重合閘。

保護(hù)配置原理：

（1）失壓保護(hù)。當(dāng)接觸網(wǎng)停電或因某種原因接觸網(wǎng)電壓降低過(guò)多（欠壓）時(shí)（一般為額定電壓的40%），小母線的斷路器跳開(kāi)，AT所和分區(qū)所被自動(dòng)從接觸網(wǎng)上切除，因而縮小了停電范圍。

（2）檢有壓重合閘。即斷路器跳閘后，根據(jù)斷路器整定的時(shí)限進(jìn)行檢壓，當(dāng)檢測(cè)到電壓達(dá)到整定值時(shí)（一般為額定電壓的85%），斷路器重合閘。如果電壓沒(méi)有達(dá)到整定值，則不進(jìn)行重合閘。

3 AT變壓器的保護(hù)配置

AT所和分區(qū)所AT變壓器保護(hù)配置完全相同。根據(jù)全并聯(lián)AT牽引供電系統(tǒng)中AT所的作用及斷路器的設(shè)置，并與饋線保護(hù)及進(jìn)線保護(hù)相配合，AT所保護(hù)配置如下：過(guò)電流保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)、瓦斯保護(hù)、碰殼保護(hù)、通風(fēng)和過(guò)熱。

保護(hù)配置原理：

（1）過(guò)電流保護(hù)。由電流繼電器，時(shí)間繼電器和信號(hào)繼電器組成，電流互感器和電流繼電器組成測(cè)量元件，用來(lái)判斷通過(guò)電流是否超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，時(shí)間繼電器為防止變壓器空載合閘時(shí)保護(hù)的誤動(dòng)。

正常運(yùn)行時(shí)，電流繼電器和時(shí)間繼電器的觸點(diǎn)都是斷開(kāi)的，當(dāng)被保護(hù)區(qū)故障或電流過(guò)大時(shí)，電流繼電器動(dòng)作，通過(guò)其觸點(diǎn)啟動(dòng)時(shí)間繼電器，經(jīng)過(guò)預(yù)定的延時(shí)，時(shí)間繼電器觸點(diǎn)閉合，將斷路器跳閘線圈接通，斷路器跳閘，故障線路被切除，同時(shí)啟動(dòng)信號(hào)繼電器，發(fā)出告警信號(hào)。

（2）差動(dòng)保護(hù)。在變壓器勵(lì)磁涌流中含有大量的 2次諧波分量，一般約占基波分量的 40%以上。利用差電流中2次諧波所占的比率K2作為制動(dòng)系數(shù)，可以鑒別變壓器空載合閘時(shí)的勵(lì)磁涌流。在K2值小于D（D為2次諧波制動(dòng)系數(shù)），同時(shí)滿足比率差動(dòng)其他判據(jù)時(shí)才允許保護(hù)動(dòng)作。

（3）瓦斯保護(hù)。重瓦斯：設(shè)有相應(yīng)開(kāi)關(guān)輸入量輸入端子，以便通過(guò)該裝置發(fā)送本地及中央信號(hào)，保護(hù)根據(jù)該開(kāi)關(guān)量信號(hào)進(jìn)行判定，動(dòng)作時(shí)，發(fā)出跳閘或告警信號(hào)。輕瓦斯：設(shè)有相應(yīng)開(kāi)關(guān)輸入量輸入端子，以便通過(guò)該裝置發(fā)送本地及中央信號(hào)，保護(hù)根據(jù)該開(kāi)關(guān)量信號(hào)進(jìn)行判定，動(dòng)作時(shí)，發(fā)出告警信號(hào)。

（4）碰殼保護(hù)。即正常情況下不帶電，而在絕緣材料損壞后或其他情況下可能帶電的電器金屬部分用導(dǎo)線與接地體可靠連接起來(lái)的一種保護(hù)接線方式。

把所有的一次電纜都穿過(guò)窗口TA，正常時(shí)TA相當(dāng)于一個(gè)零序TA，只流過(guò)不平衡電流，當(dāng)變壓器繞組發(fā)生接地或碰殼時(shí)，流過(guò)的電流不再是不平衡電流，而是接地或碰殼電流，保護(hù)裝置動(dòng)作，否則不會(huì)動(dòng)作。

（5）通風(fēng)和過(guò)熱。設(shè)有相應(yīng)開(kāi)關(guān)輸入量輸入端子，以便通過(guò)該裝置發(fā)送本地及中央信號(hào)，保護(hù)根據(jù)該開(kāi)關(guān)量信號(hào)進(jìn)行判定，動(dòng)作時(shí)，發(fā)出告警信號(hào)或啟動(dòng)通風(fēng)裝置。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)客運(yùn)專線全并聯(lián)AT牽引供電系統(tǒng)的負(fù)荷電流值大、功率因數(shù)高及相對(duì)諧波含量少特點(diǎn)，本文提出的新型保護(hù)配置方案理論上可以保證牽引網(wǎng)保護(hù)之間的相互配合并滿足保護(hù)的四性要求。為完善全并聯(lián)AT牽引網(wǎng)的保護(hù)配置方案，還需要進(jìn)行大量仿真和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，并要與不同類型牽引變壓器的保護(hù)互相配合，以便該保護(hù)方案能夠應(yīng)用于工程實(shí)踐當(dāng)中。

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