牽引變電所外部電源若干問題分析

張紹臣

0 引言

由于國家西北部電氣化鐵道的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)已無法保障牽引變電所雙路電源的供電。目前，供電方式是通過相鄰牽引變電所提供另一路電源，即為2座相鄰牽引變電所互為備用的穿越式供電方式，也被形象地稱為“手拉手”供電方式，以提高供電的可靠性。本文依據(jù)大包線電氣化鐵道外部電源的特點進行分析。

1 相鄰牽引變電所外部電源穿越供電方式

以大包線相鄰的美岱召牽引變電所、畢克齊牽引變電所為例，就二路電源互為備用的供電方式作如下分析。

正常運行時，土默特右旗變電所（下文簡稱土右變）向美岱召牽引變電所（下文簡稱美岱召所）供電，呼和浩特東郊變電所（下文簡稱呼東郊變）向畢克齊牽引變電所（下文簡稱畢克齊所）供電，2所進線隔離開關(guān)、母線分段隔離開關(guān)都處于閉合狀態(tài)。2臺牽引變壓器的主要投切直接通過變壓器前的斷路器完成，二者之間有閉鎖關(guān)系，不允許同時合閘。美岱召所與畢克齊所的聯(lián)絡(luò)斷路器1臺閉合、1臺斷開，默認(rèn)美岱召所聯(lián)絡(luò)斷路器閉合、畢克齊所聯(lián)絡(luò)斷路器斷開，使得聯(lián)絡(luò)220 kV線路長期處于帶電熱備狀態(tài)。

當(dāng)土右變—美岱召所220 kV線路發(fā)生故障，美岱召所進線斷路器線路保護啟動而跳開，同時斷開進線隔離開關(guān)，此時畢克齊所聯(lián)絡(luò)線檢壓裝置檢出線路失壓，從而啟動電源自投裝置（躲開一次重合閘），使畢克齊所聯(lián)絡(luò)斷路器閉合，由呼東郊變通過畢克齊所220 kV母線和2所間聯(lián)絡(luò)線路向美岱召所供電。

當(dāng)呼東郊變—畢克齊所220 kV線路發(fā)生故障時，畢克齊所進線斷路器線路保護啟動而跳開，同時打開進線隔離開關(guān)，此時畢克齊所進線檢壓裝置檢出線路失壓，從而啟動電源自投裝置（躲開一次重合閘），使畢克齊所聯(lián)絡(luò)斷路器閉合，由土右變通過美岱召所220 kV母線和2座變電所間聯(lián)絡(luò)線路向畢克齊所供電。

2 變電所中220 kV電源線路保護裝置配制

2.1 線路保護種類

進線保護設(shè)有零序電流保護、光纖差動保護、距離保護；聯(lián)絡(luò)線保護設(shè)有距離保護、零序電流保護，牽引變電所高壓側(cè)母線設(shè)母線差動保護等。

2.2 光纖差動保護原理

通過光纖實時向?qū)?cè)發(fā)送采集的數(shù)據(jù)，同時接收對側(cè)的采樣數(shù)據(jù)，利用本側(cè)采集的數(shù)據(jù)與對側(cè)電流數(shù)據(jù)進行計算。故障電流超過整定電流時，兩側(cè)斷路器保護跳閘，正常時作為電容補償電流。在進行差動繼電器計算時，必須滿足故障條件：且動作判據(jù)如下：

或者

零序差動對高阻接地故障起輔助保護作用，零序差動比例系數(shù)保護內(nèi)部固定為k0BL= 0.8。Ib常數(shù)計算值為0.4IINT。IC為正常運行時計算得到的電容電流。距離保護有 3個相間距離保護（Zbc、Zca、Zab）和 3個接地距離保護（Za、Zb、Zc），其動作特性如圖1、圖2所示。

圖1 阻抗Ⅰ、Ⅱ段動作特性示意圖

圖2 阻抗Ⅲ段動作特性示意圖

3 電源線路和主變壓器的備自投方式

采用穿越供電方式的牽引變電所，2座變電所只設(shè)1個備自投裝置。線路自投有多種方式，本文以美岱召所和畢克齊所為例，重點分析2種自投方式。線路自投裝置設(shè)在畢克齊所，在正常運行方式下美岱召所的1021GK、104DL、1001GK、103DL、1011GK均在合位，畢克齊所的1011GK、103DL、1001GK、1021GK在合位，104DL在分位

（1）當(dāng)畢克齊所103DL電源進線失壓，進線檢壓裝置檢測不到線路的電壓，失壓接點閉合，103DL進線跳閘，經(jīng)過延時后確認(rèn)103DL進線仍舊失壓，分101DL、發(fā)自投動作信號；確認(rèn)分開后，再依次合上104DL、101DL。確認(rèn)合閘完成方式轉(zhuǎn)換為：103DL進線+1#主變壓器→104DL進線+1#主變壓器。

（2）當(dāng)美岱召所104DL進線失壓，104DL失壓跳閘。畢克齊所 104DL聯(lián)絡(luò)失壓后，線路檢壓裝置檢測不到線路的電壓，延時后確認(rèn) 104DL聯(lián)絡(luò)仍舊失壓，備自投合104DL，確認(rèn)合閘完成方式轉(zhuǎn)換為：103DL進線+1#主變壓器→雙進線+1#主變壓器。

總之，備自投方式基本采用主變壓器故障自投另一臺主變壓器；線路失壓自投另一路電源。

4 電流互感器二次接線的極性及檢查方法

線路的縱差保護是通過光纖將線路兩端的保護裝置連接起來，并將各端的電氣量（電流、功率的方向等）傳送到對端以判斷故障。在線路兩端，規(guī)定一次側(cè)電流的正方向為從母線流向被保護的線路。當(dāng)線路保護正常運行時，線路兩側(cè)電流相位是相反的，此時線路兩側(cè)的差動電流為零，當(dāng)線路外部發(fā)生故障時，線路兩側(cè)差動電流將大大增加，光纖差動保護動作。

母線差動保護的基本原理是母線在正常運行或其保護范圍外故障時所有流入及流出母線電流之和為零，而在母線內(nèi)部故障時，所有流入及流出母線電流之和不再為零。母線差動保護是以電流為主要判據(jù)的。母線差動保護裝置是各電流互感器按“差接法”接線，正常運行以及保護范圍以外故障時，各個支路電流的矢量和即差電流為零，這就要求各支路的電流互感器的同名端指向牽引變電所的母線側(cè)。

變壓器差動保護的基本原理是在正常運行或外部短路故障時，電流由電源側(cè)流向負(fù)荷側(cè)保證差動保護裝置不誤動，所以電流互感器的同名端應(yīng)指向牽引主變壓器側(cè)。

如何檢查互感器二次接線是否正確，電流互感器在交流回路中電流方向是隨時間而改變的，電流互感器極性指的是某一時刻一次側(cè)極性與二次側(cè)某一端極性相同，即同時為正、或同時為負(fù)，稱該極性為同極性端或同名端，用符號“*”、“－”或“?”表示（也可理解為一次電流與二次電流的方向關(guān)系）。按照規(guī)定，電流互感器一次線圈首端標(biāo)為 L1，尾端標(biāo)為 L2；二次線圈的首端標(biāo)為 K1，尾端標(biāo)為K2。在接線中L1和K1稱為同極性端，L2和K2也為同極性端。電流互感器同極性端的判別與耦合線圈的極性判別相同。較為簡單的判別方法是用1.5 V干電池接一次線圈，用一個高內(nèi)阻、大量程的直流電壓表接二次回路，當(dāng)開關(guān)閉合時，如果發(fā)現(xiàn)電壓表指針正向偏轉(zhuǎn)，可判定它們是同極性端，當(dāng)開關(guān)閉合時，如果發(fā)現(xiàn)電壓表指針反向偏轉(zhuǎn)，可判定它們?yōu)榉礃O性端。

變電所受電后帶入電容負(fù)荷，可以從保護裝置內(nèi)或用相位表觀察其相位角及差動電流值，比如線路側(cè)與對側(cè)的電流相位就相差180°左右，差動電流為零；母線差動保護里的角度根據(jù)運行方式不同角度略有不同，正常運行時進線電流的相位角與主變壓器電流互感器的相位角相差 180°，當(dāng)穿越供電時，2路進線的相位角相差180°，以驗證電流互感器的極性是否保證保護的方向性。

5 結(jié)束語

綜上所述，電流互感器用于電力系統(tǒng)中保護裝置及測量時，應(yīng)根據(jù)電流互感器的極性和使用方法，正確選擇電流互感器的接線方式。在穿越式牽引供電中，外部電源線路的光纖差動保護和備自投是變電所的重要保護，其電流互感器的極性的檢查和校驗是牽引變電所不間斷供電的可靠保證。

[1]王國光.變電站綜合自動化系統(tǒng)[M].北京：中國電力出版社.

[2]王怡.怎樣測量電流互感器的極性[J].農(nóng)村電氣化，2003（5）：37-38.