大秦重載鐵路饋線保護(hù)應(yīng)用分析

姚世軍

摘 要：重載鐵路是世界經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的產(chǎn)物，因此重載鐵路安全穩(wěn)定的運(yùn)行是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的巨大推動(dòng)力。本文對我國典型的重載鐵路——大秦線重載鐵路，它的沿線變電所亭饋出線路采用的相關(guān)保護(hù)情況進(jìn)行了相關(guān)的說明分析。

關(guān)鍵詞：阻抗保護(hù)；過電流；電流速斷；電流增量（高阻）

1 饋線保護(hù)方式

牽引網(wǎng)饋線的主保護(hù)是距離（阻抗）保護(hù)，采用靈敏度高的四邊形特性，主要有方向性四邊形特性，平行四邊形偏移特性。牽引網(wǎng)饋線保護(hù)還有：過電流、電流速斷、電流增量（高阻）等。

偏移平行四邊形特性整定分兩種情況：一種是作為線路保護(hù)呈縱長特性時(shí)的整定方法，另一種是作為保護(hù)安裝地點(diǎn)近端短路為躲過過渡電阻影響的橫長特性的整定方法。

1.1 縱長特性整定方法

1.1.1 X邊（ab邊）的整定

ab邊的整定原則是：當(dāng)保護(hù)范圍末端短路時(shí)，繼電器應(yīng)能可靠動(dòng)作。根據(jù)保護(hù)線路的電抗值整定。

X1= Kk×X

Kk——可靠系數(shù)取1.2；

X——被保護(hù)線路的電抗值

1.1.2 R邊（bc邊）的整定

bc邊的整定是按照正常情況下出現(xiàn)最小負(fù)荷阻抗時(shí)（負(fù)荷電流最大，母線工作電壓最低）繼電器不動(dòng)作整定。

1.2 橫長特性整定方法

1.2.1 X邊（ab邊）的整定

ab邊的整定是按照正常情況下出現(xiàn)最小負(fù)荷阻抗時(shí)，繼電器不誤動(dòng)整定。

1.2.2 R邊（bc邊）的整定

bc邊是為了防止出現(xiàn)過渡電阻時(shí)保護(hù)拒動(dòng)，因此整定時(shí)應(yīng)根據(jù)最大過渡電阻整定，但是故障點(diǎn)的電弧電阻無法計(jì)量，所以一般按照線路上高壓電氣設(shè)備外殼的接地電阻整定。

Kk——可靠系數(shù)取1.2；

R——高壓設(shè)備外殼接地電阻

對復(fù)線末端并聯(lián)供電時(shí)，過渡電阻在故障點(diǎn)靠近分區(qū)所附近位置時(shí)會增大2倍：

大秦線變電所饋線保護(hù)采用兩段平行四邊形阻抗保護(hù)，距離Ⅰ段保護(hù)電抗值按不超過分區(qū)所的電抗值整定，距離Ⅱ段保護(hù)電抗值按不超過分區(qū)所一段保護(hù)的范圍來整定。阻抗保

護(hù)的電阻值按躲過最小負(fù)荷電阻整定。饋線阻抗繼電器保護(hù)特性整定為平行四邊形特性，阻抗邊的角度按照75°整定，偏移電阻和偏移電抗按1Ω整定。

饋線電流增量保護(hù)

線路距離保護(hù)主要保護(hù)線路的金屬性短路故障，是為躲過線路的最大負(fù)荷而設(shè)置， 其保護(hù)范圍最大為40多歐。而在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，距離保護(hù)整定要考慮躲過饋線最大負(fù)荷，保護(hù)整定值一般為10歐左右，當(dāng)線路短路故障接地電阻比較大時(shí)，保護(hù)就無法正常動(dòng)作，降低了供電系統(tǒng)的可靠性。此時(shí)要求裝置設(shè)置電流增量保護(hù)。

電流增量保護(hù)可以不受機(jī)車再生負(fù)荷的影響，在線路電流基波增量很大、高次諧波增量很小時(shí)，利用高次諧波抑制、二次諧波閉鎖等功能作為線路距離保護(hù)的后備保護(hù)切除線路故障點(diǎn)。

大秦線經(jīng)常出現(xiàn)多輛機(jī)車在同一個(gè)供電臂運(yùn)行，因此牽引所內(nèi)饋線流過電流中三次諧波含量有可能達(dá)到20%左右，特別是當(dāng)機(jī)車下坡運(yùn)行再生制動(dòng)時(shí)，線路中三次諧波的含量將更高；在AT變和機(jī)車變壓器投入運(yùn)行時(shí)，產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流也會含有很高的直流和二次諧波成分。在這樣的條件下設(shè)置二次諧波閉鎖，三次諧波抑制，電流增量保護(hù)也能正確的選擇故障電流進(jìn)行保護(hù)啟動(dòng)。

電流增量保護(hù)整定，是按照運(yùn)行區(qū)間運(yùn)行一列車的最大電流值的兩倍而整定。大秦線按照現(xiàn)運(yùn)行設(shè)備實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷監(jiān)測情況基本滿足要求，實(shí)際運(yùn)行電流絕大部分在1000A以下。一般情況下按一臺機(jī)車的最大啟動(dòng)電流的1.3倍整定。

電流增量保護(hù)原理：

式中：Khr2——增量保護(hù)諧波加權(quán)系數(shù)，通過定值整定；

Kh1——二次諧波閉鎖系數(shù)，通過定值整定；

50DIC——增量保護(hù)電流定值；

I1h、I1q——故障前、故障后兩時(shí)刻基波電流；

Igh、Igq——故障前、故障后兩時(shí)刻三、五次諧波電流之和；

I1、I2——故障后基波、二次諧波電流。

定值整定：

Izl= Kk ×Iqd

Kk——可靠系數(shù)取1.3；

Iqd——機(jī)車啟動(dòng)電流

3 饋線過電流保護(hù)

線路上有機(jī)車運(yùn)行時(shí)，饋線電流是不斷變化的。而故障電流只要一旦產(chǎn)生，就會一直持續(xù)到故障切除后。

因此故障類型可以根據(jù)故障電流持續(xù)時(shí)間加以鑒別。鑒于這一原理線路保護(hù)可以采用具有階梯型的三段過電流保護(hù)，具體整定是根據(jù)實(shí)際的負(fù)荷電流時(shí)間曲線進(jìn)行整定。過流保護(hù)一般常作為饋線的后備保護(hù)。

三段過流保護(hù)均可以選擇諧波抑制和二次諧波閉鎖功能，具體功能同電流速斷保護(hù)，饋線過電流保護(hù)整定一般按最大負(fù)荷電流的1.2倍整定：

Igl=（1.2×Ifmax）/Kk

式中：Kk——可靠系數(shù)取0.9。

4 饋線電流速斷保護(hù)

瞬時(shí)動(dòng)作或動(dòng)作延時(shí)較短的電流保護(hù)即電流速斷保護(hù)。電流速斷保護(hù)是為消除阻抗保護(hù)動(dòng)作死區(qū)，避免當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)不能及時(shí)切斷線路電源而設(shè)置。對負(fù)荷較大的運(yùn)行線路可以選擇低電壓閉鎖、二次諧波閉鎖、諧波抑制特性。一般按保護(hù)范圍末端最大短路電流整定。

Isd=Kk（Umin/nYH）/（X×L）

式中，Kk——可靠系數(shù)取1.2；

X——線路單位電抗；

L——供電臂長度。

為消除阻抗保護(hù)動(dòng)作死區(qū)，保護(hù)供電臂近端短路大電流故障，可按額定電流的3倍整定，5A流互系統(tǒng)為15A。

5 PT斷線報(bào)警及閉鎖阻抗保護(hù)

PT 斷線告警即是在阻抗保護(hù)未啟動(dòng)的情況下，保護(hù)裝置裝置設(shè)置有PT斷線告警的功能，可以通過控制字投退。投入PT斷線后，檢測到電壓低于30V、電流大于0.25A（額定電流為5A）或0.05A（額定電流為1A），延時(shí)3S告警，點(diǎn)亮面板告警燈。只有當(dāng)電壓恢復(fù)到大于30V時(shí)，告警自動(dòng)解除，面板告警燈熄滅，告警返回。判據(jù)為：

U<30V

I>0.05In

PT斷線故障將閉鎖線路距離保護(hù)。當(dāng)線路距離保護(hù)沒有啟動(dòng)時(shí)，如果發(fā)生了PT斷線則閉鎖線路距離保護(hù)；線路距離保護(hù)啟動(dòng)后，PT斷線閉鎖距離保護(hù)的判據(jù)與保護(hù)未啟動(dòng)時(shí)的判據(jù)不一樣：

|X|+|R|<1（額定電流為5A）或|X|+|R|<5（額定電流為1A）

I<74PTBLC

式中，74PTBLC為PT斷線閉鎖電流定值，可以整定。

阻抗保護(hù)的動(dòng)作是當(dāng)測量到阻抗值Z（Z=U/I）等于或小于整定值時(shí)動(dòng)作，即測量到電壓降低，電流增大，相當(dāng)于阻抗Z減小，當(dāng)Z等于或小于整定值時(shí)阻抗保護(hù)動(dòng)作。

線路突然失壓、電壓互感器二次回路斷線（電壓消失），線路上還有機(jī)車取流，會造成阻抗保護(hù)誤動(dòng)作，設(shè)置PT斷線閉鎖距離保護(hù)。

PT斷線閉鎖距離保護(hù)功能應(yīng)檢測線路電流的大小，當(dāng)線路發(fā)生接地短路故障時(shí)，電壓降低，電流為短路電流，這時(shí)也會達(dá)到PT斷線的判據(jù)條件，此時(shí)應(yīng)不能閉鎖距離保護(hù)，即PT斷線閉鎖電流定值小于短路電流值。

6 饋線重合閘

從保護(hù)跳閘后開始計(jì)時(shí)，到重合閘延時(shí)時(shí)間后，發(fā)出重合閘命令。分區(qū)所、開閉所檢有壓重合閘，到重合閘延時(shí)時(shí)間時(shí)檢是否有壓，有壓則發(fā)重合閘命令，無壓則不發(fā)重合閘命令。

變電所重合閘延時(shí)應(yīng)與電力機(jī)車保護(hù)相配合，一般為2S。變電所斷路器重合成功，為保證分區(qū)所、開閉所檢有壓重合閘成功，可將分區(qū)所、開閉所檢有壓重合閘延時(shí)設(shè)為3S。當(dāng)斷路器在分位，手合（遙合）斷路器于故障線路時(shí)，加速跳閘，不發(fā)重合命令。

有些綜自廠家還設(shè)有手合（遙合）閉鎖功能，當(dāng)饋線發(fā)生永久性故障時(shí)，斷路器重合保護(hù)裝置加速跳閘后（重合失?。?，啟動(dòng)手合（遙合）閉鎖功能，閉鎖手合（遙合）斷路器。還有些廠家可設(shè)置大電流閉鎖重合閘，當(dāng)保護(hù)裝置出口動(dòng)作，開關(guān)跳閘時(shí)，線路保護(hù)裝置檢測到的故障電流如果大于大電流閉鎖重合閘整定電流值，重合閘則不啟動(dòng)。鐵路牽引變電所饋線保護(hù)設(shè)置大電流跳閘閉鎖重合閘的功能，雖對牽引變電所線路保護(hù)跳閘后恢復(fù)送電有一定影響，但可以減少大電流對主變壓器等一次設(shè)備的沖擊。

變電所饋線設(shè)置大電流跳閘不啟動(dòng)重合閘功能，應(yīng)考慮將分區(qū)所重合檢有壓取消，這樣當(dāng)變電所上行饋線斷路器不重合時(shí)，可由分區(qū)所并聯(lián)斷路器重合由下行饋線向上行線路試送電。

7 結(jié)束語

正確的采用相關(guān)繼電保護(hù)能夠有效保護(hù)牽引變電所供電穩(wěn)定安全。饋線保護(hù)時(shí)所亭饋出線路采用的相關(guān)保護(hù)，正確設(shè)置保護(hù)類型、保護(hù)定值對于所亭饋出線、線路接觸網(wǎng)供電安全都有積極的意義，今后要繼續(xù)加強(qiáng)實(shí)際觀測、相關(guān)故障分析，不斷對大秦線牽引所亭饋出線路相關(guān)保護(hù)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。

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