高速動車組車輛牽引供電系統(tǒng)繼電器保護的分析

于 濤

（中車長春軌道客車股份有限公司，吉林長春，130000）

高速動車組車輛牽引供電系統(tǒng)繼電器保護的分析

于 濤

（中車長春軌道客車股份有限公司，吉林長春，130000）

確保車輛牽引供電系統(tǒng)持續(xù)供電，才能保證高速動車組的正常運行。基于這種認識，本文對高速動車組車輛牽引供電系統(tǒng)的繼電器保護配置問題展開了分析，結(jié)合不同供電方式對牽引網(wǎng)和變壓器的繼電保護方法進行了探討，以便為關(guān)注這一話題的人們提供參考。

高速動車組；車輛牽引供電系統(tǒng)；繼電器保護

0 引言

在高速運行的過程中，動車組車輛會受到機械振動、接觸線滑動等各種因素的影響，從而導(dǎo)致車輛牽引供電系統(tǒng)容易產(chǎn)生故障。而想要確保系統(tǒng)的正常運行，還要加強系統(tǒng)繼電器保護配置，從而使系統(tǒng)在出現(xiàn)故障時維持持續(xù)供電，以確保車輛正常運行。因此，還應(yīng)加強對高速動車組車輛牽引供電系統(tǒng)的繼電器保護分析，從而更好的推動我國高速鐵路的發(fā)展。

1 高速動車組車輛牽引供電系統(tǒng)概述

從組成上來看，高速動車組車輛牽引供電系統(tǒng)由牽引網(wǎng)、電力機車組和牽引變電所構(gòu)成。利用牽引變電所完成電能轉(zhuǎn)化后，系統(tǒng)能夠利用獨立電源進線將電能傳送給牽引網(wǎng)，從而為車輛供電。而由于牽引負荷為單相負荷，所以需要利用特別變壓器將負荷均勻分配到系統(tǒng)三相中。在高速動車組上，則通常采用V/x接線等牽引變壓器[1]。在供電方式上，系統(tǒng)主要采用全并聯(lián)AT供電方式，設(shè)置有多個供電回路，所以在故障發(fā)生時會產(chǎn)生多個回路給短路點供電，對繼電保護有特殊要求。此外，高速動車組車輛采用交-直-交電力機車，電路諧波成分等有一定差異，因此也將影響繼電器保護功能的發(fā)揮。

2 高速動車組車輛牽引供電系統(tǒng)的繼電器保護

2.1 牽引網(wǎng)既有保護

從牽引網(wǎng)采用的既有保護方法上來看，其沿用了過電流保護、距離保護等傳統(tǒng)保護方案。首先，牽引網(wǎng)主要采用距離保護方式，根據(jù)負荷中綜合諧波含量完成四邊形動作特性邊界的自動調(diào)整，以減少負荷電流下的保護誤動作。其次，系統(tǒng)將根據(jù)牽引網(wǎng)供電方式進行過電流保護的提供，完成1-3段配置，并采用激勵涌流閉鎖和綜合諧波抑制方法提供繼電保護。再者，在機車正常運行過程中，牽引網(wǎng)流量增加量應(yīng)小于單個車輛電流最大值。所以一旦超出該數(shù)值，說明牽引網(wǎng)發(fā)生故障，系統(tǒng)需要提供電流增量保護。此外，在高速動車組車輛運行的過程中，重載車輛在300-350km/h的時速下，將達到600-1000A的牽引電流。為防止?fàn)恳W(wǎng)穩(wěn)定性降低，系統(tǒng)需完成熱過負荷保護的設(shè)置，即利用熱模型完成接觸網(wǎng)溫度的實時計算，并在超出溫度設(shè)定值時啟動跳鬧回路，進而達到斷開饋線斷路器的控制目標(biāo)。但是，目前高速動車組車輛牽引供電系統(tǒng)采用的是全并聯(lián)AT供電方式，采用既有繼電器保護方式，系統(tǒng)將會在牽引網(wǎng)故障發(fā)生后將兩條供電臂跳開，進而導(dǎo)致大面積停電。因此，還要重新進行系統(tǒng)繼電器保護分析，以便使非故障供電臂保持正常供電，進而更好的滿足動車組車輛的運行需求。

2.2 牽引網(wǎng)聯(lián)跳保護

為牽引網(wǎng)提供距離保護，需要對故障點到繼電器安裝點間的距離進行反映。而從牽引網(wǎng)的距離保護動作特性上來看，其四邊形特性方向性明顯，即在測量阻抗為第一象限值的情況下，繼電器才能執(zhí)行距離保護動作。針對這一特性，還要加強系統(tǒng)供電阻抗特征分析，然后結(jié)合特征實現(xiàn)牽引網(wǎng)聯(lián)跳保護。從牽引網(wǎng)故障發(fā)生情況來看，在AT所至分區(qū)出現(xiàn)故障，將得到相同的變電所保護測量阻抗，繼而導(dǎo)致采取既有保護方案的系統(tǒng)無法識別故障供電臂的保護1、2。采用聯(lián)跳保護方案，可以將保護1、3、5和2、4、6分別設(shè)置為上行和下行供電臂整體保護，一旦發(fā)現(xiàn)故障則要將對應(yīng)斷路器跳開，并向?qū)?yīng)供電臂發(fā)送聯(lián)跳指令。而供電臂在接收到命令后，應(yīng)立即跳開對應(yīng)斷路器。借助供電臂的上下行對稱性，則能增強繼電器保護的選擇性[2]。采取該種保護方式，只要有斷路器斷開，系統(tǒng)的并聯(lián)支路機會減少，進而導(dǎo)致測量電抗增大。因此，只有在電抗和電阻同時滿足保護條件時，繼電器才會執(zhí)行保護動作。所以在保護1通過聯(lián)跳斷開后，保護2的電抗將會變大，進而導(dǎo)致其不會發(fā)生動作。采取該種繼電保護方案，可以使同一供電臂保護成為一個整體，并在保護檢出故障時將對應(yīng)斷路器跳開，進而實現(xiàn)對牽引網(wǎng)的快速保護。

2.3 變壓器差動后備保護

變壓器在工作的過程中，通常需要提供過流保護。但在高速動車組車輛的牽引供電系統(tǒng)中，變壓器繼電器保護容易受到不平衡電流的影響，所以還要提供差動后備保護。從原理上來看，過電流保護即繼電器在電流大于整定值時動作。但在牽引系統(tǒng)中，牽引負荷沖擊性較強，要求變壓器在3倍額定負荷電流下保持2min工作。針對這一情況，還要在變壓器高、低壓側(cè)完成低電壓啟動的配置，以提供后備保護。牽引網(wǎng)在正常運行過程中，電壓將保持在19kV以上。所以在低壓側(cè)母線電壓設(shè)計上，應(yīng)設(shè)定為24kV。如果系統(tǒng)工作正常，母線電壓將比低電壓整定值壓低，所以即便負荷電流比動作電流整定值要大，繼電器也不會發(fā)生誤動作。在系統(tǒng)發(fā)生故障的情況下，變壓器漏阻抗將隨之減小，母線電壓則會不斷增大。但由于低壓啟動過電流保護可能出現(xiàn)拒動的情況，所以還要加強變壓器后備距離保護的整定計算，即通過測量短路阻抗和負荷阻抗完成合理保護配置，進而使變壓器高、低壓距離保護正常動作。

2.4 變壓器過負荷保護

對于高速動車組車輛來講，由于行車密度較低，并且牽引供電系統(tǒng)需要提供大牽引功率，所以采用的牽引變壓器需要長期處在過負荷狀態(tài)，容易出現(xiàn)老化的問題。針對這一情況，還要加強對變壓器的過負荷保護，以延長變壓器的使用壽命。從既有保護方案上來看，鐵路通常采用三段式定時限特性提供過負荷保護。但在負荷電流位于保護整定值之間時，繼電器保護動作并不減小，進而導(dǎo)致繼電保護無法滿足變壓器過負荷保護要求。針對這一情況，還要為變壓器提供反時限特性的過負荷保護，即要根據(jù)負荷電流變化情況完成繼電器保護動作的時限調(diào)整，以確保變壓器穩(wěn)定工作。一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，由于產(chǎn)生的短路電流基本保持不變，所以可以利用反時限特性的過負荷保護滿足變壓器工作需求。在實際應(yīng)用該種方法時，需在變壓器上進行油溫傳感器的安裝，并通過將測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為信號輸入繼電保護裝置中。而裝置在完成過負荷保護計算后，則將根據(jù)設(shè)定值判斷是否執(zhí)行動作，進而為變壓器提供有效的繼電保護。

3 結(jié)論

通過分析可以發(fā)現(xiàn)，牽引供電系統(tǒng)為高速動車組車輛的重要動力裝置，還要加強系統(tǒng)繼電器保護配置，以確保機車的安全、穩(wěn)定運行。而高速動車組車輛與鋪速機車在繼電保護上的要求不同，因此還應(yīng)結(jié)合車輛實際需求研究系統(tǒng)繼電保護問題，并結(jié)合問題提出有效的繼電器保護配置方案，繼而更好的推動高速鐵路的發(fā)展。

[1]王佩剛.高速鐵路牽引供電系統(tǒng)繼電保護研究[J].中國高新技術(shù)企業(yè),2017,(02):104-105.

[2]王永.淺析繼電保護、牽引供電系統(tǒng)在長期超負荷狀態(tài)下的對策[J].科技資訊,2011,(29):164-166.

Analysis of relay protection for traction power supply system of high speed EMU

Yu Tao
（Changchun Zhongche railway vehicle Limited by Share Ltd.,Changchun Jilin,130000）

To ensure the continuous power supply of vehicle traction power supply system can ensure the normal operation of high-speed trains. Based on this understanding, in this paper, the high-speed emu vehicle traction power supply system of relay protection configuration problems for analysis, combined with different ways of power supply for traction network and transformer relay protection methods are discussed in this paper, in order to provide reference for the people who pay attention to the subject.

high-speed train; Vehicle traction power supply system; Relay protection