基于鐵路牽引網(wǎng)供電臂的縱差保護(hù)方案研究

葛海波，周小金，郭 華

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基于鐵路牽引網(wǎng)供電臂的縱差保護(hù)方案研究

葛海波，周小金，郭 華

提出了一種全并聯(lián)AT分段供電方式下基于供電臂的縱差保護(hù)方案，該方案可選擇性地切除供電臂的故障區(qū)段，提高牽引供電的可靠性和靈活性。

數(shù)據(jù)同步；縱差保護(hù)；AT供電；分段保護(hù)

0 引言

目前，我國高速鐵路（客運(yùn)專線）供電系統(tǒng)多采用“串接”的全并聯(lián)AT供電方式。該供電方式能顯著提高供電能力，但其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)也致使繼電保護(hù)裝置在故障識(shí)別和保護(hù)配合方面存在一定難度。目前針對“串接”的全并聯(lián)AT供電方式，設(shè)計(jì)單位為達(dá)到繼電保護(hù)設(shè)備配合簡單且整定計(jì)算方便的目的，常采用供電臂有故障時(shí)，變電所上下行同時(shí)切除，AT所和分區(qū)所通過失壓保護(hù)解列，最后采用重合閘方式恢復(fù)無故障側(cè)的繼電保護(hù)方案。文獻(xiàn)[1，2]中提出一種劃分縮小供電單元、分段供電的方法，提高供電靈活性。本文根據(jù)這種分段供電方式，提出一種基于鐵路供電臂的縱差保護(hù)方案，該方案相比目前常用的繼電保護(hù)方案具有更好的選擇性和靈敏性。

1 全并聯(lián)AT供電與分段供電方式比較

1.1 高鐵全并聯(lián)AT供電方式

目前，我國高鐵（客運(yùn)專線）大多采用圖1所示的全并聯(lián)AT供電方式。

由從圖1可以看出，供電臂上下行在AT所和分區(qū)所通過斷路器實(shí)現(xiàn)并聯(lián)，且1QF—6QF均為雙極斷路器。該供電方式下，我國高鐵（客運(yùn)專線）常規(guī)繼電保護(hù)裝置配置及繼電保護(hù)方案為：1QF—6QF每處均配置1臺(tái)繼電保護(hù)裝置。假設(shè)在1點(diǎn)供電臂發(fā)生故障，AT所處牽引網(wǎng)并聯(lián)導(dǎo)致1QF和2QF處安裝的繼電保護(hù)裝置采集的故障電壓、電流均相同，導(dǎo)致1QF和2QF處安裝的繼電保護(hù)裝置的距離（過流）保護(hù)均動(dòng)作，隨后3QF—6QF處繼電保護(hù)裝置失壓，保護(hù)動(dòng)作后供電臂上下行解列，故障切除。2QF、4QF、6QF通過檢有壓重合閘恢復(fù)上行供電，下行線路2個(gè)AT段均失電。從上面的繼電保護(hù)裝置配合方案可以看出，圖1所示的供電方式在1點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，1QF、2QF會(huì)同時(shí)跳閘，導(dǎo)致非故障側(cè)（上行）線路失電，且為了切除AT所至分區(qū)所處的故障必須斷開1QF，導(dǎo)致下行變電所—AT所和AT所—分區(qū)所2個(gè)區(qū)段均失電，選擇性較差。

圖1 全并聯(lián)AT供電方式供電臂簡化示意圖

1.2 分段供電方式

文獻(xiàn)[1，2]中提到的分段供電方式見圖2。圖2中1QF—16QF均為單極斷路器，將整個(gè)供電臂劃分為8個(gè)小段。假設(shè)在1點(diǎn)供電臂發(fā)生故障，如繼電保護(hù)裝置能識(shí)別故障處于第⑤分段，那么只需斷開9QF和13QF即可將故障切除，其余7個(gè)小段仍可正常供電。通過對全并聯(lián)AT供電和分段供電2種方式比較，可以得出分段供電方式在分段切除故障方面具有更好的靈活性。

圖2 全并聯(lián)AT分段供電方式供電臂簡化示意圖

2 分段供電方式下的縱差保護(hù)方案

2.1 故障識(shí)別

假設(shè)供電臂中存在1短路點(diǎn)，各分段電流及流向如圖2所示。定義每個(gè)分段的差動(dòng)電流為

從圖2可以看出，當(dāng)?shù)冖莘侄?點(diǎn)存在接地故障時(shí)，根據(jù)式（1）計(jì)算差動(dòng)電流為

非故障分段中第①分段的差動(dòng)電流為

（3）

其余非故障分段和第①分段的差動(dòng)電流一樣，均為0。

由上述分析得出，通過計(jì)算CD的大小即可判別各分段有無故障。可以反映分段故障的保護(hù)判據(jù)為

CD＞set1（4）

set1為整定門檻值，整定值可根據(jù)供電臂最大負(fù)荷電流并考慮可靠系數(shù)確定。

2.2 差動(dòng)保護(hù)輔助判據(jù)

2.2.1 低壓啟動(dòng)判據(jù)

在第2.1節(jié)的分析中有一種情況未考慮，即當(dāng)機(jī)車在供電臂中運(yùn)行取流時(shí)也會(huì)產(chǎn)生差動(dòng)電流。CD等于負(fù)荷電流，當(dāng)set1整定不匹配時(shí)就有可能造成差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。考慮機(jī)車運(yùn)行取流時(shí)存在最低工作電壓，當(dāng)接觸網(wǎng)電壓低于機(jī)車最低工作電壓時(shí)，機(jī)車無法工作。因此可增加低壓啟動(dòng)判據(jù)如下：

＜set1（5）

set1為整定門檻值，整定值可根據(jù)機(jī)車最低工作電壓并考慮可靠系數(shù)確定。

當(dāng)式（4）、式（5）條件同時(shí)滿足時(shí)，判定為該分段處于故障狀態(tài)。

2.2.2 PT斷線閉鎖判據(jù)

當(dāng)所內(nèi)電壓互感器發(fā)生斷線故障時(shí)，差動(dòng)保護(hù)裝置采集的電壓= 0，低壓啟動(dòng)判據(jù)成立有可能保護(hù)誤動(dòng)，為此增加PT斷線閉鎖判據(jù)。當(dāng)滿足式（6）時(shí)，閉鎖差動(dòng)保護(hù)裝置。

式中，set2為整定門檻值，該值可根據(jù)電壓互感器斷線后殘壓值確定；n為電流互感器二次側(cè)額定值；set2為整定門檻值，該值可根據(jù)供電臂最大負(fù)荷電流并考慮可靠系數(shù)確定。

3 縱差保護(hù)采樣數(shù)據(jù)同步解決方案

圖3 “等腰梯形算法”原理圖

圖3中變電所差動(dòng)保護(hù)裝置在1時(shí)刻發(fā)送同步數(shù)據(jù)到AT所，經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)延時(shí)在2時(shí)刻AT所差動(dòng)保護(hù)裝置收到對側(cè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理后在3時(shí)刻由AT所返回，變電所差動(dòng)保護(hù)裝置在4時(shí)刻接收到返回的數(shù)據(jù)。由此可以得到數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸時(shí)間為

D= (2-1) +(4-3) （7）

假設(shè)發(fā)送數(shù)據(jù)和返回?cái)?shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸時(shí)間相同，則單程網(wǎng)絡(luò)延時(shí)為Δ的一半，即

差動(dòng)保護(hù)裝置可利用式（8）計(jì)算網(wǎng)絡(luò)延時(shí)，通過重新采樣對齊兩側(cè)采樣數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)供電分段兩端差動(dòng)保護(hù)裝置數(shù)據(jù)同步。

4 結(jié)語

基于上文所述的縱差保護(hù)方案研制的縱差保護(hù)裝置在某客運(yùn)專線進(jìn)行了短路試驗(yàn)驗(yàn)證。在全并聯(lián)AT供電方式下，供電臂的8個(gè)分段均進(jìn)行了T-R、F-R、T-F類型的短路試驗(yàn)，縱差保護(hù)裝置做到了某段接觸線T線故障只切除該段T線，某段正饋線F線故障只切除該段F線，達(dá)到了細(xì)分供電單元，縮小故障停電范圍的目的。

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The paper proposes a scheme for differential protection of power supply arm under full parallel AT sectionalized power supply mode, the fault section in the power supply arm can be removed optionally, and the reliabilities and flexibilities of the traction power supply can be improved by implementing of the scheme.

Data synchronization; differential protection; AT power supply; sectionalized protection

U223.8+2

B

1007-936X(2017)03-0034-02

2016-08-09

葛海波.成都交大許繼電氣有限責(zé)任公司，工程師，電話：13540609002；周小金.成都交大許繼電氣有限責(zé)任公司，工程師；郭 華.成都交大許繼電氣有限責(zé)任公司，高級工程師。