鐵路10 kV電力配電所繼電保護(hù)的配置及保護(hù)動作分析

周 齊 中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司南京供電段

在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展支持下，自動化控制在我國各領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了較為廣泛的應(yīng)用，鐵路供電變配電所自動化程度也因此不斷提升，這便對繼電保護(hù)提出了更高的要求。為了保證繼電保護(hù)較好滿足鐵路供電變配電所的自動化發(fā)展需要、推動我國鐵路電力領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展，本文圍繞鐵路10 kV配電所繼電保護(hù)的配置及保護(hù)動作開展具體研究。

1 鐵路10 kV配電所繼電保護(hù)的配置分析

1.1 配置原則

為保證繼電保護(hù)配置較好服務(wù)于鐵路10 kV配電所，以下幾方面配置原則必須得到關(guān)注：（1）迅速性。為保證繼電保護(hù)裝置能夠在最短時間內(nèi)做出反應(yīng)，迅速性原則必須在繼電保護(hù)配置中得到貫徹，由此即可實現(xiàn)故障波及范圍的減小，繼電保護(hù)效用也將實現(xiàn)最大化發(fā)揮。（2）選擇性。為保證繼電保護(hù)裝置可快速、正確地做出切斷設(shè)備連接的選擇，選擇性原則也需要得到重點關(guān)注和貫徹。（3）安全性。該原則要求鐵路10 kV配電所繼電保護(hù)裝置能夠在故障發(fā)生時擁有速度較快、效率較高、方法可靠的切短連接動作，并以此避免誤動、拒絕動問題的出現(xiàn)。

1.2 常見保護(hù)措施

在鐵路10 kV配電所繼電保護(hù)中，繼電保護(hù)裝置的維修和檢查均屬于較為常見的鐵路10 kV配電所繼電保護(hù)措施，具體措施應(yīng)用如下所示：繼電保護(hù)裝置的維修和檢查。①通過履歷簿更新、生產(chǎn)信息系統(tǒng)的運(yùn)用及時調(diào)整和更換繼電保護(hù)裝置。②注重日常巡視、檢修和故障處理，及時了解保護(hù)裝置運(yùn)行狀態(tài)，關(guān)注可能引發(fā)的短暫停電現(xiàn)象。③每年開展設(shè)備狀態(tài)維修和預(yù)防性試驗檢測，對定值、壓板、控制字整理和分析，即可保證繼電保護(hù)裝置較好服務(wù)于鐵路10 kV配電所。

1.3 配置實例分析

1.3.1 實例概況

為提升研究的實踐價值，本文選擇了集團(tuán)公司轄區(qū)內(nèi)的高速鐵路10 kV變配電所作為研究對象，其與電力貫通線路組成了高鐵電力貫通供電系統(tǒng)，10 kV供電變配電所饋出2條10 kV電力線路沿鐵路敷設(shè)，以此滿足鐵路區(qū)間負(fù)荷點供電需要，高速鐵路10 kV供電變配電所設(shè)有調(diào)壓器和補(bǔ)償裝置，區(qū)間負(fù)荷供電質(zhì)量由此得到了較好保障。

1.3.2 繼電保護(hù)配置

為保證高速鐵路10 kV供電變配電所較好服務(wù)于區(qū)間負(fù)荷點供電，集團(tuán)公司為其配備了電流速斷與過電流保護(hù)、低電壓與定時限低電壓保護(hù)、零序電流速斷與過電流保護(hù)三種保護(hù)方式，典型配置如下所示：（1）電流速斷與過電流保護(hù)。10 kV線路電流速斷保護(hù)裝置的動作電流設(shè)置為：Iopk=KrelKjxI2k3maxA/nTA，靈敏度系數(shù)則設(shè)置為：Ksen=Ilk2min/Iopk≥2，其中Krel、Kjx、I2k2max、nTA分別為可靠系數(shù)、接線系數(shù)、最大運(yùn)行方式下線路末端三相短路超瞬態(tài)電流、電流互感器變比，其中Krel一般取1.3?？紤]到10 kV貫通線路為單獨(dú)運(yùn)行，為提升電流速斷保護(hù)的范圍和靈敏度，采取了減小整定值方法；10kV線路過電流保護(hù)裝置的動作電流設(shè)置為：Iopk≤KrelKjxIghA/KrnTA，靈敏度系數(shù)則設(shè)置為：Ksen=I2k2min/Iopk≥2，其中 Igh、Kr分別為線路過負(fù)荷電流、繼電器返回系數(shù)，其中Igh在由電動機(jī)時取額定電流的2～3倍、無電動機(jī)時取額定電流的1.3～1.5倍，Kr取0.85。（2）低電壓與定時限低電壓保護(hù)。保護(hù)裝置的動作電壓設(shè)置為：Uopk=UminV/(KrelKrnTA)，這一設(shè)置基于正常運(yùn)行時可能出現(xiàn)的最低工作電壓整定確定，其中 Krel、Kr、Umin、nTA分別為可靠系數(shù)、繼電器返回系數(shù)、可能出現(xiàn)的最低工作電壓、電壓互感器變比，其中 Krel、Kr、Umin分別取1.2、1.15、0.5～0.7倍額定電壓。用于貫通饋線回路的低電壓保護(hù)二次側(cè)整定值設(shè)置為25V、動作時限為0s，定時限低電壓保護(hù)與其類似，但二者的Umin取值存在一定差別，定時限低電壓保護(hù)的Umin一般取額定電壓的0.7倍，其整定值一般為70V、動作時間整定為1s。

2 鐵路10 kV配電所繼電保護(hù)的保護(hù)動作分析

2.1 保護(hù)動作過程

結(jié)合鐵路10 kV配電所繼電保護(hù)實際，可將其保護(hù)動作分為啟動、判斷、閉鎖三個階段，具體階段劃分如下所示：（1）啟動。在鐵路10 kV配電所正常運(yùn)行狀態(tài)下，繼電保護(hù)裝置的啟動元件處于閉鎖各個出口的狀態(tài)，而在相應(yīng)故障出現(xiàn)后，響應(yīng)啟動元件將獲得啟動條件，相應(yīng)出口也將由此啟動。（2）判斷。在獲得啟動條件的支持后，繼電保護(hù)裝置將進(jìn)行故障的分析和判斷，其邏輯判斷部分將在其中發(fā)揮關(guān)鍵性作用，前期輸入繼電保護(hù)裝置的“整定值”則屬于其中起到?jīng)Q定性作用的評判標(biāo)準(zhǔn)，如該環(huán)節(jié)滿足整定值要求，繼電保護(hù)裝置將由此進(jìn)入閉鎖階段。（3）閉鎖。在鐵路10 kV配電所的繼電保護(hù)裝置整定值得到滿足后，閉鎖階段將進(jìn)行相關(guān)附加條件的自行判斷，在確定附加條件也同時得到滿足后，繼電保護(hù)裝置便能夠?qū)崿F(xiàn)保護(hù)動作。

2.2 提高保護(hù)動作準(zhǔn)確性的策略建議

為提高鐵路10 kV配電所繼電保護(hù)動作的準(zhǔn)確性，筆者結(jié)合自身工作經(jīng)驗總結(jié)了如下提高保護(hù)動作準(zhǔn)確性的策略建議：（1）冗余技術(shù)。作為一種運(yùn)用系統(tǒng)并聯(lián)模型增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性的技術(shù)方法，冗余技術(shù)的應(yīng)用需關(guān)注硬件、軟件等信息的合理利用，如應(yīng)用信息包含技術(shù)、防火墻技術(shù)實現(xiàn)的信息冗余便屬于其中典型，增加信息位數(shù)、實現(xiàn)自動糾錯同樣屬于信息冗余范疇。此外，時間冗余同樣屬于冗余技術(shù)的應(yīng)用形式之一，運(yùn)用裝置可預(yù)測性即可實現(xiàn)故障地點查找、故障發(fā)生率降低，鐵路10 kV配電所繼電保護(hù)水平將由此實現(xiàn)長足提升。（2）保護(hù)整定注意事項?？梢赃x擇距離保護(hù)作為鐵路10 kV配電所饋線的主要保護(hù)措施，通過綜合判斷電流及電壓數(shù)據(jù)，減少干擾導(dǎo)致保護(hù)誤動，而電流速斷保護(hù)、過電流保護(hù)、電流增量保護(hù)則作為后備保護(hù)。考慮到饋線最大負(fù)荷電流與最小短路電流在很多時候較為接近，必要時可基于常規(guī)規(guī)定提高電流保護(hù)靈敏度，如饋線保護(hù)裝置由不同公司提供，需關(guān)注不同廠家存在的不同PT斷線判斷依據(jù)。（3）熱過負(fù)荷保護(hù)。饋線熱過負(fù)荷保護(hù)、變壓器過熱負(fù)荷保護(hù)同樣直接關(guān)系著鐵路10 kV配電所繼電保護(hù)動作準(zhǔn)確性，前者保護(hù)的實現(xiàn)需在收集外界環(huán)境溫度、接觸線電流的基礎(chǔ)上進(jìn)行計算，并開展接觸線固有特性與計算結(jié)果的對比，考慮到接觸線耐熱能力直接受到接觸線運(yùn)行持續(xù)通過電流大小影響，且電線材質(zhì)在其中發(fā)揮著決定性作用，相關(guān)保護(hù)的設(shè)置必須圍繞接觸導(dǎo)線、承力索材質(zhì)展開；后者保護(hù)是為了延長變壓器使用年限、保護(hù)鐵路10 kV配電所運(yùn)行穩(wěn)定性，但早保護(hù)方案無法反映變壓器溫升的情況下，定時限過負(fù)荷保護(hù)往往存在適用性較小、影響變壓器使用年限、變壓器跳閘頻繁等不足，因此本文建議變壓器使用熱過負(fù)荷保護(hù)，由此即可為鐵路10 kV配電所繼電保護(hù)動作準(zhǔn)確性的提升提供有力支持，本文研究的實踐價值也能夠得到較好證明。

3 結(jié)束語

綜上所述，鐵路10 kV配電所繼電保護(hù)配置具備較高現(xiàn)實意義，在此基礎(chǔ)上，本文涉及的電流速斷與過電流保護(hù)、繼電保護(hù)配置、保護(hù)整定注意事項、熱過負(fù)荷保護(hù)等內(nèi)容，提供了可行性較高的鐵路10 kV配電所繼電保護(hù)配置路徑，而為了實現(xiàn)更高水平的繼電保護(hù)，調(diào)度中心與供電變配電所通信信道的優(yōu)化、調(diào)度中心后臺軟件完善、調(diào)度員業(yè)務(wù)知識培訓(xùn)也應(yīng)成為業(yè)內(nèi)人士關(guān)注的焦點。