接觸網(wǎng)跳閘保護(hù)與后備保護(hù)配合的優(yōu)化

周永光

（南寧鐵路局調(diào)度所 工程師 廣西 南寧 530029）

1 問題提出

2016年5月9日,柳南客專南寧東變電所饋線跳閘重合成功但后備保護(hù)仍然跳閘導(dǎo)致停電事故擴(kuò)大,影響了行車秩序。對于這一有悖供電保護(hù)工作原理的現(xiàn)象，我們通過如下深入分析，力求切實(shí)找準(zhǔn)成因，有針對性地制定措施，防止此類事故再次發(fā)生。

1.1 運(yùn)行方式 2016年5月9日柳南客專線南寧東變電所2號主變A相帶211至226饋線運(yùn)行；B相帶227-230共饋線運(yùn)行，供電臂范圍內(nèi)AT所、分區(qū)所并聯(lián)斷路器投入運(yùn)行。南寧東變電所主接線圖見圖1。

圖1 變電所、AT所、分區(qū)所接線圖

1.2 故障現(xiàn)象 2016年5月9日21時48分28秒，柳南線下行228 QF電流速斷、南廣線下行230 QF阻抗及過流保護(hù)動作跳閘，均重合成功，204 QF低壓啟動過流保護(hù)動作跳閘，跳閘數(shù)據(jù)見表1-1和表1-2。

表1-1 故障數(shù)據(jù)及整定值表

表1-2 故障數(shù)據(jù)及整定值表

1.3 存在問題 228 QF、230 QF跳閘均重合成功，說明故障已排除，但作為饋線后備保護(hù)的204 QF仍然跳閘，造成中斷行車擴(kuò)大停電范圍。這種不符合邏輯的現(xiàn)象如不解決，雨季長、雷擊多、接觸網(wǎng)跳閘頻繁的行車秩序?qū)⑹艿絿?yán)重干擾，經(jīng)濟(jì)、社會效益受到惡劣影響。

2 原因分析

針對存在的問題，我們組織故障發(fā)生時的當(dāng)班職工和有關(guān)技術(shù)管理人員及設(shè)備維修者座談，聯(lián)系既往工作實(shí)際，從理論和實(shí)踐結(jié)合的角度，重點(diǎn)從以下方面對故障原因進(jìn)行分析。

2.1 228 QF電流速斷保護(hù)動作分析 從表1所列故障數(shù)據(jù)及整定值可以清楚知道，饋線228 QF故障電流=1 960+2 812 A=4772 A大于4 170 A（電流速斷整定值），且延時時間為100 ms，滿足動作條件。21時48分22秒251毫秒228 QF電流速斷保護(hù)動作出口，推算21時48分22秒151毫秒保護(hù)啟動。

2.2 230 QF保護(hù)動作跳閘分析

2.2.1 阻抗保護(hù)動作分析 結(jié)合阻抗段保護(hù)動作特性對阻抗保護(hù)動作進(jìn)行分析，圖2為阻抗段保護(hù)動作特性示意圖。其分析過程：將跳閘阻抗等數(shù)據(jù)及二次電阻保護(hù)整定值91.40 Ω、二次電抗保護(hù)整定值168.64 Ω、保護(hù)動作值：R=22.5 Ω、X=56.4 Ω代入阻抗動作邊界四邊形（如圖2所示）,可見故障數(shù)據(jù)在四邊形內(nèi)，滿足阻抗保護(hù)動作條件。

圖2 阻抗段保護(hù)動作特性圖

2.2.2 過電流保護(hù)動作分析 由表1可知230 QF故障電流=2+2 233 A=2 335＞2 025 A（過流整定值），延時時間400 ms，滿足動作條件。

230 QF實(shí)測阻抗?jié)M足阻抗動作條件，實(shí)測故障電流滿足過電流保護(hù)動作條件，且400 ms延時動作，21時48分22秒685毫秒保護(hù)口驅(qū)動230QF跳閘，推算21時48分22秒285毫秒過電流保護(hù)啟動。

2.3 204 QF保護(hù)動作跳閘分析 當(dāng)故障電流Iβ=29 85 A＞2 175 A（過流整定值）,故障電壓Uβ=20.75 kV＜20.95 kV（電壓整定值），低電壓啟動過電流保護(hù)整定時間為700 ms。

204 QF故障數(shù)據(jù)滿足低電壓啟動過電流保護(hù)動作條件，經(jīng)700 ms延時，21時48分22秒670毫秒保護(hù)出口，驅(qū)動204 QF跳閘，推算21時48分21秒970毫秒204 QF保護(hù)啟動。

2.4 227 QF、229 QF不跳閘分析 當(dāng)接觸網(wǎng)發(fā)生故障時，牽引變電所饋線保護(hù)均應(yīng)可靠動作驅(qū)動斷路器跳閘。南寧東變跳閘當(dāng)天，227饋線、228饋線、229饋線、230饋線所在供電臂的AT所、分區(qū)所均并聯(lián)斷路器投入運(yùn)行，227 QF、229 QF裝置保護(hù)不動作，但204 QF低壓啟動過流保護(hù)動作跳閘。故障測距裝置采集數(shù)據(jù)見表2。

2.5 227 QF保護(hù)不動作分析 當(dāng)電流速斷整定值為4 170 A，時限0.1 S；過電流保護(hù)整定值為2 025

表2 故障測距裝置量數(shù)據(jù)及整定值表

A，時限為0.4 S；227饋線故障電流為1 035+971=2 006 A既小于4 170 A（速斷整定值）也小于2 025 A（過流整定值）；因此227 QF電流速斷和過電流保護(hù)均不啟動。

2.6 229 QF保護(hù)不動作分析 過電流保護(hù)整定值為2025A，時限0.4 S；229饋線故障電流為223+226=449 A＜2025A（過流整定值）；因此229 QF保護(hù)不啟動。

2.7 AT所和分區(qū)所失壓保護(hù)動作 AT所和分區(qū)失壓保護(hù)定值=13.75 kV，時間為0.3 S；故障電壓U=1.34 kV小于13.75 kV(低壓整定值)；AT所、分區(qū)所并聯(lián)斷路器失壓保護(hù)均采樣接在下行228 kx及230饋線的電壓互感器，故跳閘時電壓低于失壓定值，經(jīng)0.3 S后AT所、分區(qū)所并聯(lián)斷路器跳閘。而227 QF、229 QF保護(hù)裝置采集電流均未滿足動作條件，AT所、分區(qū)所并聯(lián)斷路器保護(hù)裝置采集電壓滿足動作條件且動作出口，跳閘切除故障電流，因此227 QF、229 QF不跳閘。

3 故障錄波及邏輯分析

在對有關(guān)電器元件作用與故障關(guān)聯(lián)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，我們還對故障錄波及邏輯做如下分析。圖3、圖4、圖5分別為228饋線、230饋線、204QF保護(hù)裝置故障錄波示意圖。

圖3 228饋線故障電流錄波

圖4 230饋線故障電流錄波

圖5 204QF故障電流錄波

查看故障錄波，結(jié)合跳閘報文，繪出故障電流持續(xù)時間及斷路器分閘時間示意見圖6，由故障電流波形圖3、圖4、圖5及圖6得知，21：48′21.970″，228饋線保護(hù)裝置過電流啟動I=3 750 A，同時主變低壓側(cè)β相（204 QF）過電流啟動。 21：48′22.251″，228饋線保護(hù)裝置電流速斷出口動作;228 QF跳閘過程中，即 21：48′22.285″，230饋線保護(hù)裝置阻抗啟動、過電流啟動I=2 614 A，主變后備保護(hù)裝置故障過流仍持續(xù)，直到 21：48′22.670″，低于啟動過流保護(hù)動作出口;在204 QF分閘過程中，即21：48′22.685″,230饋線保護(hù)裝置阻抗、過電流保護(hù)出口。

圖6 故障電流及跳閘示意圖

根據(jù)饋線斷路器、母線斷路器保護(hù)整定時間，228 QF電流速斷保護(hù)動作出口時間為21：48′22.251″，230 QF 阻抗、過電流保護(hù)保護(hù)動作出口時間為 21：48′22.685″，204 QF 過電流保護(hù)動作出口時間為 21：48′22.670″，204 QF 保護(hù)出口在前，230 QF保護(hù)出口在后，兩者時間相差15ms，所以盡管230 QF跳閘并重合成功，204 QF仍然跳閘。

4 保護(hù)解決方案

一般饋線電流速斷時限整定T1=0.1 s；阻抗保護(hù)時限整定T2=0.4 s；主變低壓啟動過電流保護(hù)時限比饋線阻抗保護(hù)延時一個級差△T=0.3，母線斷路器保護(hù)時限T3=0.7s，能夠保證選擇性的可靠。但是如果考慮接觸網(wǎng)供電臂上下行發(fā)生故障延時的疊加，饋線總時限Tk=2 T2=0.4+0.4=0.8 s，大于后備保護(hù)整定時限，則保護(hù)無選擇性，如本文案例。因此解決方案有以下選擇：

4.1 增大主變低壓啟動過電流保護(hù)時限 南寧東牽引變β相母線供電至柳南客專和南廣高鐵上下行接觸網(wǎng)即227、228、229、230饋線同時接在β相母線，饋線阻抗保護(hù)及過電流保護(hù)時限不變，則主變低壓啟動過電流保護(hù)整定時限整定為：

T=4T 2=4×0.4=1.6 s

這樣主變高壓側(cè)過流保護(hù)及上一級電網(wǎng)保護(hù)則分別增加時限，而實(shí)際運(yùn)行中四線故障延時疊加機(jī)率太低可以忽略，該方案可行性不高。

4.2 壓縮饋線阻抗保護(hù)時限 將饋線阻抗保護(hù)時限整定由，T2=0.460.3 s，考慮本線上下線故障保護(hù)延時疊加'T3=2T2=2×0.3 s，后備保護(hù)級差△T=0.2，主變母線低壓啟動過電流保護(hù)時限T=0.8 s，這樣既兼顧故障保護(hù)的復(fù)雜性，又保障了保護(hù)的選擇性，最大限度減少對動車運(yùn)輸秩序的影響。

5 結(jié)束語

“5.9”南寧東變電所越級跳閘案例奇特，其現(xiàn)象難以用電氣知識解釋，研究并找出其原因從根本上防范此類故障很有必要，而本文從理論與實(shí)踐的結(jié)合上提出對樞紐地區(qū)的變電所繼電保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行整定值配合的優(yōu)化建議具有較強(qiáng)的指導(dǎo)性，期望能為相關(guān)設(shè)備使用、維護(hù)單位和人員解決類似問題提供參考和借鑒。

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