從高速動車組牽引供電系統(tǒng)角度略議繼電器的保護模式

高龍

摘 要：高速鐵路是人們普遍認可的交通工具之一，為了不斷滿足人們的交通需求，我們需要不斷提升高速鐵路動車組牽引供電系統(tǒng)的工作效率，采取科學的對策落實繼電器的保護工作。為了保障車輛牽引供電系統(tǒng)的供電穩(wěn)定性，我們應該認真了解牽引供電系統(tǒng)的供電工作現(xiàn)狀，采取科學的對策確保高速動車組的正常運營?；诖耍疚闹饕撌隽烁咚賱榆嚱M牽引供電系統(tǒng)的繼電器保護現(xiàn)狀，然后從不同供電模式角度探究了牽引網(wǎng)和變壓器的繼電保護方法，希望能夠有效提升繼電器的保護工作質(zhì)量，并推動高速動車組牽引供電系統(tǒng)的長遠健康發(fā)展。

關鍵詞：高速動車組 ；牽引供電系統(tǒng) ；繼電器；保護

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。為防止牽引網(wǎng)穩(wěn)定性降低，系統(tǒng)需完成熱過負荷保護的設置，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。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)故障則要將對應斷路器跳開，并向?qū)╇姳郯l(fā)送聯(lián)跳指令。而供電臂在接收到命令后，應立即跳開對應斷路器。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 19k V 以上。所以在低壓側(cè)母線電壓設計上，應設定為24k V。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。

參考文獻：

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