主變低壓過電流保護動作原因分析與處理

姚國林 中國鐵路上海局集團有限公司杭州供電段

1 設備概況

AT供電方式牽引變電所采取四臺單相主變，高壓側(cè)引入兩路110 kV（220 kV）電壓，高壓側(cè)一路AB、BC兩相分別供1B、3B單項主變，另一路AB、BC兩相分別供2B、4B單項主變，兩路電源采用備自投方式互為備供，當一路電源失壓或設備故障，另一路自動投入。兩臺單相主變低壓側(cè)T線、F線分別引入27.5 kV高壓柜上、下行進線，經(jīng)配電供接觸網(wǎng)27.5 kV電壓電源給電力機車提供動力。

主變低壓低壓過電流保護是牽引主變保護后備保護，動作電壓按躲過主變壓器最低運行電壓整定Udz=Umin/kknPT。

式中：

Umin--低電壓側(cè)最低運行電壓，單位為伏特（V）。

KK--可靠系數(shù)，取1.2.

nPT--電壓互感器變比。

低電壓側(cè)動作電流：按躲過低壓側(cè)額定電流整定，見公式，AT供電方式低壓側(cè)取T、F和（相量差），各相動作電流應分別計算。

式中：

Kk.l--低壓側(cè)可靠系數(shù)，取1.2～1.5。

Ie.l--低壓側(cè)額定電流，單位安培（A）。

nCT.l--低壓側(cè)電流互感器變比。

2 第一次動作情況及原因分析

2.1 動作情況

4月30日牽引變電所1#主變低壓側(cè)過流出口201斷路器保護跳閘，低壓側(cè)電壓T線73.67 V，低壓側(cè)電壓F線74.49 V，本主變低壓側(cè)電流1.96 A，另一主變低壓側(cè)電流0.060 A，低壓側(cè)電壓74.08 V，出口時間700 ms。造成六路饋線同時停電，影響列車運行。

2.2 保護動作情況分析

牽引變電所1#主變低壓側(cè)過流保護裝置定值：電流互感器變比2500/1，低壓側(cè)過流電流0.92 A，低壓側(cè)過流時間700 ms，低壓側(cè)過流閉鎖電壓 75 V。4月 30日 16：37：31：524ms，1#主變低壓側(cè)過流出口201斷路器保護跳閘，跳閘時低壓側(cè)過電流1.96 A＞Iset:0.92 A，跳閘時低壓側(cè)閉鎖電壓74.08 V＜Uste:75 V，保護正常動作。

2.3 保護動作原因分析

主變低壓側(cè)高壓柜進線201進線柜供六路上下行接觸網(wǎng)線路，201斷路器主變低壓側(cè)低壓過流保護跳閘，其供電六路饋線均未跳閘，查看現(xiàn)場后臺和饋線本體裝置的信息，無饋線保護啟動事件，通過六條饋線 211、212、215、216、217、218電流負荷曲線分析，在跳閘時六條饋線電流相加為4 800 A左右（見圖1）與201斷路器保護跳閘電流1.96 A×2 500＝4900 A接近。

圖1 六條饋線電流負荷曲線圖

1＃主變201斷路器過流保護跳閘動作時電壓為74.08 V，低于低電壓閉鎖過流定值75 V。在跳閘發(fā)生前，隨著1#主變負荷不斷增大，低壓側(cè)電壓下降（見圖2）。

由圖2可以看出六個饋線負荷電流同時疊加到主變低壓側(cè)電流達到4 900 A時，按跳閘時低壓側(cè)電壓74.08 V（即74.08×275/1000=20.372 kV）計算，1#主變負荷為20.372 kV×4.9 kA=99.82 MVA，1#主變額定容量為40 MVA，故而導致主變低壓側(cè)輸出電壓下降至低壓過流定值電壓以下，跳閘時低壓側(cè)閉鎖電壓74.08 V＜Uste:75 V，201DL斷路器保護正常動作引起跳閘。

圖2 主變低壓側(cè)電流、電壓曲線圖

3 第二次動作情況及原因分析

3.1 動作情況

5月22日牽引所設備整治，牽引所上行方向采取越區(qū)供電，1B供201斷路器供停用，下行方向正常供電，3B經(jīng)203斷路器正常供電，14：36：02：912ms3號主變后備保護裝置低壓側(cè)b相過流出口203斷路器跳閘，低壓側(cè)Ua為50.89 kV，低壓側(cè)Ub為0.00 kV，低壓側(cè)Uab為50.89 kV，低壓側(cè)Ia為2.25 A，低壓側(cè)Ib為2305.19 A，出口時間700 ms。造成兩路饋線同時停電，影響列車運行。

3.2 保護動作情況分析

3#主變低壓側(cè)過流保護裝置定值：電流互感器變比2500/1，低壓側(cè)過流電流0.92 A，低壓側(cè)過流時間700 ms，低壓側(cè)過流閉鎖電壓132 V。5月22日14時36分02秒912毫秒，低壓側(cè)b相過流動作203斷路器跳閘，跳閘時低壓側(cè)電流Ib為0.922 A（一次2305.19 A折算至二次）＞Iset:0.92 A，跳閘時低壓側(cè)閉鎖電壓Ub為0 V＜Uste:132 V，保護正常動作，實際運行Ub為0 V不正常。

3.3 保護動作原因分析

根據(jù)主變低壓側(cè)低壓啟動過流保護邏輯框圖見圖3。

圖3 主變低壓側(cè)低壓啟動過流保護邏輯框圖

正確的邏輯對應關系是201斷路器a相對應Uα、Iα，203斷路器b相對應Uβ、Iβ。而越區(qū)時203斷路器b相運行，201斷路器a相退出，經(jīng)現(xiàn)場對后備保護裝置內(nèi)部實際接線核對，對應關系是201斷路器a相對應Uβ、Iα，203斷路器b相對應Uα、Iβ。當時兩條饋線均有動車運行，兩路饋線電流、電壓都不滿足饋線阻抗和過流跳閘，兩路饋出單元負荷電流同時疊加后電流達到主變低電壓過流出口定值，即203DL保護采的電流Iβ(13LH)超過整定值，對應的裝置內(nèi)部對應的電壓Uβ為0 V，無低電壓閉鎖，主變低壓側(cè)過流電流保護電流值達到定值203斷路器過流保護跳閘。

4 存在問題

通過以上兩起牽引所主變低電壓過電流動作分析，可知主變低電壓過電流保護定值設置及保護裝置存在以下問題。

（1）主變低壓側(cè)過電流保護與饋線低壓過電流保護整定原則不同造成主變低壓側(cè)過電流保護動作。主變低電壓側(cè)動作電流按躲過低壓側(cè)額定電流整定，饋線動作電流按躲過饋線最大負荷電流并保證末端故障有足夠靈敏度整定，隨著機車密度的增加，牽引所各饋線負荷疊加到主變低壓側(cè)，易造成各饋線電流疊加值超主變低壓過電流保護定值。另一方面從管內(nèi)各線牽引所主變低壓過電流保護電壓定值調(diào)查發(fā)現(xiàn)，五條運行線路主變低壓側(cè)與饋線過電流啟動電壓值壓差值分別是：14 V、0 V、0 V、5 V、7 V，大多數(shù)牽引所主變低壓側(cè)與饋線啟動電壓值差距不大，造成牽引所各饋線負荷疊加達到主變低壓側(cè)電流整定值，主變低壓側(cè)過電流保護動作，而各饋線由于電流保護整定未達到而未動作，低壓過電流保護啟動電壓值設置不合理，級差不明顯，易造成越級跳閘。

（2）主變后備保護裝置主變低壓側(cè)過電流保護電流、電壓接線不正確，a相對應 Uα、Iα，b 相對應 Uβ、Iβ，主變后備保護裝置只采量，未判別電流、電壓采樣的正確性，在現(xiàn)場實際試驗過程中應該能及時發(fā)現(xiàn)問題存在，但是實際試驗只對主變低壓側(cè)電流互感器進行加流不加電壓量來做主變低壓側(cè)過電流保護動作試驗，既未通過低電壓閉鎖關系來做主變低壓側(cè)低壓過流保護跳閘試驗，導致牽引變電所主變低壓側(cè)電流、電壓采樣不正確沒有及時發(fā)現(xiàn)。

5 改進措施

針對主變低壓側(cè)過電流保護存在問題，結合實際，應采取以下措施：

（1）隨著機車密度的增加，合理配置饋線保護和主變后備保護定值，根據(jù)實際負荷情況，特別是樞紐地區(qū)多路饋線的牽引變電所，對主變低壓側(cè)低電壓過流動作保護電流值、電壓值進行合理配置。在考慮主變?nèi)萘壳闆r下適當提高過電流定值，主變低壓側(cè)過電流啟動電壓定值與饋線低壓側(cè)過電流啟動電壓定值適當拉開差距，在低壓過電流保護定值中啟動電壓定值設置饋線過電流啟動電壓定值比主變低壓側(cè)過電流啟動電壓定值高10 V左右，確保單饋線過電流動作，減少主變低壓側(cè)過電流動作頻次，防止因主變低壓側(cè)過電流動作造成多路饋線停電，干擾鐵路運輸生產(chǎn)。

（2）在后備保護背部接線端子上，電壓a相Uα和b相Uβ，電流a相Iα和b相Iβ端子位置較近，在相鄰端子上（見圖4）接線不注意極易接錯，所以必須掌握每個模擬量點對應關系及裝置邏輯關系，確保接線正確性。

圖4 后備保護裝置背板圖

從主變后備保護裝置軟件上進行優(yōu)化，對引入保護裝置a相 Uα、Iα 和 b相 Uβ、Iβ 電壓、電流保護量進行檢測，判別電壓、電流相位、頻率相同性，在監(jiān)控系統(tǒng)一次主界面上顯示a相 Uα、Iα 和 b相 Uβ、Iβ 電壓、電流量相角，對電流、電壓量進行實時監(jiān)控，防止因接線錯誤引起主變低壓側(cè)低壓過電流保護無動作。

（3）梳理牽引變電所試驗情況，通過掌握保護動作邏輯關系，用正確試驗方法來試驗判斷設備實際運行中的保護動作跳閘邏輯關系，在低壓過電流保護試驗中接必須加電壓量和電流量，電壓量加運行標準值后慢慢加升電流量，電流量達到定值后，確認斷路器保護不跳閘，慢慢降低電壓量，達到電壓量定值，斷路器跳閘，試驗正確完成。不得簡化試驗方法，不加電壓量，只加電流量到電流保護定值跳斷路器，造成接線錯誤試驗作業(yè)不被發(fā)現(xiàn)。做好試驗結果的檢查驗證，對試驗的數(shù)據(jù)與試驗的報文比對分析，及時發(fā)現(xiàn)試驗存在問題，落實整改，提高試驗質(zhì)量。

6 結論

通過上述分析表明，主變低壓側(cè)低壓過電流保護動作，造成多條饋線同時停電，嚴重干擾鐵路運輸生產(chǎn)，然而根據(jù)以上兩起主變低壓側(cè)低壓過電流保護動作的原因分析，我們發(fā)現(xiàn)從合理整定定值、改進保護裝置軟件、標準化試驗方面入手，可以有效改進主變低壓側(cè)低壓過電流保護跳閘的頻次，大大提高設備安全運行的可靠性。