高速鐵路牽引變電所繼電保護方案優(yōu)化研究

徐金龍

摘要：目前經(jīng)濟的發(fā)展，城鎮(zhèn)化進程的加快，促進交通建設(shè)項目的增多。隨著我國經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，對交通的要求也越來越高，其中高速鐵路為了適應(yīng)時代的發(fā)展也在不斷提高自身的建設(shè)質(zhì)量，通過創(chuàng)新引進新技術(shù)，逐漸滿足了人們的日常出行混入交通運輸?shù)男枨蟆５歉咚勹F路的發(fā)展帶來的不僅僅是優(yōu)勢，還會出現(xiàn)一些新問題，特別是在高速鐵路牽引變電所繼電保護方案方面常常會出現(xiàn)管理不當設(shè)計不當?shù)膯栴}。本文就高速鐵路牽引變電所繼電保護方案優(yōu)化展開探討。

關(guān)鍵詞：高速鐵路;牽引供電系統(tǒng);繼電保護

引言

繼電保護是牽引變電所的心臟，其作用是在牽引供電系統(tǒng)發(fā)生故障或異常情況時進行報警、快速切除和隔離，以減小停電范圍、縮小故障停電時間，從而提高牽引供電系統(tǒng)運行的可靠性。按照繼電保護的基本要求，必須滿足選擇性、速動性、靈敏性和可靠性。一旦繼電保護裝置發(fā)生故障退出，將嚴重威脅牽引供電系統(tǒng)的安全運行，輕則使牽引供電設(shè)備得不到保護，重則造成設(shè)備和財產(chǎn)損失，導(dǎo)致牽引變電所的解列退出，影響正常行車秩序。

1高速鐵路牽引變電所在220kV電網(wǎng)中位置分析

根據(jù)《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》，電力系統(tǒng)向高速鐵路牽引變電所提供兩路獨立電源，并且線路中間不允許T接其它負荷，牽引變電所是電力系統(tǒng)的終端負荷。無論是牽引變電所電源進線故障還是牽引變電所內(nèi)部故障，都不會影響220kV電網(wǎng)中的其它電力用戶。此外，高速鐵路牽引變電所一般不存在穿越功率。由高速鐵路牽引變電所在220kV電網(wǎng)中的位置及其特點可以看出，高鐵用戶不同于電力系統(tǒng)的220kV一般用戶，其保護配置也有別于電力系統(tǒng)220kV變電站傳統(tǒng)保護配置。同時，為牽引變電所供電的220kV線路保護也應(yīng)該根據(jù)牽引用戶的特點進行配置，在滿足用戶需求和電網(wǎng)要求的前提下盡量簡化配置。

2高速鐵路牽引變電所繼電保護方案優(yōu)化

2.1電力系統(tǒng)線路保護

現(xiàn)如今我國一般的各項運用電能的設(shè)備都是應(yīng)用電壓為220kV左右的線路，在高速鐵路上所應(yīng)用的是在220kV以上的電壓，主要傳播途徑是光纖傳播，并且通過它來進行線路電流差動保護。光纖電流差動保護具有選擇性好、解決問題效果好的優(yōu)勢，對與解決保護區(qū)內(nèi)的故障有著明顯的效果。但是電流差動保護的進行是具有一定條件的，是必須要保證電力負荷在被保護線路的區(qū)域以外，這樣才能夠使牽引網(wǎng)進行差動保護工作的時候躲過最大負荷電流。

2.2變壓器過熱負荷保護

牽引變壓器作為電氣化鐵路中的一個主要供電設(shè)備，對鐵路運行的經(jīng)濟性和安全性均有較大影響。當長時間出現(xiàn)熱狀態(tài)下，會導(dǎo)致變壓器絕緣材料的彈性喪失，影響電氣強度。為了延長變壓器的使用年限，確保其在過熱情況下不至于損壞變壓器絕緣，我國的變壓器標準明確規(guī)定了變壓器的溫升限制。當前，主要使用定時限過負荷來對牽引變壓器進行保護，并利用過電流動作和過電流倍數(shù)來實現(xiàn)。這種保護方案的適用性比較小，當負荷定值整定比較高時，會使變壓器持續(xù)保持在過負荷的狀態(tài)下，影響變壓器的使用年限。而當整定值過低時，會使變壓器頻繁出現(xiàn)跳閘情況，對變壓器過負能力的發(fā)揮有比較大的影響。導(dǎo)致這種情況出現(xiàn)的根本原因是保護方案無法將變壓器溫升反映出來，使變壓器實際的過負荷能力和保護方式不匹配。而使用熱點溫度來限制負荷，可以更加準確、真實地將變壓器內(nèi)部的熱狀態(tài)反映出來，可以提升牽引變壓器過負荷的能力。在測量溫度時，可以使用間接測量和直接測量的方式來進行測量，其中間接測量是利用變壓器時間對電流的特性曲線來將內(nèi)部溫升反映出來的，而直接測量是使用溫度傳感器設(shè)備安裝在內(nèi)部發(fā)熱體上來實現(xiàn)的。由于鐵路牽引負荷具有持續(xù)時間長、負荷電流大等特點，當前使用的定時限過負荷己經(jīng)不能再滿足實際運行的要求，在未來會使用熱過負荷保護取代時限保護。

2.3饋線熱過負荷保護

饋線熱過負荷保護的工作原理主要是通過采集外界環(huán)境溫度和接觸線電流，通過內(nèi)部程序計算，將計算結(jié)果與接觸線的固有特性相比較，在不同情況下發(fā)出報警、跳閘命令，從而達到保護接觸網(wǎng)的目的。饋線熱過負荷保護的保護對象是接觸線。接觸線有其自身固有的熱特性，是一條以電流為變量的反時限曲線。這就要求保護裝置整定的曲線與接觸線的固有曲線進行配合。同時，保護裝置的整定曲線還應(yīng)與饋線的電流保護進行配合。觸線的通過電流及其持續(xù)時間表現(xiàn)為接觸線溫升及其對接觸線機械性能的影響。也就是說接觸線的耐熱能力的強弱表現(xiàn)為接觸線允許持續(xù)電流的大小。在一定意義上可以認為確定接觸線的熱特性就是確定接觸線的允許持續(xù)電流。接觸線包括由變電所饋線斷路器至接觸網(wǎng)上網(wǎng)處的供電線、接觸網(wǎng)。供電線的允許持續(xù)電流由供電線的材質(zhì)決定，接觸網(wǎng)的允許持續(xù)電流則由接觸導(dǎo)線和承力索共同決定。流經(jīng)供電線的電流經(jīng)接觸導(dǎo)線和承力索分流，因此接觸網(wǎng)的允許持續(xù)電流為接觸導(dǎo)線的允許持續(xù)電流與此時承力索中電流之和。在接觸導(dǎo)線和承力索的材質(zhì)確定后可以通過計算算出接觸網(wǎng)的允許持續(xù)電流。比較接觸網(wǎng)允許持續(xù)電流和供電線允許持續(xù)電流的大小，選擇較小的作為接觸線的允許持續(xù)電流，并由此確定接觸線的熱特性。高鐵和客運專線牽引負荷具有負荷電流大、持續(xù)時間長的特點，現(xiàn)有的定時限過負荷保護已經(jīng)不適應(yīng)當前的運行要求，在將來的工程中將采用熱過負荷保護替代定時限保護。

結(jié)語

綜上所述，促進我國高速鐵路的正常運行和使用壽命，必須要在牽引變電所繼電保護方面加大力度，其能夠保證高速鐵路在運行的時候，電力供電系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。但是由于我國高速鐵路發(fā)展時間短、發(fā)展速度快，相關(guān)保護技術(shù)跟不上發(fā)展速度，只能沿用普通鐵路的保護原理和措施，不能有效地滿足高速鐵路牽引供電系統(tǒng)。所以，加強高速鐵路牽引變電所繼電保護方案的提出是如今促進高速鐵路發(fā)展的重要措施。

參考文獻

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