電氣化鐵路牽引變電所繼電保護(hù)探討

張祖華

中鐵十一局集團(tuán)電務(wù)工程有限公司 湖北 武漢 430070

引言

鐵路運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)對社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有非同凡響的意義，對社會經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)周期的提高做出了重要的貢獻(xiàn)。而在鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)中，電氣化鐵路在其中更是有著其他鐵路運(yùn)輸方式所不具有的優(yōu)勢。對于電氣化鐵路而言，要想完整的運(yùn)轉(zhuǎn)起電氣化鐵路的運(yùn)輸系統(tǒng)就需要依靠相對應(yīng)的牽引系統(tǒng)來實現(xiàn)其中的各類功能和作用，而牽引系統(tǒng)又需要牽引繼電保護(hù)來實現(xiàn)其安全可靠的運(yùn)轉(zhuǎn)，因此無論是對于鐵路系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，或者是實現(xiàn)鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)的穩(wěn)定構(gòu)建和安全可靠的運(yùn)行，相關(guān)專業(yè)人員對電氣化鐵路牽引變電所繼電保護(hù)做出相應(yīng)的研究，提出解決其中問題的辦法和措施就具有非常重要的現(xiàn)實意義和經(jīng)濟(jì)價值。

1 電氣化鐵路概述

1.1 牽引變電所

在電氣化鐵路系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，其牽引變電所作為牽引供電系統(tǒng)最為核心的裝置主要作用是將經(jīng)過升壓和降壓處理后的三相高壓電轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪?、穩(wěn)定、可持續(xù)輸入的可以供給當(dāng)前在鐵路線上行駛的機(jī)車的單相交流電。在目前實際情況中大部分牽引變電所所使用的牽引供電設(shè)備主要分為一次設(shè)備和二次設(shè)備兩類供電裝置，一次設(shè)備主要包含電力傳感器、電力傳輸母線、電力保護(hù)裝置等，以此來實現(xiàn)電力資源在電氣化鐵路系統(tǒng)中的傳輸、分配、分流和使用等，從而使機(jī)車能夠在鐵路線上安全穩(wěn)定的工作。二次設(shè)備則是通過現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)實現(xiàn)專業(yè)人員對牽引變電所的遠(yuǎn)程控制和交互，為牽引變電所提供現(xiàn)代化技術(shù)方面的管理支持，從而形成智能化、信息化、自動化、集成化的先進(jìn)牽引變電所運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)。另外，運(yùn)用在電氣化鐵路系統(tǒng)中的牽引變電所還可以對設(shè)備內(nèi)的電器進(jìn)行控制，提高對鐵路線上機(jī)車的供電質(zhì)量和效率，保證機(jī)車運(yùn)轉(zhuǎn)安全，同時還會采用牽引變電設(shè)備的雙備份模式，在發(fā)生問題時可以通過設(shè)備之間的轉(zhuǎn)換和連接使用來為機(jī)車源源不斷地提供電力，減少鐵路系統(tǒng)中電力網(wǎng)的運(yùn)載負(fù)荷，保障牽引變電所的功能安全和效率，實現(xiàn)電氣化鐵路系統(tǒng)的機(jī)械化和自動化運(yùn)行。

1.2 電氣化鐵路牽引供電原理

傳統(tǒng)鐵路系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)需要依靠大量的電力資源和煤炭、石油等自然資源來維持，消耗資源量很大且往往效率不高，而和其相比電氣化鐵路就不需要投入能源，而是需要構(gòu)建合理完善的牽引供電系統(tǒng)來為電氣化鐵路系統(tǒng)提供運(yùn)轉(zhuǎn)動力。在鐵路經(jīng)過鐵路線時，由于在鐵路線周邊地區(qū)往往會建設(shè)大大小小、規(guī)模不同的牽引變電站，這些變電站內(nèi)會設(shè)有相應(yīng)的電流變壓器，當(dāng)外界高壓電經(jīng)過一次升壓后會進(jìn)入到降壓器中，在對這些電流降低電壓達(dá)到正常使用水平后就可以通過電力牽引裝置例如牽引網(wǎng)、牽引器等給電氣化鐵路系統(tǒng)中的機(jī)車進(jìn)行供電工作，從而保證機(jī)車能夠源源不斷的擁有電力支持，實現(xiàn)鐵路系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)行。另一方面，傳統(tǒng)牽引變電站中的供電方式大多都采用雙線雙變供電，一般是指在變電站負(fù)荷上設(shè)置的電源有兩個，負(fù)載正常運(yùn)行時由其中一個電源供電，另一個處于備供狀態(tài)，而在電氣化鐵路系統(tǒng)中使用的牽引變壓器為單向式牽引變壓，一旦在鐵路線出現(xiàn)停電或小規(guī)模供電短缺的情況時就可以通過使用閘門將牽引器開關(guān)打開使一條鐵路線上的相鄰的牽引變電站對機(jī)車實行供電服務(wù)[1]。

2 牽引變電所繼電保護(hù)存在的問題

經(jīng)過大量走訪調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，就目前情況而言在實際運(yùn)用中大部分的電氣化鐵路系統(tǒng)雖然構(gòu)建趨于完善，但其中的牽引變電所繼電保護(hù)還存在各種各樣的問題，雖然相應(yīng)的繼電保護(hù)裝置都能正常運(yùn)轉(zhuǎn)實現(xiàn)對牽引變電所的繼電保護(hù)，但是由于這類保護(hù)僅僅使用雙套距離保護(hù)裝置來實現(xiàn)保護(hù)作用，沒有后續(xù)的完善保護(hù)和對牽引變電所相關(guān)設(shè)備的維修更新，因此在牽引變電所繼電保護(hù)中仍然存在大量急需解決的問題。

2.1 線路繼電保護(hù)配置存在的問題

由于目前實際應(yīng)用中在電氣化鐵路系統(tǒng)的路線牽引繼電保護(hù)分配上沒有針對實際線路所設(shè)置的繼電保護(hù)裝置，且就算存在相應(yīng)的繼電保護(hù)裝置也往往達(dá)不到安全穩(wěn)定的維護(hù)電氣化鐵路系統(tǒng)正常運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)和要求，因此就需要引入光纖電流差動保護(hù)等先進(jìn)的繼電保護(hù)技術(shù)來對電氣化鐵路系統(tǒng)的鐵路線繼電保護(hù)進(jìn)行管理運(yùn)營。在實行對電氣化鐵路系統(tǒng)供電線路的保護(hù)中最重要的就是使用三相電源來進(jìn)行，三相電源產(chǎn)生的電壓經(jīng)過牽引變壓后傳送到鐵路線中供給機(jī)車運(yùn)行，并按照電流線路保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)和要求來對繼電保護(hù)裝置進(jìn)行維護(hù)更新。其次，光纖差動保護(hù)相對于傳統(tǒng)的線路架空模式而言可以有效減少為了對鐵路線路進(jìn)行保護(hù)而造成的土地資源和空曠地帶的浪費，并且在實際應(yīng)用中可以做到防微杜漸，根據(jù)光纖差動保護(hù)模式中所發(fā)現(xiàn)的問題提出有效的解決手段和措施，并在出現(xiàn)問題時能夠在第一時間通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)反映給接收端，還能準(zhǔn)確地讓專業(yè)人員判斷出故障發(fā)生地點，從而實現(xiàn)對鐵路線路的緊急維護(hù)。另一方面，由于在電氣化鐵路系統(tǒng)中電力資源的電源端數(shù)據(jù)是不斷發(fā)生變化的，而這類數(shù)據(jù)和信息的多變性就給相關(guān)管理人員帶來了一定的工作難度，難以對電氣化鐵路牽引變電所繼電保護(hù)的電流保護(hù)和距離保護(hù)做出相對應(yīng)的選擇和判斷，而光纖差動保護(hù)技術(shù)的引用就可以充分保障電氣化鐵路電網(wǎng)線路的安全使用，并有效解決上述問題。因此現(xiàn)階段在線路繼電保護(hù)配置方面存在的問題就是繼電保護(hù)技術(shù)不先進(jìn)，不能有效解決牽引變電所繼電保護(hù)過程中出現(xiàn)的各類問題，從而不能穩(wěn)定的實現(xiàn)電氣化鐵路系統(tǒng)的安全持續(xù)運(yùn)行[2]。

2.2 牽引變壓器保護(hù)配置存在的問題

目前在電氣化鐵路系統(tǒng)線路的牽引變壓器保護(hù)配置中，往往采用的是單一牽引變壓器保護(hù)，這種模式不僅在出現(xiàn)問題時不能第一時間發(fā)現(xiàn)并解決，而且還不能擁有有效的后備能源來對鐵路進(jìn)行后續(xù)供電，因此就需要雙重化保護(hù)裝置來對牽引變壓器保護(hù)配置實行更新，這樣在鐵路運(yùn)行過程中如果出現(xiàn)電力資源不足的情況就可以使用另外的后備變壓器來進(jìn)行供電。

3 牽引變電所差動保護(hù)措施

3.1 將流互變比線圈接入正確

在牽引變電所的繼電保護(hù)中，由于電路高壓特和低壓側(cè)存在一定的電壓差，而這種電壓差就會在電力供給中導(dǎo)致電流不平衡的現(xiàn)象，為了消除這種電壓差并減小電流不平衡對電力供給的影響，就需要選定適當(dāng)?shù)牧骰プ兓瘜Ω邏憾撕偷蛪憾诉M(jìn)行電壓補(bǔ)償，這就需要相關(guān)專業(yè)人員在對線路進(jìn)行差動保護(hù)工作時，就需要接入正確的流互交比線圈，從而確保牽引器電保護(hù)設(shè)備的正常運(yùn)行[3]。

3.2 將流互極性接入正確

在牽引變電所的繼電保護(hù)中，需要將流互極性接入正確，如果極性相反，就會造成電流和電壓的不平衡現(xiàn)象，矢量無法達(dá)到設(shè)計要求，從而引發(fā)電流保護(hù)裝置最終導(dǎo)致跳閘，對電氣化鐵路系統(tǒng)造成影響。這就要求接入線圈的專業(yè)人員需要根據(jù)電路知識中的基爾霍夫原理來對接入的流互電路進(jìn)行矢量和的求取，確保電流極性方向的正確。

3.3 矯正接線方式

在進(jìn)行電氣化鐵路牽引變電所繼電保護(hù)過程中使用的傳統(tǒng)的接線方式是人工設(shè)計電路圖、人工擰線接線的方式，這種方式在接線過程中施工人員難免會因自身知識或經(jīng)驗的欠缺而導(dǎo)致接線錯誤，從而導(dǎo)致后續(xù)問題的發(fā)生，因此為了矯正接線方式，就需要引入先進(jìn)的自動化和機(jī)械化設(shè)備，對繼電保護(hù)的電路接線方式實行基礎(chǔ)和設(shè)備上的更新，并在繼電保護(hù)中采用數(shù)字式變壓器差動保護(hù)裝置，對其工作過程中的接線組別實行星形連接，就可以保證電流和電壓的平衡，實現(xiàn)對電氣化鐵路系統(tǒng)線路的可持續(xù)供電[4]。

3.4 減少流互二次側(cè)接地點

在牽引變電所的流互二次側(cè)如果出現(xiàn)多點接地的現(xiàn)象就會導(dǎo)致線路電壓和電流的不平衡，引起差動誤動現(xiàn)象，阻礙后續(xù)供電工作的進(jìn)行。 因此就這些問題而言，就需要相關(guān)專業(yè)人員在接入繼電保護(hù)線路時減少流互二次側(cè)接地點，或者實行單點接地，這樣就可以使接地點之間無法構(gòu)成有效的電流回路，從而避免差動誤動現(xiàn)象的發(fā)生[5]。

4 結(jié)束語

綜上所述，電氣化鐵路牽引變電所繼電保護(hù)工作作為鐵路電力系統(tǒng)中的重要保護(hù)成分對保護(hù)電氣化鐵路電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行有著巨大的作用和重要的意義，而在現(xiàn)階段中牽引變電所繼電保護(hù)仍存在許多問題，這就需要相關(guān)專業(yè)人員對繼電保護(hù)技術(shù)不斷的實行更新和發(fā)展，完善繼電保護(hù)裝置，更新繼電保護(hù)設(shè)備，政府和企業(yè)方面也應(yīng)該加大資金投入，對鐵路牽引供電系統(tǒng)的繼電保護(hù)進(jìn)行不斷的研究和深入，從而加快電氣化鐵路系統(tǒng)的構(gòu)建，改善民生出行質(zhì)量和貨物運(yùn)輸方式，推動鐵路經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。