高鐵牽引所主變低壓啟動過電流保護(hù)分析及對策

俞益飛 中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司調(diào)度所

高速鐵路牽引所是鐵路供電的核心設(shè)備，主變是牽引所心臟設(shè)備，承擔(dān)電能的輸送與電壓的變換。目前高速牽引所采用兩路220 kV 電源進(jìn)線受電分別接至兩組主變，日常運(yùn)行兩路電源及主變采用一主一備方式，當(dāng)一路電源或者主變故障，另一路電源和主變自動投入運(yùn)行，確保不間斷給高速鐵路接觸網(wǎng)動車組供電。

1 概況

XX 年 X 月 X 日 2：23，滬通高鐵 XX 牽引所 4 號主變低壓側(cè)204 斷路器在天窗點內(nèi)進(jìn)行設(shè)備檢修時拒合暫時無法修復(fù)，由于牽引所電源一（對應(yīng)1 號、3 號主變）供電公司計劃停電未能恢復(fù)供電，后確定采用鄰所半邊越區(qū)供電方式，XX 牽引所通過XX 分區(qū)所越區(qū)供電恢復(fù)接觸網(wǎng)供電。8:11、9:17XX 牽引所2號主變低壓側(cè)202DL分別過電流保護(hù)動作，手動送電恢復(fù)供電，造成接觸網(wǎng)兩次停電5 min，影響多趟動車組運(yùn)行。

1.1 動作情況

8:11，XX 牽引所2 號主變低壓側(cè)202DL 低電壓過電流保護(hù)動作，Ua 為 27.3 kV，Ub 為 0.5 kV,Ia 為 0.18 A，Ib 為 1247.1 A。初步判斷過負(fù)荷，8:14 手動閉合202DL 恢復(fù)供電。9:17，XX牽引所2號主變低壓側(cè)202DL低電壓過電流保護(hù)動作，Ua為26.6 kV，Ub 為 0.5 kV,Ia 為 0.25 A，Ib 為 1100.3 A。初步判斷過負(fù)荷，9:19 手動閉合202DL 恢復(fù)供電。通知列車調(diào)度員適當(dāng)控制車流。

1.2 保護(hù)分析

主變過電流保護(hù)的作用是保護(hù)外部短路引起的變壓器過電流。牽引變壓器高低壓側(cè)均設(shè)置了過電流保護(hù)，低壓側(cè)過電流保護(hù)是27.5 kV 母線的主保護(hù)、相應(yīng)饋線的后備保護(hù)。根據(jù)最新繼電保護(hù)導(dǎo)則要求，過電流保護(hù)增加低電壓閉鎖功能，動作電壓按躲過變壓器低壓側(cè)最低運(yùn)行電壓整定。

式中：Umin為低壓側(cè)最低運(yùn)行電壓，單位伏特（V）；

Kk為可靠系數(shù)，取1.2；

npt為電壓互感器變比。

對于2×25 kV AT供電方式，低壓判據(jù)采用T母線對地或者TF合成電壓。

低壓側(cè)動作電流按躲過低壓側(cè)額定電流整定，AT供電方式低壓側(cè)取T、F 電流之和（向量差），各相動作電流應(yīng)分別計算。

式中：Kkl為低壓側(cè)可靠系數(shù)，取1.2～1.5；

Iel為低壓側(cè)額定電流，單位安培（A）;

nCTl低壓側(cè)電流互感器變比。

查該所保護(hù)整定單，2號主變低壓側(cè)過流保護(hù)定值（二次值）：過流值0.44 A，電壓值73 V，時限整定0.7 s，流互變比2500/1，壓互變比275/1。換算至高壓一次值，過流值為0.44 A×2 500=1 100 A，電壓值為73 V×275=20.075 kV，兩次跳閘時低壓側(cè)過電流1247.1 A、1100.3 A 均超過整定值1 100 A；兩次跳閘時低壓側(cè)閉鎖電壓接近于零，小于整定值20.075 kV，達(dá)到動作條件，保護(hù)屬于正常動作。

2 原因分析

分析跳閘數(shù)據(jù)（跳閘報告見圖1），對照XX牽引所一次主接線圖，發(fā)現(xiàn)2號主變對應(yīng)202DL 且供電至T1、F1段母線，對應(yīng)201YHT、201YHF，查詢母線電壓曲線，發(fā)現(xiàn)201YHT、201YHF 在跳閘前電壓正常（電壓曲線見圖2）。跳閘報告數(shù)據(jù)Ub=0.5 kV，而a 相母線已停電情況下Ua=27.3 kV，Ua、Ub電壓數(shù)據(jù)異常。繼續(xù)查詢牽引所二次接線圖以及所內(nèi)保護(hù)裝置配置，發(fā)現(xiàn)綜自廠家在保護(hù)裝置里將低壓Ⅰ段、Ⅱ段的a相與b相定義取反，即Ua、Ub數(shù)據(jù)反了，致使主變低壓側(cè)過電流保護(hù)中低電壓閉鎖功能失效，當(dāng)主變低壓側(cè)過電流超過保護(hù)定值保護(hù)裝置延時后出口動作。

圖1 跳閘報告

圖2 電壓曲線圖

3 存在問題

3.1 主變低壓側(cè)過電流與饋線低電壓過電流保護(hù)整定不合理

主變低壓側(cè)過電流保護(hù)是饋線保護(hù)的后備保護(hù)，整定按躲開主變低壓側(cè)額定電流整定，而饋線過電流按躲開饋線最大負(fù)荷電流并保證末端故障有足夠靈敏度整定。查詢該主變一個月里低壓側(cè)最大負(fù)荷曲線圖見圖3，最大負(fù)荷出現(xiàn)在13 日15：59：32，持續(xù)2 s，單條饋線最大電流1 466 A，該主變低壓最大電流1 541 A。對照保護(hù)整定單數(shù)據(jù)：饋線過電流整定值1 320 A，主變低壓過電流整定值1 100 A。存在過流保護(hù)整定與實際負(fù)荷、上下級保護(hù)電流定值不匹配的情況，遇到低電壓閉鎖功能失靈時，易使主變低壓側(cè)斷路器越級跳閘。

圖3 最大負(fù)荷曲線圖

3.2 主變后備保護(hù)裝置電壓定義不正確

XX 牽引所1 號、2 號系統(tǒng)在開通施工期間曾進(jìn)行二次接線對換，保護(hù)裝置對應(yīng)的遙測數(shù)據(jù)進(jìn)行同步修改，但遺漏主變后備保護(hù)裝置里低壓Ua和Ub定義的修改。查詢牽引所交接整體傳動試驗時，只在二次端子排處加壓通過保護(hù)裝置確認(rèn)電壓顯示正常，未進(jìn)行低電壓閉鎖功能試驗等。

3.3 未設(shè)置主變過電流自動放大電流定值功能

目前主變后備保護(hù)裝置均支持主變低壓側(cè)過電流保護(hù)在PT 斷線時自動放大電流定值功能，當(dāng)?shù)蛪簜?cè)PT 斷線條件啟動后，過電流保護(hù)會自動放大電流，確保在大負(fù)荷時不誤動作。

4 改進(jìn)措施

針對高鐵牽引所主變低壓側(cè)過電流保護(hù)設(shè)置存在的問題，結(jié)合運(yùn)行實際，應(yīng)采取以下措施：

4.1 合理配置饋線和主變后備過電流保護(hù)的定值參數(shù)

建議饋線與主變后備保護(hù)的電壓、電流、時限定值按上下級級差配置。目前不斷推出新型高鐵動車組，機(jī)車功率越來越高，運(yùn)行圖線條密度越來越密，這要求牽引所保護(hù)配置也必須動態(tài)維護(hù)，在滿足主導(dǎo)電回路能力的情況下，根據(jù)實際運(yùn)行負(fù)荷峰值大、持續(xù)時間短的情況，選取列車調(diào)圖后一時間段內(nèi)的最大負(fù)荷，并考慮饋線末端最小短路電流數(shù)值（設(shè)計數(shù)值為1 905 A），合理調(diào)整饋線低壓過流保護(hù)的電流數(shù)據(jù)。上級主變低壓側(cè)過流保護(hù)的電流數(shù)值應(yīng)與饋線設(shè)置合理級差。根據(jù)該所饋線實際負(fù)荷情況以及主變過負(fù)荷能力，建議饋線低壓過流整定值提高至1 480 A 左右、2 號主變低壓過流整定值提高至1 530 A左右為宜。

4.2 加強(qiáng)新線介入驗收工作，提高牽引所交接試驗工作質(zhì)量

牽引所驗收時需首先核對圖紙與現(xiàn)場實際接線是否一致，不同廠家對相關(guān)定義是否統(tǒng)一，提前審核調(diào)試點表；其次通過交接試驗核實回路的正確性，通過在設(shè)備源頭電壓、電流分別加量，遙測、保護(hù)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性校核，分部試驗與整組傳動試驗相結(jié)合，各類閉鎖試驗也需要逐一核對試驗，從而確保接線和數(shù)據(jù)配置的正確性。

4.3 設(shè)置主變低壓側(cè)過電流自動放大電流定值功能

XX 牽引所是2020 年新開通運(yùn)行的牽引所，按照最新繼電保護(hù)配置及整定導(dǎo)則，主變保護(hù)按雙套保護(hù)配置，現(xiàn)場設(shè)備分別為南自WBZ662、凱發(fā)KF6531 主變后備保護(hù)裝置，該型號保護(hù)裝置在低電壓啟動單相過電流保護(hù)時均具備PT 斷線時自動放大電流定值功能。其中單相過流保護(hù)的電流調(diào)整定值I1GLΨψ’＝k I1GLψ，I1GLψ為單相過流保護(hù)電流定值，ψ 為 a/b 相中任 一相；當(dāng)?shù)蛪簜?cè)對應(yīng)相 PT 斷線且過流定值調(diào)整功能投入時k=KGL1，其中KGL1為單相過流電流系數(shù)定值，否則k=1。低電壓啟動的a相過電流保護(hù)在滿足以下條件時出口跳a相斷路器（啟動條件見圖4）。

①Ua小于低壓側(cè)低壓啟動電壓定值；

②Ia＞I1GLa’，其中I1GLa’為a相過流電流調(diào)整定值；

③延時時間到。

其中PT 斷線閉鎖判據(jù)滿足電壓、電流條件：電壓定值按躲過最低運(yùn)行電壓整定，一般取30 V-50 V; PT 斷線延時2 s發(fā)出告警信號。這樣在電壓回路異常產(chǎn)生PT斷線報警時，能自動放大主變過電流定值，低壓側(cè)過電流放大倍數(shù)為最大負(fù)荷電流/額定電流比值，查詢放大倍數(shù)設(shè)計定值為2.86，保護(hù)裝置在滿足放大條件時自動把主變低壓側(cè)過電流電流定值由1 100 A 放大到3 146 A。投入這項功能，能有效減少過負(fù)荷引起的主變過電流保護(hù)動作次數(shù)。

圖4 a相過電流保護(hù)

4.4 合理安排牽引所內(nèi)設(shè)備檢修時間

本次誤動作是在牽引所半邊越區(qū)供電的特殊運(yùn)行方式產(chǎn)生，雖然誤動作原因為保護(hù)裝置電壓設(shè)置錯誤，但為有效較少此類情況再發(fā)，建議牽引所內(nèi)不同區(qū)域的設(shè)備檢修在安排時間上錯開，避免備用設(shè)備停電檢修、主用設(shè)備在天窗點維修發(fā)生設(shè)備故障無法修復(fù)從而影響正常供電。另外在特殊情況下必須采用牽引所半邊越區(qū)運(yùn)行方式，需提前檢查確認(rèn)牽引所具備運(yùn)行條件，越區(qū)完成后仔細(xì)檢查運(yùn)行主變的后備保護(hù)裝置內(nèi)的電壓電流數(shù)值是否正常，主變過電流保護(hù)電壓、電流、時限正確設(shè)置，雙套保護(hù)配置完全一致。

5 結(jié)論

通過上述分析，高鐵牽引所主變低壓側(cè)低電壓過電流保護(hù)誤動作，造成接觸網(wǎng)停電，干擾高鐵運(yùn)輸次序，分析誤動作原因，采取針對性措施，合理調(diào)整保護(hù)定值、加強(qiáng)交接試驗、正確投入防誤動保護(hù)功能，可以有效減少主變低壓側(cè)低電壓過電流保護(hù)跳閘的次數(shù)，提高牽引所供電可靠性。