我國(guó)客運(yùn)專線牽引網(wǎng)保護(hù)方案的設(shè)計(jì)

1、我國(guó)客運(yùn)專線牽引網(wǎng)保護(hù)方案的設(shè)計(jì) 我國(guó)客運(yùn)專線牽引網(wǎng)保護(hù)方案的設(shè)計(jì) 【摘要】國(guó)內(nèi)客運(yùn)專線的牽引供電系統(tǒng)大多數(shù)采用AT供電方式，由于采用的電壓等級(jí)提升、諧波含量降低、負(fù)荷電流增加等因素，傳統(tǒng)牽引網(wǎng)保護(hù)的配置已經(jīng)不能滿足新型牽引網(wǎng)保護(hù)的要求。針對(duì)我國(guó)客運(yùn)專線牽引供電系統(tǒng)的要求和特點(diǎn)，對(duì)牽引網(wǎng)的饋線、分區(qū)所的進(jìn)線、AT所和自耦變壓器進(jìn)行了新型的保護(hù)方案配置設(shè)計(jì)。 【關(guān)鍵詞】牽引網(wǎng)；AT；保護(hù)方案配置 1.引言 客運(yùn)專線大多采用AT供電方式，牽引變壓器的一次側(cè)采用220kV，二次側(cè)2×27.5kV電壓，牽引變壓器的接線方式為單相接線，接觸網(wǎng)的額定電壓25kV，短時(shí)最高允許電壓29kV，最低工

2、作電壓20kV，非正常情況下為19kV；牽引變電所設(shè)有兩臺(tái)互為備用的的單相牽引變壓器；27.5kV側(cè)的設(shè)備采用戶內(nèi)布置方式，母線采用電動(dòng)隔離開關(guān)分段；饋線采用100%備用方式。 由于客運(yùn)專線列車運(yùn)行速度快、效率高、牽引負(fù)荷大、供電臂中負(fù)荷突變率高，因此為了保證高速客運(yùn)專線牽引供電系統(tǒng)高效、可靠、平安地運(yùn)行，牽引網(wǎng)需要配置新型保護(hù)裝置。 2.饋線保護(hù)的配置 依據(jù)AT供電方式牽引供電系統(tǒng)的牽引網(wǎng)特性，AT所和分區(qū)所分別都并聯(lián)于其中，為了實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的可靠性、靈敏性、選擇性、速動(dòng)性的要求，饋線保護(hù)配置如下：低電壓?jiǎn)?dòng)過電流保護(hù)、I段阻抗保護(hù)和自動(dòng)重合閘保護(hù)。 所采用的保護(hù)配置原理： 低電壓?jiǎn)?dòng)過電流

3、保護(hù)。用于切除過電流故障，對(duì)于不對(duì)稱的短路故障，由于需要取用故障電流，因此，過電流元件應(yīng)裝設(shè)于電源側(cè)，電壓元件可由牽引變壓器的低壓側(cè)取得。如果同時(shí)滿足電流大于整定值、時(shí)限大于動(dòng)作時(shí)限時(shí)，繼電器就會(huì)動(dòng)作。 I段阻抗保護(hù)。也叫距離保護(hù)。距離保護(hù)是反響故障點(diǎn)至保護(hù)安裝點(diǎn)之間距離，并根據(jù)距離遠(yuǎn)近來確定動(dòng)作時(shí)間的一種保護(hù)裝置。通過阻抗繼電器來完成施加于繼電器上的電壓Uk和電流Ik的比值測(cè)量，根據(jù)比值大小來判斷故障點(diǎn)的遠(yuǎn)近，并根據(jù)故障點(diǎn)的遠(yuǎn)近來確定動(dòng)作時(shí)間。通常把這一比值叫著阻抗繼電器的測(cè)量阻抗，可以表示為Zk=Uk/Ik，其中：Zk為測(cè)量阻抗，Uk為測(cè)量電壓，Ik為測(cè)量電流。當(dāng)短路點(diǎn)至保護(hù)安裝處近時(shí)，測(cè)

4、量阻抗小，動(dòng)作時(shí)間短；當(dāng)短路點(diǎn)距保護(hù)安裝處遠(yuǎn)時(shí)，測(cè)量阻抗大，保護(hù)時(shí)間長(zhǎng)，從而保證了有選擇性的切除故障。 I段阻抗保護(hù)為瞬時(shí)動(dòng)作，為了保證選擇性，保護(hù)區(qū)不能超出供電線路的長(zhǎng)度，也就是只有測(cè)量阻抗小于該段線路阻抗時(shí)才動(dòng)作。動(dòng)作的可靠系數(shù)為0.80.85。 為實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)任何位置發(fā)生短路故障時(shí)，變電所的出口斷路器都能瞬時(shí)動(dòng)作，即實(shí)現(xiàn)I段阻抗保護(hù)，那么需將整定阻抗設(shè)為供電線路全長(zhǎng)的1.5倍整定。 自動(dòng)重合閘保護(hù)。當(dāng)斷路器跳開后，按需要自動(dòng)投入的一種自動(dòng)裝置，當(dāng)控制開關(guān)位置與斷路器位置不對(duì)應(yīng)時(shí)，啟動(dòng)?？梢源蟠筇岣吖╇姷目煽啃裕m正斷路器的誤跳閘。 3.AT所和分區(qū)所的進(jìn)線保護(hù)配置 AT所和分區(qū)所兩者采用的

5、進(jìn)線保護(hù)配置完全相同。根據(jù)AT牽引供電系統(tǒng)中AT所的位置及斷路器的設(shè)置，為了滿足進(jìn)線保護(hù)的四性要求并與饋線保護(hù)相配合，AT所進(jìn)線保護(hù)配置如下：失壓保護(hù)和檢有壓重合閘保護(hù)。 保護(hù)配置原理： 失壓保護(hù)。當(dāng)接觸網(wǎng)停電或由于某種原因使接觸網(wǎng)的電壓降低過多時(shí)，即欠壓，一般為0.4UN時(shí)，小母線處的斷路器會(huì)跳開，把AT所和分區(qū)所自動(dòng)從接觸網(wǎng)上切除，從而縮小了停電范圍。 檢有壓重合閘。當(dāng)斷路器跳閘后，根據(jù)斷路器的整定時(shí)限檢測(cè)電壓，當(dāng)檢測(cè)到的電壓到達(dá)整定值時(shí)，一般為0.85UN，那么斷路器重合閘。如果電壓沒有到達(dá)這一整定值，那么斷路器不進(jìn)行重合閘。 4.AT變壓器的保護(hù)配置 AT所和分區(qū)所的AT變壓器采用的保

6、護(hù)配置完全相同。根據(jù)變壓器常出現(xiàn)的故障及AT牽引供電系統(tǒng)中AT所的作用和斷路器的設(shè)置，并與饋線保護(hù)及進(jìn)線保護(hù)相配合，AT所和分區(qū)所的變壓器保護(hù)配置設(shè)置如下：差動(dòng)保護(hù)、過電流保護(hù)、碰殼保護(hù)、瓦斯保護(hù)、通風(fēng)和過熱保護(hù)。 保護(hù)配置原理： 差動(dòng)保護(hù)。能反映變壓器內(nèi)部相間短路故障、高壓側(cè)單相接地短路及匝間層間短路故障，差動(dòng)保護(hù)是輸入的兩端TA電流矢量差，當(dāng)兩端TA電流矢量差到達(dá)設(shè)定的動(dòng)作值時(shí)啟動(dòng)動(dòng)作元件。差動(dòng)保護(hù)是保護(hù)兩端電流互感器之間的故障正常情況流進(jìn)的電流和流出的電流在保護(hù)內(nèi)大小相等，方向相反，相位相同，兩者剛好抵消，差動(dòng)電流等于零；故障時(shí)兩端電流向故障點(diǎn)流，在保護(hù)內(nèi)電流疊加，差動(dòng)電流大于零。驅(qū)動(dòng)保

7、護(hù)出口繼電器動(dòng)作，跳開兩側(cè)的斷路器，使故障設(shè)備斷開電源。 在變壓器勵(lì)磁涌流中含有大量的2次諧波分量，利用差電流中2次諧波所占的比率K2作為制動(dòng)系數(shù)，來鑒別變壓器空載合閘時(shí)的勵(lì)磁涌流，只有同時(shí)滿足K2值小于D和比率差動(dòng)其他判據(jù)時(shí)才允許保護(hù)動(dòng)作。 過電流保護(hù)。由電流繼電器，時(shí)間繼電器和信號(hào)繼電器組成。電流繼電器接在電流互感器的二次繞組上，組成測(cè)量元件用來判斷通過的電流是否超過整定值，時(shí)間繼電器通過設(shè)定延時(shí)時(shí)限來防止變壓器空載合閘時(shí)保護(hù)的誤動(dòng)作。 正常運(yùn)行時(shí)，過流保護(hù)回路的電流繼電器和時(shí)間繼電器的輔助接點(diǎn)都是斷開的，當(dāng)被保護(hù)區(qū)故障或短路引起電流過大時(shí)，電流繼電器線圈啟動(dòng)，閉合其輔助接點(diǎn)接通時(shí)間繼電器

8、的線圈，經(jīng)過預(yù)定的延時(shí)，時(shí)間繼電器的常開接點(diǎn)閉合，接通斷路器的分閘線圈回路，斷路器的操動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作，斷路器自動(dòng)分閘，切除故障線路，同時(shí)啟動(dòng)信號(hào)繼電器，發(fā)出斷路器跳閘的預(yù)告告警信號(hào)，提醒工作人員進(jìn)行維修。 碰殼保護(hù)。也叫接地保護(hù)。將正常情況下不帶電，而在絕緣材料損壞后或其他情況下可能帶電的電器金屬局部用導(dǎo)線與接地體可靠連接起來的一種保護(hù)接線方式。 把所有的一次電纜都穿過窗口TA，正常時(shí)TA相當(dāng)于一個(gè)零序，流過不平衡電流，當(dāng)變壓器繞組發(fā)生接地或碰殼時(shí)，流過的電流是接地電流或碰殼電流，不再是不平衡電流，保護(hù)裝置會(huì)動(dòng)作，否那么不動(dòng)作。 瓦斯保護(hù)。瓦斯保護(hù)是變壓器的主要保護(hù)，它可以反映油箱內(nèi)的一切故障。包

9、括：油箱內(nèi)的多相短路、繞組匝間短路、繞組與鐵芯或與外殼間的短路、鐵芯故障、油面下降或漏油、分接開關(guān)接觸不良或?qū)Ь€焊接不良等。瓦斯保護(hù)動(dòng)作迅速、靈敏可靠而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。但是它不能反映油箱外部電路的故障，所以不能作為保護(hù)變壓器內(nèi)部故障的唯一保護(hù)裝置。另外，瓦斯保護(hù)也易在一些外界因素的干擾下誤動(dòng)作，對(duì)此必須采取相應(yīng)的措施。 重瓦斯：設(shè)有相應(yīng)開關(guān)輸入量輸入端子，以便通過該裝置發(fā)送本地及中央信號(hào)，保護(hù)根據(jù)該開關(guān)量信號(hào)進(jìn)行判定，動(dòng)作時(shí)，發(fā)出跳閘或告警信號(hào)。輕瓦斯：設(shè)有相應(yīng)開關(guān)輸入量輸入端子，以便通過該裝置發(fā)送本地及中央信號(hào)，保護(hù)根據(jù)該開關(guān)量信號(hào)進(jìn)行判定，動(dòng)作時(shí)，發(fā)出告警信號(hào)。 通風(fēng)和過熱保護(hù)。設(shè)有相應(yīng)開關(guān)輸入量輸入端子，以便通過該裝置發(fā)送本地及中央信號(hào)，保護(hù)根據(jù)該開關(guān)量信號(hào)進(jìn)行判定，動(dòng)作時(shí)，發(fā)出告警信號(hào)或啟動(dòng)通風(fēng)裝置。 5.結(jié)束語 針對(duì)客運(yùn)專線采用AT牽引供電方式其負(fù)荷電流值大、功率因數(shù)高及諧波含量相對(duì)少的特點(diǎn)，本文提出的保護(hù)配置方案理論上是可以保證牽引網(wǎng)各個(gè)保護(hù)之間的相互配合，同時(shí)滿足保護(hù)的四性要求。為完善AT牽引網(wǎng)的保護(hù)配置方案，還需要進(jìn)行大量仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并能與其它形式牽引變壓器的保護(hù)互相配合，以便該保護(hù)方案能夠應(yīng)用于工程實(shí)踐當(dāng)中。 參考文獻(xiàn) 【1】譚秀炳.鐵路電力與牽引供電系統(tǒng)幾點(diǎn)保護(hù)M.成都：西南交通大學(xué)出版社，2007. 【2】譚秀炳，等.交流電