鄭西高鐵全并聯(lián)越區(qū)供電時電流保護的改進

張桂林，劉曉路

0 引言

鄭西高鐵的牽引供電采用全并聯(lián)AT 供電方式，但與之相配套的各種保護尚不成熟，大部分保護沿用了既有線的保護原理，需要在運行實踐中檢驗，以進行有效改進，提高供電質(zhì)量和可靠性。運行中，全并聯(lián)AT 越區(qū)供電方式存在問題。越區(qū)供電時，會發(fā)生阻抗一段和變電所電流速斷出口，所以在分區(qū)所設(shè)置電流速斷保護是必要的，但原有的保護設(shè)計存在不足；同時分區(qū)所被越區(qū)段未設(shè)置低壓電流速斷保護，需要對原有設(shè)計進行優(yōu)化改進。

1 電流速斷保護的優(yōu)化

1.1 原設(shè)計的電流速斷保護

鄭西高鐵采用全并聯(lián)AT 供電方式，全并聯(lián)AT越區(qū)供電模型見圖1。

鄭西高鐵原設(shè)計的電流速斷保護工作原理：系統(tǒng)發(fā)生嚴重故障時為消除阻抗保護動作死區(qū)，設(shè)置該保護，對重負荷線路可以選擇低電壓閉鎖、2 次諧波閉鎖、諧波抑制特性。

鄭西高鐵原設(shè)計的越區(qū)供電時電流速斷保護邏輯框圖見圖2。

依照原設(shè)計的電流速斷保護原理，投入諧波抑制后，需要進行定值調(diào)整，其整定原則為

式中，Khr1為距離過流諧波加權(quán)系數(shù)，通過定值整定；I1、I3、I5分別為保護電流中的基波、3 次諧波、5 次諧波；50I0C、50I0C′分別為整定前后速斷電流定值。

圖1 全并聯(lián)AT 越區(qū)供電模型圖

圖2 鄭西高鐵原設(shè)計電流速斷保護邏輯框圖

二次諧波閉鎖電流速斷保護：Kh1＜I2/ I1

低電壓閉鎖電流速斷保護：U＜50I0V

50I0V= Udz= Umin/ KF×KK×ny

式中，Kh1為2 次諧波閉鎖系數(shù)，通過定值整定；I2為2 次諧波；50I0V 為速斷低壓定值；KF為返回系數(shù)；KK為可靠系數(shù)；ny為電壓互感器變比。

1.2 電流速斷保護的改進

原設(shè)計保護原理存在的不合理之處在于該設(shè)計沒有充分考慮鄭西高鐵運行動車的實際情況。鄭西高鐵線運行的動車組為CRH2 型高速動車，根據(jù)該動車注入電力系統(tǒng)諧波中3，5，7 次等較高頻率的高次諧波含量很少的特點，所以原設(shè)計針對3，5，7 次等高次諧波的抑制功能已不起作用，應(yīng)當(dāng)剔除。

依據(jù)上述結(jié)果，原設(shè)計的電流速斷應(yīng)當(dāng)做合適調(diào)整。

定值整定原則應(yīng)調(diào)整為Idz= 50I0C

二次諧波閉鎖電流速斷保護：Kh1＜I2/ I1

低電壓閉鎖電流速斷保護：U＜50I0V

區(qū)別于非高鐵的牽引供電時的單側(cè)電源供電，高鐵的供電為雙側(cè)電源供電。為了保證全并聯(lián)AT供電方式下保護動作的選擇性，速斷保護等均要求采用方向保護，這里速斷保護可以參照原有設(shè)計選擇的功率方向，功率方向公式為

方向繼電器靈敏角α整定值取決于線路阻抗角，其方向特性見圖3。

圖3 功率方向特性圖

依照上面電流速斷保護的優(yōu)化思路，改進后的電流速斷保護邏輯框圖見圖4。

圖4 改進后的電流速斷保護邏輯框圖

2 低壓閉鎖過流保護的改進

2.1 原設(shè)計的低壓閉鎖過流保護

全并聯(lián)AT 越區(qū)供電方式下，當(dāng)線路發(fā)生故障時，牽引變電所母線電壓降低，如果母線電壓低于低電壓保護裝置的動作電壓，還應(yīng)當(dāng)給出低壓信號，用于啟動低壓閉鎖過流保護。

與原設(shè)計中電流速斷保護相同，原保護原理沒有充分考慮鄭西高鐵運行動車的實際情況，對于越區(qū)供電時的低壓啟動如同電流速斷保護一樣存在不足，原電流速斷保護設(shè)計中未考慮全并聯(lián)越區(qū)時電流速斷的低壓啟動功能，從而在越區(qū)供電時會失去低電壓啟動功能，影響牽引供電系統(tǒng)的可靠性。

增加低壓啟動功能時，還應(yīng)同時考慮電力系統(tǒng)諧波中3，5，7 次等較高頻率的高次諧波含量很少而需要刪除高次諧波抑制。

原設(shè)計的低壓閉鎖過流保護邏輯框圖見圖5。

圖5 原設(shè)計的低壓閉鎖過流保護邏輯框圖

從邏輯框圖還可看出，在分區(qū)所處由于斷路器273 和斷路器274 的反方向短路，在增加低壓啟動功能時，還應(yīng)去掉正功率方向功能；同時分區(qū)所處電流速斷保護的時限t 可設(shè)為0 s，即變更為瞬時電流速斷保護。

2.2 過流保護的改進

依照上面低壓啟動過流保護的優(yōu)化思路，改進后的低壓啟動過流保護邏輯框圖見圖6。

圖6 改進后的低壓啟動過流保護邏輯框圖

過電流動作值：Idz= 1.2Ifmax/ KF×nL

式中，nL為分區(qū)所饋線電流互感器變比；Ifmax為最大負荷電流。

低電壓啟動值：Udz= Umin/ KF×KK×ny

式中，Umin為母線最低工作電壓。

為了滿足整定原則，過流保護裝置動作電流確定后必須校驗靈敏度km：

km= Idx/ nL/ Idz

式中，Idx為最大線路負荷電流。

越區(qū)時，如果最大負荷電流按一個供電臂上的最大電流整定，變電所饋線過流保護的靈敏度要求大于1.5，其實際靈敏度為2.5，那么在分區(qū)所越區(qū)時，其過流保護的靈敏度應(yīng)大于變電所處的靈敏度，即：Km.SS>km.sp。同時，分區(qū)所過流保護的時限等級要比變電所處過流小一個差級，只有這樣，當(dāng)被越區(qū)段出現(xiàn)故障時，才能保證動作的有選擇性和可靠性。

3 結(jié)語

在鄭西高鐵全并聯(lián)AT 供電系統(tǒng)運行中，鑒于高鐵牽引變電所在越區(qū)供電時出現(xiàn)的缺陷，曾經(jīng)幾度影響行車的實際情況，對既有設(shè)備進行了一系列改進。該過程中，通過對保護邏輯進行修改實現(xiàn)軟件保護功能的改進和強化，并順利移植入微機保護測控裝置模塊中。經(jīng)實際運行檢驗，在靈敏度方面和選擇性方面與牽引變電所其他保護裝置能夠有效地配合，模擬試驗也非常成功，有效地解決了困擾鄭西高鐵越區(qū)供電的一個瓶頸，取得了預(yù)期的效果，對高速鐵路全并聯(lián)AT 供電方式的繼電保護有著積極的推進作用。

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