牽引網饋線保護整定計算程序設計模塊

胡亮

摘 要：牽引供電系統中接觸網是向電力機車供電的重要設備，由于其結構復雜，發生故障的概率大，為了保障電氣化鐵路牽引供電系統安全、可靠運行，通常需設置饋線保護裝置。饋線保護整定值的精確程度是保障裝置可靠動作的一個重要方面，饋線保護整定計算需要大量的原始數據和復雜繁瑣計算，是一個費時和重復性的工作，完全可以由計算機來完成整定計算工作。因此，設計一套軟件能夠保障整定計算更加精確，提高工作效率，保障饋線保護裝置的可靠運行，提高牽引供電系統的可靠性具有重要的現實意義。

關鍵詞：電氣化鐵路 牽引網 饋線保護 整定原則 模塊設計

中圖分類號：TM733 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）07（b）-0045-03

1 饋線保護整定計算思路

牽引網饋線保護整定計算程序的整體思路是將整個計算程序分成4個部分，每個部分為一個獨立的子程序，能完成各自的設計計算任務。4個部分分別為3個子程序和1個整定計算程序，即阻抗計算、短路電流計算、牽引網電壓損失計算和饋線保護整定計算。圖1是牽引網饋線保護的計算程序流程圖。

1.1 阻抗計算子程序

簡單結構的牽引網由一根接觸線和一根鋼軌構成。已知接觸線和鋼軌的等效半徑、及鋼軌的距離，根據Carson理論，可以計算出接觸線-地回路和軌-地回路單位長阻抗參數、及互阻抗。

鏈式懸掛接觸線、承力索分別與地構成接觸線-地回路，承力索-地回路。每個回路各有不同的自阻抗，兩個回路間相互有互阻抗。

（1）接觸網-地回路的自阻抗。

接觸網-地回路由接觸線-地回路和承力索-地回路并聯組成。

接觸線-地回路的自阻抗為：

①帶回流線的鏈形懸掛供電方式。

帶回流線的直接供電方式是我國最常用的供電方式，帶回流線的鏈形懸掛的使用也最為廣泛。阻抗計算時，可以參照前面的方法，將回流線-回路和鋼軌-地回路看作一個當量導線-地回路進行計算，形成一個回流線+鋼軌-地回路，然后計算此回路的自阻抗和互阻抗，在此不再進行詳細的論述。

②復線牽引網阻抗計算模型。

可以將復線牽引網分解成上行接觸網-地回路、下行接觸網-地回路和鋼軌-地回路，其中鋼軌-地回路是由上行、下行的4根鋼軌組成的，其計算過程不再敘述。

③模塊設計思路。

以帶回流線的直接供電方式為模板進行設計，提供接觸線、承力索、回流線、鋼軌等設備參數的輸入，并提供單、復線的選擇，自動計算出牽引網的單位阻抗。

1.2 饋線短路電流計算子程序模塊設計

當短路故障發生時，不同的牽引變壓器的短路電流算法是不相同的，接下來將分別加以論述。

（1）短路電流計算。

①單相（V/V）接線變壓器。

當接地故障發生時，單相變壓器電抗和牽引網阻抗相當于串聯于短路回路中，故障阻抗相當于，可以求出穩態電流值為：

式（11）中、分別為系統正序和負序阻抗；為變壓器電抗；為牽引網阻抗； kV，為二次側繞組電勢；、為歸算到的系統正、負序綜合電抗；為歸算到的牽引變壓器等效阻抗；在直接供電情況下，為變電所出口處所測得的牽引網等效短路阻抗。

②三相接線變壓器（Y/Δ-11）。

當接地故障發生時，三相變壓器的兩相電抗和牽引網阻抗串聯于短路回路中。相當于三相系統中故障阻抗為的兩相短路，其穩態電流值為：

③三相-兩相平衡變壓器（SCOTT）。

當接地故障發生時，SCOTT變壓器根據母線側的基本方程可得其穩態電流值為：

（2）模塊設計思路。

以帶回流線的直接供電方式為模板進行設計，可以輸入電力系統短路容量和系統電壓、饋線阻抗、供電線阻抗、短路點距變電所距離等參數，提供牽引變壓器類型選擇，根據選擇不同類型的牽引變壓器將得出不同的運算結果。

1.3 牽引網電壓損失計算子程序模塊設計

根據國家標準《鐵道干線電力牽引交流電壓標準》的規定，鐵道牽引變電所牽引側母線上的額定電壓為27.5 kV，自耦變壓器供電方式為55 kV；電力機車受電弓和接觸網的額定電壓為25 kV，最高允許電壓為29 kV，最低工作電壓為20 kV，特殊情況電壓不得低于19 kV。為了保證電力機車的正常運行，必須進行電壓損失計算，以校核供電臂末端區間（或分區所母線）牽引網的最低電壓，不得低于上述標準。該文以單線牽引網為計算模板。

（1）單線牽引網的電壓損失計算。

如圖2所示，已知各列車取流（A），功率因數角和距牽引變電所的距離li（km），又知牽引網單位長阻抗Ω/km。

其中，為供電臂中對應位置的列車的用電平均電流；為各用電列車與牽引變電所的距離；為仿力學中的力矩，在此稱為電流矩。

（2）模塊設計思路。

以帶回流線的直接供電方式為模板進行設計，根據輸入的供電臂長度、機車距變電所距離等參數，按照分開供電和并聯供電的不同運行方式，通過計算可以自動計算出整個供電臂饋線電壓損失的情況。

1.4 牽引網饋線保護整定計算模塊設計

前面完成了牽引網阻抗計算、饋線短路電流計算、電壓損失計算這3個子程序模塊，牽引網饋線保護整定計算必須以上面3個計算結果為基礎，只有這3個模塊計算結果準確無誤，才能確保提供的各種參數可靠，設計出的饋線保護整定計算模塊才能體現其真正實用價值。

2 模塊設計

設計出牽引網饋線保護的整定計算模塊必須是基于阻抗計算模塊、饋線短路電流計算模塊、牽引網電壓損失計算模塊這3個結果，其程序包含以下內容。

設置阻抗保護范圍，設定阻抗Ⅰ段、Ⅱ段、Ⅲ段計算的保護范圍，還要根據是否有開閉所這種情況設置阻抗保護范圍。這是該計算模塊的基礎和前提條件。饋線保護整定計算通過阻抗整定計算和電流整定計算的結果來設計，并效應靈敏度；還需根據供電方式（AT供電、BT供電或帶回流線的直接供電方式等）輸入必要的參數，選擇單線或復線；根據要求輸入前面已計算出來的阻抗值，依據規范輸入可靠系數和動作時限等，最后通過該程序技能能得到所需結果。

參考文獻

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