大秦重載鐵路饋線保護應用分析

姚世軍

摘 要：重載鐵路是世界經濟不斷發展的產物，因此重載鐵路安全穩定的運行是經濟發展的巨大推動力。本文對我國典型的重載鐵路——大秦線重載鐵路，它的沿線變電所亭饋出線路采用的相關保護情況進行了相關的說明分析。

關鍵詞：阻抗保護；過電流；電流速斷；電流增量（高阻）

1 饋線保護方式

牽引網饋線的主保護是距離（阻抗）保護，采用靈敏度高的四邊形特性，主要有方向性四邊形特性，平行四邊形偏移特性。牽引網饋線保護還有：過電流、電流速斷、電流增量（高阻）等。

偏移平行四邊形特性整定分兩種情況：一種是作為線路保護呈縱長特性時的整定方法，另一種是作為保護安裝地點近端短路為躲過過渡電阻影響的橫長特性的整定方法。

1.1 縱長特性整定方法

1.1.1 X邊（ab邊）的整定

ab邊的整定原則是：當保護范圍末端短路時，繼電器應能可靠動作。根據保護線路的電抗值整定。

X1= Kk×X

Kk——可靠系數取1.2；

X——被保護線路的電抗值

1.1.2 R邊（bc邊）的整定

bc邊的整定是按照正常情況下出現最小負荷阻抗時（負荷電流最大，母線工作電壓最低）繼電器不動作整定。

1.2 橫長特性整定方法

1.2.1 X邊（ab邊）的整定

ab邊的整定是按照正常情況下出現最小負荷阻抗時，繼電器不誤動整定。

1.2.2 R邊（bc邊）的整定

bc邊是為了防止出現過渡電阻時保護拒動，因此整定時應根據最大過渡電阻整定，但是故障點的電弧電阻無法計量，所以一般按照線路上高壓電氣設備外殼的接地電阻整定。

Kk——可靠系數取1.2；

R——高壓設備外殼接地電阻

對復線末端并聯供電時，過渡電阻在故障點靠近分區所附近位置時會增大2倍：

大秦線變電所饋線保護采用兩段平行四邊形阻抗保護，距離Ⅰ段保護電抗值按不超過分區所的電抗值整定，距離Ⅱ段保護電抗值按不超過分區所一段保護的范圍來整定。阻抗保

護的電阻值按躲過最小負荷電阻整定。饋線阻抗繼電器保護特性整定為平行四邊形特性，阻抗邊的角度按照75°整定，偏移電阻和偏移電抗按1Ω整定。

饋線電流增量保護

線路距離保護主要保護線路的金屬性短路故障，是為躲過線路的最大負荷而設置， 其保護范圍最大為40多歐。而在實際運行時，距離保護整定要考慮躲過饋線最大負荷，保護整定值一般為10歐左右，當線路短路故障接地電阻比較大時，保護就無法正常動作，降低了供電系統的可靠性。此時要求裝置設置電流增量保護。

電流增量保護可以不受機車再生負荷的影響，在線路電流基波增量很大、高次諧波增量很小時，利用高次諧波抑制、二次諧波閉鎖等功能作為線路距離保護的后備保護切除線路故障點。

大秦線經常出現多輛機車在同一個供電臂運行，因此牽引所內饋線流過電流中三次諧波含量有可能達到20%左右，特別是當機車下坡運行再生制動時，線路中三次諧波的含量將更高；在AT變和機車變壓器投入運行時，產生的勵磁涌流也會含有很高的直流和二次諧波成分。在這樣的條件下設置二次諧波閉鎖，三次諧波抑制，電流增量保護也能正確的選擇故障電流進行保護啟動。

電流增量保護整定，是按照運行區間運行一列車的最大電流值的兩倍而整定。大秦線按照現運行設備實際運行負荷監測情況基本滿足要求，實際運行電流絕大部分在1000A以下。一般情況下按一臺機車的最大啟動電流的1.3倍整定。

電流增量保護原理：

式中：Khr2——增量保護諧波加權系數，通過定值整定；

Kh1——二次諧波閉鎖系數，通過定值整定；

50DIC——增量保護電流定值；

I1h、I1q——故障前、故障后兩時刻基波電流；

Igh、Igq——故障前、故障后兩時刻三、五次諧波電流之和；

I1、I2——故障后基波、二次諧波電流。

定值整定：

Izl= Kk ×Iqd

Kk——可靠系數取1.3；

Iqd——機車啟動電流

3 饋線過電流保護

線路上有機車運行時，饋線電流是不斷變化的。而故障電流只要一旦產生，就會一直持續到故障切除后。

因此故障類型可以根據故障電流持續時間加以鑒別。鑒于這一原理線路保護可以采用具有階梯型的三段過電流保護，具體整定是根據實際的負荷電流時間曲線進行整定。過流保護一般常作為饋線的后備保護。

三段過流保護均可以選擇諧波抑制和二次諧波閉鎖功能，具體功能同電流速斷保護，饋線過電流保護整定一般按最大負荷電流的1.2倍整定：

Igl=（1.2×Ifmax）/Kk

式中：Kk——可靠系數取0.9。

4 饋線電流速斷保護

瞬時動作或動作延時較短的電流保護即電流速斷保護。電流速斷保護是為消除阻抗保護動作死區，避免當系統發生嚴重故障時不能及時切斷線路電源而設置。對負荷較大的運行線路可以選擇低電壓閉鎖、二次諧波閉鎖、諧波抑制特性。一般按保護范圍末端最大短路電流整定。

Isd=Kk（Umin/nYH）/（X×L）

式中，Kk——可靠系數取1.2；

X——線路單位電抗；

L——供電臂長度。

為消除阻抗保護動作死區，保護供電臂近端短路大電流故障，可按額定電流的3倍整定，5A流互系統為15A。

5 PT斷線報警及閉鎖阻抗保護

PT 斷線告警即是在阻抗保護未啟動的情況下，保護裝置裝置設置有PT斷線告警的功能，可以通過控制字投退。投入PT斷線后，檢測到電壓低于30V、電流大于0.25A（額定電流為5A）或0.05A（額定電流為1A），延時3S告警，點亮面板告警燈。只有當電壓恢復到大于30V時，告警自動解除，面板告警燈熄滅，告警返回。判據為：

U<30V

I>0.05In

PT斷線故障將閉鎖線路距離保護。當線路距離保護沒有啟動時，如果發生了PT斷線則閉鎖線路距離保護；線路距離保護啟動后，PT斷線閉鎖距離保護的判據與保護未啟動時的判據不一樣：

|X|+|R|<1（額定電流為5A）或|X|+|R|<5（額定電流為1A）

I<74PTBLC

式中，74PTBLC為PT斷線閉鎖電流定值，可以整定。

阻抗保護的動作是當測量到阻抗值Z（Z=U/I）等于或小于整定值時動作，即測量到電壓降低，電流增大，相當于阻抗Z減小，當Z等于或小于整定值時阻抗保護動作。

線路突然失壓、電壓互感器二次回路斷線（電壓消失），線路上還有機車取流，會造成阻抗保護誤動作，設置PT斷線閉鎖距離保護。

PT斷線閉鎖距離保護功能應檢測線路電流的大小，當線路發生接地短路故障時，電壓降低，電流為短路電流，這時也會達到PT斷線的判據條件，此時應不能閉鎖距離保護，即PT斷線閉鎖電流定值小于短路電流值。

6 饋線重合閘

從保護跳閘后開始計時，到重合閘延時時間后，發出重合閘命令。分區所、開閉所檢有壓重合閘，到重合閘延時時間時檢是否有壓，有壓則發重合閘命令，無壓則不發重合閘命令。

變電所重合閘延時應與電力機車保護相配合，一般為2S。變電所斷路器重合成功，為保證分區所、開閉所檢有壓重合閘成功，可將分區所、開閉所檢有壓重合閘延時設為3S。當斷路器在分位，手合（遙合）斷路器于故障線路時，加速跳閘，不發重合命令。

有些綜自廠家還設有手合（遙合）閉鎖功能，當饋線發生永久性故障時，斷路器重合保護裝置加速跳閘后（重合失敗），啟動手合（遙合）閉鎖功能，閉鎖手合（遙合）斷路器。還有些廠家可設置大電流閉鎖重合閘，當保護裝置出口動作，開關跳閘時，線路保護裝置檢測到的故障電流如果大于大電流閉鎖重合閘整定電流值，重合閘則不啟動。鐵路牽引變電所饋線保護設置大電流跳閘閉鎖重合閘的功能，雖對牽引變電所線路保護跳閘后恢復送電有一定影響，但可以減少大電流對主變壓器等一次設備的沖擊。

變電所饋線設置大電流跳閘不啟動重合閘功能，應考慮將分區所重合檢有壓取消，這樣當變電所上行饋線斷路器不重合時，可由分區所并聯斷路器重合由下行饋線向上行線路試送電。

7 結束語

正確的采用相關繼電保護能夠有效保護牽引變電所供電穩定安全。饋線保護時所亭饋出線路采用的相關保護，正確設置保護類型、保護定值對于所亭饋出線、線路接觸網供電安全都有積極的意義，今后要繼續加強實際觀測、相關故障分析，不斷對大秦線牽引所亭饋出線路相關保護進行優化改進。

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