一起上下行同時過負荷跳閘引發的思考

王箴

摘 要：繼電保護在鐵路供電系統的應用越來越精確和廣泛，其選擇性、速動性、靈敏性、可靠性都在逐步提高。然而在一些不常見的情況下，保護的精確度大幅下降，出現了一行供電臂跳閘引發相臨供電臂衍生跳閘的情況。本文就一種上下行供電臂同時接近過負荷狀態時，牽引變電所保護失去選擇性的特殊情況做出討論。

關鍵詞：過負荷 選擇性

0概況

2021年12月2日8時44分，隴海線新沂牽引所隴海328單元、隴海329單元在相差0.154s時間內發生跳閘并分別重合閘成功。隴海328單元和隴海329單元分別對應新沂牽引所213斷路器和214斷路器，末端分區所并聯斷路器為草橋分區所271斷路器，其拓撲結構如圖1所示。

跳閘的故障報文如圖2所示，首先214斷路器阻抗Ⅱ段動作，隴海329單元跳閘，通過報文分析可知u>20kV，i=929A（斷路器過流定值為860A，929A在860A±100A以內），阻抗角<40°，可知隴海329單元屬于過負荷跳閘。延遲約0.15s后，新沂變電所213斷路器阻抗Ⅰ段動作，隴海328單元跳閘，通過報文不能直接判斷該單元跳閘為過負荷跳閘。報文顯示0.39s后，草橋分區所271斷路器動作。由于報文顯示有一定時間差異，草橋分區所仍能檢測到電壓電流，可認為草橋分區所271斷路器和新沂變電所213斷路器在同一時間動作。

1分析

通過當班列車調度員可知，在隴海328單元和隴海329單元內共有7輛機車正在運行、升弓，因此可基本判斷兩個單元均為過負荷跳閘。

該起跳閘主要由兩個過程組成，第一個過程是214斷路器阻抗二段保護啟動，切斷隴海329單元供電。通過圖2報文可知，隴海329單元內機車取流約為622.74A（忽略諧波電流），隴海328單元內機車取流約為1645.58A-622.74A=1022.84A。此時，上下行機車取流相差約400A，不滿足過草橋分區所流跳閘定值480A。因此，271斷路器此時未動作。

接著第二個過程是新沂牽引所213斷路器和草橋分區所271斷路器幾乎同時跳閘。由于271斷路器在第一個過程中未能及時啟動，導致隴海329單元內的所有負荷瞬間切換至隴海328單元供電。因此，隴海328單元跳閘出現了不同于普通過負荷的報文。

該起跳閘中草橋分區所271斷路器未能起到切除上行已跳閘負荷，失去了本應有的選擇性，引起下行一段保護動作的同時，使得報文數據閱讀難度加大。同時由圖2中諧波電流增大可知，隴海329單元內負荷瞬時切換到由隴海328單元供電，造成諧波電流增大對供電臂內機車和供電系統均產生一定程度的沖擊。

2解決方案

通過以上分析可知，在上下行相鄰供電臂的保護中271斷路器的跳閘動作在該情況下失去選擇性。該種情況下會導致，當上下行電流相差不大且未達到保護定值時，如一行過負荷或發生短路電流不大的高阻短路接地會引發另一行衍生跳閘。

為解決此問題，提出三種解決方案。第一種方案需要牽引所和分區所實現動作上的聯動，第二種方案需要分區所減小或者取消跳閘出口延時，第三種方案需要為斷路器添加一個延時判斷條件。

第一種方案中，如果牽引所斷路器跳閘能夠同時引起分區所聯動跳閘，即可快速解決271斷路器失去選擇性的問題。該方案實施后，對于除分區所斷路器本身故障所引發的衍生跳閘以外，均可快速準確的切除故障行供電臂，對于供電設備起到了更好的保護。

實現該方案，需要實現繼電保護的異地聯動和更為精準的變電站時間同步。對于繼電保護異地聯動系統，需要通過板件控制和通訊裝置線路實現。利用GSM/GPRS網絡，直接接入公共網絡的方法成本較低，但是存在較大泄密安全風險和較大不穩定性。利用既有的內網的光纖通信不失為一種合適的實現方案，該方案需要更多的部門之間的聯絡溝通。

第二種方案中，取消跳閘延時可避免產生本文所述衍生跳閘故障。在上海鐵路局普速鐵路中，分區所的各類跳閘出口延時普遍設置為0.1s，若不設置出口延時，則可能出現頻繁誤動跳閘。因此，采用取消出口延時的方法不可取。在保障時間精準的前提下，分區所斷路器跳閘出口時間適當縮減至0.05s可以兼顧防止誤動作的情況和避免在該情況下失去選擇性。

第三種方案是利用牽引所內部的保護系統之間的配合，提前識別以使得故障跳閘有所延時。以該起故障為例，當214斷路器跳閘后若符合過負荷判據，則輸入一個0.1s的延時信號給213斷路器的保護裝置，使得213斷路器的一段保護時間延遲0.1s，這樣便可以保證271斷路器動作一定是提前于213斷路器的，可以避免213斷路器的誤動作。

3總結

在較大的樞紐地區，過負荷跳閘是十分常見的現象。更好的區分過負荷跳閘與故障跳閘，對于供電調度員的應急指揮、列車調度員的行車限制以及站段的故障原因查找等都有著十分重要的意義。作為起到隔離故障的分區所斷路器，能夠更好、更快的隔離已經跳閘的區段，從而避免兩行同時跳閘十分關鍵。通過對保護的升級和查缺補漏，對鐵路供電的安全穩定運行和不斷完善有著重要的作用。

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