高速鐵路牽引變電所繼電保護(hù)

江震宇

摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，高速鐵路為了適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展也在不斷提高自身的建設(shè)質(zhì)量，通過(guò)創(chuàng)新引進(jìn)新技術(shù)，逐漸滿(mǎn)足了人們的日常出行混入交通運(yùn)輸?shù)男枨蟆５歉咚勹F路的發(fā)展也帶來(lái)了一些問(wèn)題，特別是在高速鐵路牽引變電所繼電保護(hù)方案方面常常會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。本次研究針對(duì)此問(wèn)題，提出了有關(guān)高速鐵路饋線保護(hù)配置及保護(hù)整定中需要注意的問(wèn)題，為高速鐵路牽引變電所繼電保護(hù)提出了完整的方案。

關(guān)鍵詞：高速鐵路;牽引供電系統(tǒng);繼電保護(hù)

1牽引供電系統(tǒng)

1.1牽引變電所、分區(qū)所、AT所

牽引變電過(guò)程是需要經(jīng)過(guò)牽引變電所進(jìn)行電能轉(zhuǎn)化的，其主要工作原理是高壓電轉(zhuǎn)化為低電壓的交流電，再將這種交流電通過(guò)相應(yīng)的電網(wǎng)傳送給高速鐵路上的接觸網(wǎng)上，以此保證機(jī)車(chē)運(yùn)行時(shí)所需的電能。但是作為單相負(fù)荷的牽引負(fù)荷，使用常規(guī)的接線變壓器無(wú)法使單相負(fù)荷均勻地分配到電力系統(tǒng)三相中去，所以為了使單相負(fù)荷能夠均勻分配，在進(jìn)行牽引變電的時(shí)候要利用一些例如斯科特接線、阻抗匹配平衡接線等變壓器進(jìn)行工作。

1.2牽引網(wǎng)

牽引網(wǎng)是一種較為復(fù)雜的多導(dǎo)線供電的回路，其主要是由饋電線、接觸網(wǎng)、回流線組成的。牽引網(wǎng)的主要供電方式分為幾種，其中包括：直接供電、帶吸流變壓器（BT）供電、自耦變壓器（AT）供電和全并聯(lián)AT供電方式等多種方式供電。BT供電現(xiàn)在已經(jīng)不常使用了，主要是由于其無(wú)法做到對(duì)通信線路的防護(hù)，而且連接接觸網(wǎng)的方式較為復(fù)雜和麻煩，機(jī)車(chē)的受流條件差。其中較為簡(jiǎn)單便捷的供電方式為直接供電，由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所以在建設(shè)的時(shí)候成本較低，對(duì)節(jié)約成本有著較有效的作用。在這些供電方式中，應(yīng)用作為廣泛的就是自耦變壓器（AT）供電和全并聯(lián)AT供電方式，這兩種供電方式具有較強(qiáng)的供電能力，不僅減少了牽引變電所的數(shù)量，還可以大量的節(jié)省建造牽引變電所的資金，促進(jìn)相關(guān)資金的合理運(yùn)用。

2饋線保護(hù)配置及保護(hù)整定中需要注意的問(wèn)題

目前，在高鐵以及客運(yùn)專(zhuān)線引變電所饋線中使用的保護(hù)配置常見(jiàn)的有四種，一是距離保護(hù)、二是電流速斷保護(hù)、三是過(guò)電流保護(hù)、四是電流△I保護(hù)。作為饋線主保護(hù)，距離保護(hù)能夠有效防止由于機(jī)車(chē)帶電過(guò)變電所分相從而導(dǎo)致的越級(jí)跳閘的問(wèn)題。饋線后備保護(hù)有三種，即設(shè)置電流速斷保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)和電流增量△I保護(hù)，在對(duì)保護(hù)進(jìn)行整定時(shí)要注意以下幾個(gè)方面：（1）因此在進(jìn)行饋線PT斷線閉鎖距離保護(hù)整定時(shí)，要根據(jù)供電所具體的情況（不同的公司給牽引變電所提供饋線保護(hù)裝飾的具體參數(shù)和不同產(chǎn)品之間的PT斷線判據(jù)原理），來(lái)進(jìn)行保護(hù)整定。（2）在實(shí)際中，有些時(shí)候饋線的最小負(fù)荷電流與最小短路電流十分相近，簡(jiǎn)單的常規(guī)整定時(shí)無(wú)法滿(mǎn)足過(guò)電流保護(hù)靈敏度的需求的，因此在整定過(guò)程中，要重點(diǎn)注意該部分的整定。

3熱過(guò)負(fù)荷保護(hù)應(yīng)用分析

3.1變壓器熱過(guò)負(fù)荷保護(hù)

牽引變壓器是電氣化鐵路最為重要的供電設(shè)備，對(duì)電氣化鐵路的安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行至關(guān)重要。變壓器絕緣材料長(zhǎng)期處在熱作用下將喪失彈性，變得很松脆，這將導(dǎo)致電氣強(qiáng)度降低。變壓器繞組熱點(diǎn)溫升是影響其安全運(yùn)行和絕緣壽命的關(guān)鍵因素，為了保證變壓器絕緣不至于在過(guò)熱的情況下導(dǎo)致?lián)p壞和影響規(guī)定的使用壽命，在IEC及國(guó)家的變壓器標(biāo)準(zhǔn)中都對(duì)變壓器溫升限制值作了規(guī)定，并相應(yīng)地有一定的過(guò)負(fù)荷曲線組。

電氣化鐵路負(fù)荷為不對(duì)稱(chēng)負(fù)荷，目前牽引變壓器采用定時(shí)限過(guò)負(fù)荷保護(hù)，通過(guò)過(guò)電流倍數(shù)和動(dòng)作時(shí)限來(lái)實(shí)現(xiàn)。該保護(hù)方案具有很大的局限性，如過(guò)負(fù)荷定值整定過(guò)高，將導(dǎo)致變壓器長(zhǎng)期運(yùn)行于過(guò)負(fù)荷狀態(tài)，將縮短變壓器使用壽命;如整定值過(guò)低，將導(dǎo)致變壓器因過(guò)負(fù)荷頻繁跳閘，不利于充分發(fā)揮變壓器過(guò)負(fù)荷能力。究其原因是該種保護(hù)方案不能客觀反映變壓器溫升，使得變壓器保護(hù)方式與實(shí)際的過(guò)負(fù)荷能力不相適應(yīng)。

為了確保過(guò)負(fù)荷限制值的準(zhǔn)確性，我們通常將熱點(diǎn)溫度作為過(guò)負(fù)荷限制值，其能夠?qū)⒆儔浩鲀?nèi)部的熱狀態(tài)直接真實(shí)的反映出來(lái)，對(duì)于提高牽引變壓器的過(guò)負(fù)荷能力有著十分重要的作用。變壓器溫度測(cè)量分為兩大類(lèi)，一是直接測(cè)溫、二是間接測(cè)溫。直接測(cè)溫是利用變壓器內(nèi)部發(fā)熱體中埋設(shè)溫度傳感器從而達(dá)到測(cè)溫的目的，而間接測(cè)溫與直接測(cè)溫不同，其是利用變壓器時(shí)間對(duì)電流特性的曲線來(lái)反映內(nèi)部溫升。

3.2饋線熱過(guò)負(fù)荷保護(hù)

所謂的饋線熱過(guò)負(fù)荷保護(hù)，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是通過(guò)將外界環(huán)境溫度變化以及接觸線電流的數(shù)據(jù)收集起來(lái)，并利用內(nèi)部程序進(jìn)行計(jì)算，將接觸線的固有特性與計(jì)算得出的結(jié)果相比較，針對(duì)不同的情況發(fā)出相應(yīng)的警報(bào)或者跳閘等命令，從根本上確保接觸網(wǎng)的安全。

饋線熱過(guò)負(fù)荷保護(hù)的動(dòng)作特性是一條自然對(duì)數(shù)的反時(shí)限曲線。保護(hù)整定的項(xiàng)目如下：

式中T-時(shí)間常數(shù)，整定范圍為1-120min。In—接觸線允許通過(guò)的持續(xù)電流，由接觸線的固有特性決定;I—接觸網(wǎng)中通過(guò)的電流。通常將熱狀態(tài)下的90%作為報(bào)警整定值，當(dāng)然也可以結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行合理的調(diào)整。接觸線作為饋線熱過(guò)負(fù)荷保護(hù)的主要對(duì)象，其本身具有固定的熱特性，并且還是一條以電量為變量的反時(shí)限曲線。基于此在對(duì)接觸線安裝保護(hù)裝飾整定曲線時(shí)，就要注意與接觸線的固有曲線保持一致，除此之外，包裝裝置的整定曲線還需要與饋線的電流保護(hù)相互配合。配合曲線如圖1所示。

接觸線通過(guò)的電流以及持續(xù)的時(shí)間主要邊線在接觸線溫升以及對(duì)接觸線機(jī)械性能的影響等方面，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，接觸線允許持續(xù)電流的大小作為接觸線耐熱能力強(qiáng)弱的主要表現(xiàn)，接觸線的熱特性就是確定即出現(xiàn)允許持續(xù)的電流。

由于我國(guó)高鐵以及客運(yùn)專(zhuān)線牽引符合承載的電流較大，且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，因此傳統(tǒng)的定時(shí)限過(guò)負(fù)荷保護(hù)已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足運(yùn)行的需求，熱過(guò)負(fù)荷保護(hù)已經(jīng)開(kāi)始逐漸替代了定時(shí)限保護(hù)。

4結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)高速鐵路和客運(yùn)專(zhuān)線建設(shè)的快速發(fā)展及設(shè)計(jì)、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，牽引變電所繼電保護(hù)配置方案將得到進(jìn)一步的完善。

參考文獻(xiàn)

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上海鐵路局杭州供電段，上海?310000