牽引變保護裝置多邊形特性距離保護的動作邊界測試方法研究

殷照華 趙雪 閆承志 侯喆

摘要：距離保護作為牽引變饋線的主保護，采用的是多邊形特性阻抗元件。目前，各檢測機構將多邊形的特性曲線校驗作為測試時必不可少的試驗項目，但缺少繼電保護測試儀測試過程的指導文檔?，F介紹了距離保護多邊形特性的整定計算以及使用ONLLY繼電保護測試儀測試多邊形阻抗邊界的過程，該方法應用于測試工作，可使計算距離保護多邊形動作特性變得簡單可靠，提升了測試效率，取得了良好的效果。

關鍵詞：牽引變電所;距離保護;多邊形特性;ONLLY繼電保護測試儀

中圖分類號：TP273? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1671-0797（2022）10-0001-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.10.001

0? ? 引言

電氣化鐵路牽引供電系統將電力系統區域變電站送來的110 kV（220 kV）三相工頻交流電，經牽引變壓器變換為27.5 kV的單相工頻交流電后，饋給沿線的牽引網，50 Hz的工業頻率保持不變。牽引變電所是牽引供電系統的心臟[1]。NSR-3611DT電鐵饋線保護測控裝置適用于220 kV及以下電氣化鐵路牽引網保護，此保護裝置采用多邊形特性的阻抗元件，它可以克服在整定值較大時會導致測量元件誤動作的缺點，能夠同時兼顧耐受過渡電阻的能力和躲負荷的能力。

根據用戶提出的測試需求，距離保護試驗動作特性需測試多邊形特性動作曲線，以檢查裝置程序是否符合電鐵用戶對電氣化鐵路保護裝置的精度、特性要求。

1? ? 牽引變多邊形距離保護原理

距離保護是根據故障點到保護安裝處的距離而動作的保護，它利用短路點處的電壓、電流同時變化的特點，反映出測量電壓與電流的比值，即測量阻抗的值[2]。距離保護只與短路點到保護安裝處的測量阻抗有關，而與系統的運行方式、短路類型等無關。距離保護可以實現高電壓等級復雜網絡快速、有選擇性地切除故障元件[3-4]。

距離保護是牽引變饋線保護裝置的主保護，為三段式距離保護，每段保護可以整定為正方向、反方向和正反向距離保護。距離保護元件動作特性曲線可采用如圖1所示的阻抗特性。

此裝置距離保護的計算受AT供電方式和直供供電方式這兩種供電方式的影響，在AT供電方式下，■=|■P1-■P2|，其中■P1為T線電流，■P2為F線電流。當裝置用于直供線路時，需將■P2的輸入短接。距離保護計算電壓固定采用■1，在AT供電方式下，發生T線PT斷線時采用F線電壓■2進行阻抗計算。

電抗邊（AB邊）的整定：當保護范圍末端短路時，繼電器應能可靠動作，即：

Xzd=Kk·Xxl? ? ?   ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式中：Kk為可靠系數，取1.1～1.2;Xxl為保護范圍末端短路電抗。

其中，K2357為綜合諧波含量，其計算公式為：

K2357=（I2+I3+I5+I7）/I1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

電阻邊（BC邊）的整定：按基波最小負荷阻抗Zflmin整定，即：

Rzd=Kk·Zflmin·（cos Ψ-sin Ψ/tan θ）? ? ? ? ? （3）

式中：Kk為可靠系數;Ψ為功率因數差時的負荷阻抗角;θ為BC邊的傾斜角，即線路阻抗角，范圍為60°～85°。

復阻抗計算公式：

Z=■/■=R+j（X1-Xc）=R+jX? ? ? ? ? ? ? ? （4）

圖1中，躲涌流偏移角為85°，容性阻抗偏移角為15°。

（1）距離保護程序已進行抗CT飽和處理，如果CT飽和，程序會修復阻抗測量值。

（2）裝置阻抗邊界掃描試驗時，如掃描邊界過程中電流保持不變且電流值小于過流保護電流整定值，裝置需要采集跳位信號，如此在保護整組復歸時間到后才不至于影響邊界掃描。

（3）距離保護電流需滿足大于廠家保護定值中的“電流突變量啟動距離保護電流定值”或“過流啟動距離保護電流定值”的條件，并且距離Ⅰ段電流需大于0.4In，距離Ⅱ段、距離Ⅲ段電流需大于0.3In。

當保護裝置安裝在上下行并聯的分區所或AT所時，可根據需要投入“距離Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ段方向”控制字，投入后原先整定的阻抗特性按照原點對稱的方式擴大保護范圍，將反向對稱區域包括在內。

2? ? 多邊形邊界的測試方法

2.1? ? 搭建多邊形動作特性曲線

利用ONLLY昂立測試儀的阻抗特性測試模塊，可以對投入的距離保護進行動作邊界掃描測試。測試項目菜單如圖2所示，設置好保護類別、測試項目、故障類型、測試儀輸出方式。

在阻抗特性測試界面右側坐標圖區域，單擊鼠標右鍵，選擇阻抗特性圖定義選項，會彈出阻抗特性—保護區段界面，在此界面的新增欄下，點擊自定義選項按鈕，會彈出自定義—保護區段界面，如圖3所示。

在自定義界面選擇多邊形選項，點擊新增按鈕，會彈出多邊形—直線圖元參數界面，如圖4所示，繼續設置坐標系為直角坐標系（笛卡兒坐標）。設置完成坐標及直線傾角后點擊“確定”按鈕，此界面自動關閉。

自動回到自定義—保護區段界面，如圖5所示，投入距離Ⅰ段正向保護，保護定值設置為：電阻R=8 Ω，電抗X=8 Ω，阻抗角θ=60°，動作時間設置為0 s。參考圖1，由設置的保護定值可以得出與圖1相似的正方向多邊形曲線，利用ONLLY昂立測試儀的自定義—保護區段功能，可以很精準地定義出多邊形區域。

如圖5所示，圖5下方界面序號1對應圖1直線DA，公式（4），其中R=0 Ω，X=0 Ω，可以得出Z=0+j0，直線傾角（直線與R軸夾角）85°;序號2對應圖1直線AB，公式（4），其中X=8 Ω，R=X/tan 85°，求出R≈0.7 Ω，可以得出Z=

0.7+j8，直線傾角0°;序號3對應圖1直線BC，公式（4），R=8 Ω，X=0 Ω，可以得出Z=8+j0，直線傾角60°;序號4對應圖1直線CE，公式（4），其中，R=8 Ω，X=0 Ω，可以得出Z=8+j0，直線傾角-90°;序號5對應圖1直線ED，公式（4），其中，R=0 Ω，X=0 Ω，可以得出Z=0+j0，直線傾角-15°。

設置完成上述步驟，點擊“確定”按鈕，會彈出阻抗特性—保護區段界面，可以看到顯示了一條定義的多邊形阻抗特性圖，選中此條記錄后，點擊“確定”按鈕，完成多邊形阻抗特性圖的搭建。

2.2? ? ONLLY昂立測試儀邊界掃描設置方法

在圖2測試項目菜單中，測試項目右側點擊“添加”按鈕，會彈出阻抗邊界特性界面，設置如圖6所示?？梢匀∽杩固匦詧D中間位置輻射式掃描動作邊界，多邊形邊界掃描結果如圖7所示。設置好阻抗特性圖后，可以設置邊界掃描曲線。

反方向多邊形阻抗特性如圖8所示，它與正方向多邊形阻抗特性關于原點對稱。反方向不改變阻抗幅值，阻抗角比正方向+180°，可以參考測試儀搭建正方向多邊形動作特性曲線的方法。

圖9下方界面序號1對應圖8直線DA，公式（4），其中R=0 Ω，X=0 Ω，可以得出Z=0+j0，直線傾角265°;序號2對應圖8直線AB，公式（4），其中X=-8 Ω，R=X/tan 85°，求出R≈-0.7 Ω，可以得出Z=-0.7-j8，直線傾角180°;序號3對應圖8直線BC，公式（4），R=-8 Ω，X=0 Ω，可以得出Z=-8+j0，直線傾角240°;序號4對應圖8直線CE，公式（4），其中，R=-8 Ω，X=0 Ω，可以得出Z=-8+j0，直線傾角90°;序號5對應圖8直線ED，公式（4），其中，R=0 Ω，X=0 Ω，可以得出Z=0+j0，直線傾角165°。

利用測試儀模板的保存功能，可以方便地編輯、保存、修改、調用測試儀模板文件，靈活地修改保護定值，減少了復雜的計算過程，提高了測試效率。

3? ? 結語

本文總結了基于ONLLY測試儀的距離保護多邊形動作阻抗特性曲線的測試方法，利用測試儀模板保存和調用功能，在已搭建的測試儀模板基礎上，可靈活改動保護定值參數，此方法既節約了檢測試驗的時間，又提高了測試效率。

[參考文獻]

[1] 李群湛，解紹鋒，張麗，等.電氣化鐵路供電系統及其電能質量控制技術[M].北京：中國電力出版社，2015.

[2] 張保會，尹項根.電力系統繼電保護[M].北京：中國電力出版社，2005.

[3] 姜越，李彥吉，林汪洋.牽引變電所距離保護阻抗四邊形特性值計算及程序設計[J].鐵道技術監督，2017，45（6）：43-45.

[4] 陳啟迪，南東亮，馮小萍，等.計及牽引供電的地區電網距離保護整定計算研究[J].電器與能效管理技術，2020（12）：105-108.

收稿日期：2022-02-17

作者簡介：殷照華（1981—），男，江蘇南京人，工程師，研究方向：電力系統保護及自動化。

通信作者：趙雪（1982—），女，吉林人，碩士研究生，高級工程師，研究方向：控制理論與控制工程。