高鐵牽引所主變低壓啟動過電流保護分析及對策

俞益飛 中國鐵路上海局集團有限公司調(diào)度所

高速鐵路牽引所是鐵路供電的核心設備，主變是牽引所心臟設備，承擔電能的輸送與電壓的變換。目前高速牽引所采用兩路220 kV 電源進線受電分別接至兩組主變，日常運行兩路電源及主變采用一主一備方式，當一路電源或者主變故障，另一路電源和主變自動投入運行，確保不間斷給高速鐵路接觸網(wǎng)動車組供電。

1 概況

XX 年 X 月 X 日 2：23，滬通高鐵 XX 牽引所 4 號主變低壓側(cè)204 斷路器在天窗點內(nèi)進行設備檢修時拒合暫時無法修復，由于牽引所電源一（對應1 號、3 號主變）供電公司計劃停電未能恢復供電，后確定采用鄰所半邊越區(qū)供電方式，XX 牽引所通過XX 分區(qū)所越區(qū)供電恢復接觸網(wǎng)供電。8:11、9:17XX 牽引所2號主變低壓側(cè)202DL分別過電流保護動作，手動送電恢復供電，造成接觸網(wǎng)兩次停電5 min，影響多趟動車組運行。

1.1 動作情況

8:11，XX 牽引所2 號主變低壓側(cè)202DL 低電壓過電流保護動作，Ua 為 27.3 kV，Ub 為 0.5 kV,Ia 為 0.18 A，Ib 為 1247.1 A。初步判斷過負荷，8:14 手動閉合202DL 恢復供電。9:17，XX牽引所2號主變低壓側(cè)202DL低電壓過電流保護動作，Ua為26.6 kV，Ub 為 0.5 kV,Ia 為 0.25 A，Ib 為 1100.3 A。初步判斷過負荷，9:19 手動閉合202DL 恢復供電。通知列車調(diào)度員適當控制車流。

1.2 保護分析

主變過電流保護的作用是保護外部短路引起的變壓器過電流。牽引變壓器高低壓側(cè)均設置了過電流保護，低壓側(cè)過電流保護是27.5 kV 母線的主保護、相應饋線的后備保護。根據(jù)最新繼電保護導則要求，過電流保護增加低電壓閉鎖功能，動作電壓按躲過變壓器低壓側(cè)最低運行電壓整定。

式中：Umin為低壓側(cè)最低運行電壓，單位伏特（V）；

Kk為可靠系數(shù)，取1.2；

npt為電壓互感器變比。

對于2×25 kV AT供電方式，低壓判據(jù)采用T母線對地或者TF合成電壓。

低壓側(cè)動作電流按躲過低壓側(cè)額定電流整定，AT供電方式低壓側(cè)取T、F 電流之和（向量差），各相動作電流應分別計算。

式中：Kkl為低壓側(cè)可靠系數(shù)，取1.2～1.5；

Iel為低壓側(cè)額定電流，單位安培（A）;

nCTl低壓側(cè)電流互感器變比。

查該所保護整定單，2號主變低壓側(cè)過流保護定值（二次值）：過流值0.44 A，電壓值73 V，時限整定0.7 s，流互變比2500/1，壓互變比275/1。換算至高壓一次值，過流值為0.44 A×2 500=1 100 A，電壓值為73 V×275=20.075 kV，兩次跳閘時低壓側(cè)過電流1247.1 A、1100.3 A 均超過整定值1 100 A；兩次跳閘時低壓側(cè)閉鎖電壓接近于零，小于整定值20.075 kV，達到動作條件，保護屬于正常動作。

2 原因分析

分析跳閘數(shù)據(jù)（跳閘報告見圖1），對照XX牽引所一次主接線圖，發(fā)現(xiàn)2號主變對應202DL 且供電至T1、F1段母線，對應201YHT、201YHF，查詢母線電壓曲線，發(fā)現(xiàn)201YHT、201YHF 在跳閘前電壓正常（電壓曲線見圖2）。跳閘報告數(shù)據(jù)Ub=0.5 kV，而a 相母線已停電情況下Ua=27.3 kV，Ua、Ub電壓數(shù)據(jù)異常。繼續(xù)查詢牽引所二次接線圖以及所內(nèi)保護裝置配置，發(fā)現(xiàn)綜自廠家在保護裝置里將低壓Ⅰ段、Ⅱ段的a相與b相定義取反，即Ua、Ub數(shù)據(jù)反了，致使主變低壓側(cè)過電流保護中低電壓閉鎖功能失效，當主變低壓側(cè)過電流超過保護定值保護裝置延時后出口動作。

圖1 跳閘報告

圖2 電壓曲線圖

3 存在問題

3.1 主變低壓側(cè)過電流與饋線低電壓過電流保護整定不合理

主變低壓側(cè)過電流保護是饋線保護的后備保護，整定按躲開主變低壓側(cè)額定電流整定，而饋線過電流按躲開饋線最大負荷電流并保證末端故障有足夠靈敏度整定。查詢該主變一個月里低壓側(cè)最大負荷曲線圖見圖3，最大負荷出現(xiàn)在13 日15：59：32，持續(xù)2 s，單條饋線最大電流1 466 A，該主變低壓最大電流1 541 A。對照保護整定單數(shù)據(jù)：饋線過電流整定值1 320 A，主變低壓過電流整定值1 100 A。存在過流保護整定與實際負荷、上下級保護電流定值不匹配的情況，遇到低電壓閉鎖功能失靈時，易使主變低壓側(cè)斷路器越級跳閘。

圖3 最大負荷曲線圖

3.2 主變后備保護裝置電壓定義不正確

XX 牽引所1 號、2 號系統(tǒng)在開通施工期間曾進行二次接線對換，保護裝置對應的遙測數(shù)據(jù)進行同步修改，但遺漏主變后備保護裝置里低壓Ua和Ub定義的修改。查詢牽引所交接整體傳動試驗時，只在二次端子排處加壓通過保護裝置確認電壓顯示正常，未進行低電壓閉鎖功能試驗等。

3.3 未設置主變過電流自動放大電流定值功能

目前主變后備保護裝置均支持主變低壓側(cè)過電流保護在PT 斷線時自動放大電流定值功能，當?shù)蛪簜?cè)PT 斷線條件啟動后，過電流保護會自動放大電流，確保在大負荷時不誤動作。

4 改進措施

針對高鐵牽引所主變低壓側(cè)過電流保護設置存在的問題，結合運行實際，應采取以下措施：

4.1 合理配置饋線和主變后備過電流保護的定值參數(shù)

建議饋線與主變后備保護的電壓、電流、時限定值按上下級級差配置。目前不斷推出新型高鐵動車組，機車功率越來越高，運行圖線條密度越來越密，這要求牽引所保護配置也必須動態(tài)維護，在滿足主導電回路能力的情況下，根據(jù)實際運行負荷峰值大、持續(xù)時間短的情況，選取列車調(diào)圖后一時間段內(nèi)的最大負荷，并考慮饋線末端最小短路電流數(shù)值（設計數(shù)值為1 905 A），合理調(diào)整饋線低壓過流保護的電流數(shù)據(jù)。上級主變低壓側(cè)過流保護的電流數(shù)值應與饋線設置合理級差。根據(jù)該所饋線實際負荷情況以及主變過負荷能力，建議饋線低壓過流整定值提高至1 480 A 左右、2 號主變低壓過流整定值提高至1 530 A左右為宜。

4.2 加強新線介入驗收工作，提高牽引所交接試驗工作質(zhì)量

牽引所驗收時需首先核對圖紙與現(xiàn)場實際接線是否一致，不同廠家對相關定義是否統(tǒng)一，提前審核調(diào)試點表；其次通過交接試驗核實回路的正確性，通過在設備源頭電壓、電流分別加量，遙測、保護數(shù)據(jù)關聯(lián)性校核，分部試驗與整組傳動試驗相結合，各類閉鎖試驗也需要逐一核對試驗，從而確保接線和數(shù)據(jù)配置的正確性。

4.3 設置主變低壓側(cè)過電流自動放大電流定值功能

XX 牽引所是2020 年新開通運行的牽引所，按照最新繼電保護配置及整定導則，主變保護按雙套保護配置，現(xiàn)場設備分別為南自WBZ662、凱發(fā)KF6531 主變后備保護裝置，該型號保護裝置在低電壓啟動單相過電流保護時均具備PT 斷線時自動放大電流定值功能。其中單相過流保護的電流調(diào)整定值I1GLΨψ’＝k I1GLψ，I1GLψ為單相過流保護電流定值，ψ 為 a/b 相中任 一相；當?shù)蛪簜?cè)對應相 PT 斷線且過流定值調(diào)整功能投入時k=KGL1，其中KGL1為單相過流電流系數(shù)定值，否則k=1。低電壓啟動的a相過電流保護在滿足以下條件時出口跳a相斷路器（啟動條件見圖4）。

①Ua小于低壓側(cè)低壓啟動電壓定值；

②Ia＞I1GLa’，其中I1GLa’為a相過流電流調(diào)整定值；

③延時時間到。

其中PT 斷線閉鎖判據(jù)滿足電壓、電流條件：電壓定值按躲過最低運行電壓整定，一般取30 V-50 V; PT 斷線延時2 s發(fā)出告警信號。這樣在電壓回路異常產(chǎn)生PT斷線報警時，能自動放大主變過電流定值，低壓側(cè)過電流放大倍數(shù)為最大負荷電流/額定電流比值，查詢放大倍數(shù)設計定值為2.86，保護裝置在滿足放大條件時自動把主變低壓側(cè)過電流電流定值由1 100 A 放大到3 146 A。投入這項功能，能有效減少過負荷引起的主變過電流保護動作次數(shù)。

圖4 a相過電流保護

4.4 合理安排牽引所內(nèi)設備檢修時間

本次誤動作是在牽引所半邊越區(qū)供電的特殊運行方式產(chǎn)生，雖然誤動作原因為保護裝置電壓設置錯誤，但為有效較少此類情況再發(fā)，建議牽引所內(nèi)不同區(qū)域的設備檢修在安排時間上錯開，避免備用設備停電檢修、主用設備在天窗點維修發(fā)生設備故障無法修復從而影響正常供電。另外在特殊情況下必須采用牽引所半邊越區(qū)運行方式，需提前檢查確認牽引所具備運行條件，越區(qū)完成后仔細檢查運行主變的后備保護裝置內(nèi)的電壓電流數(shù)值是否正常，主變過電流保護電壓、電流、時限正確設置，雙套保護配置完全一致。

5 結論

通過上述分析，高鐵牽引所主變低壓側(cè)低電壓過電流保護誤動作，造成接觸網(wǎng)停電，干擾高鐵運輸次序，分析誤動作原因，采取針對性措施，合理調(diào)整保護定值、加強交接試驗、正確投入防誤動保護功能，可以有效減少主變低壓側(cè)低電壓過電流保護跳閘的次數(shù)，提高牽引所供電可靠性。