李文起

石太客運(yùn)專線電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)采用AT供電模式，其中AT所差動(dòng)電流保護(hù)是一種新型保護(hù)。自2009年4月正式投入運(yùn)行以來，在沒有發(fā)生短路故障的情況下，曾經(jīng)多次發(fā)生AT所差動(dòng)電流保護(hù)裝置誤動(dòng)作現(xiàn)象。經(jīng)現(xiàn)場檢查和測試證明，所有一次設(shè)備、二次設(shè)備、設(shè)備接線和電流互感器極性均正常。差動(dòng)電流保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)，外部電流大于其差動(dòng)電流整定值，說明差動(dòng)電流保護(hù)裝置應(yīng)該動(dòng)作。但是繼電保護(hù)整定原則要求，在無短路故障的情況下，差動(dòng)電流保護(hù)裝置不能動(dòng)作，因此說明差動(dòng)電流保護(hù)整定值可能存在問題，下面進(jìn)行詳細(xì)分析。

1 AT所差動(dòng)電流保護(hù)的基本原理

從AT所主接線示意圖（圖1）和AT差動(dòng)電流保護(hù)二次接線圖（圖 2）可以看出，AT差動(dòng)電流保護(hù)有2種檢測差電流的模式：一是檢測T線、F線上的電流差，即電流互感器LHT1與LHF1（LHT2與 LHF2）二次線圈同極性并聯(lián)，在有電流通過時(shí)產(chǎn)生的電流差；二是檢測上下行的電流差，即電流互感器“LHT1與LHF1的電流差”與“LHT2與LHF2的電流差”之差形成的差電流。

圖1 AT所主接線示意圖

上述T線、F線上的電流差是在綜合自動(dòng)化系統(tǒng)（簡稱綜自系統(tǒng)）外部，通過 LHT與 LHF電流互感器二次線圈并聯(lián)形成。然后將上下行各自的電流差輸入到綜自系統(tǒng)內(nèi)部，通過它的分析計(jì)算形成最后差電流，并將此差電流與保護(hù)整定值自動(dòng)比較，判斷出差電流保護(hù)裝置是否動(dòng)作，若差電流超過標(biāo)準(zhǔn)電流整定值，則差電流保護(hù)裝置即可動(dòng)作跳閘。

2 AT供電電流的種類及強(qiáng)度

2.1 電流的種類

T線、F線上存在的電流有4種：一是在AT空載投入時(shí)的勵(lì)磁涌流；二是在機(jī)車運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷電流（包括機(jī)車啟動(dòng)時(shí)的電流）；三是線路短路電流（T線、F線間短路；T線對(duì)地間短路；F線對(duì)地間短路）；四是AT所內(nèi)短路電流（T線、F線間短路；T線對(duì)地間短路；F線對(duì)地間短路）。前 2種情況時(shí)差電流保護(hù)裝置不應(yīng)該動(dòng)作；第3種情況差電流保護(hù)裝置可以動(dòng)作或不動(dòng)作；第4種情況差電流保護(hù)裝置應(yīng)該動(dòng)作。

由于T線、F線間短路時(shí)，對(duì)AT變壓器沒有太大的影響，所以AT差電流保護(hù)對(duì)T線、F線間短路可以不起作用。

2.2 形成電流差的強(qiáng)度

2.2.1 勵(lì)磁涌流形成的電流差

AT空載投入時(shí)，勵(lì)磁涌流為自耦變壓器 AT額定電流Ie的5～10（取8）倍，但通過T線、F線LH的電流大小為I/2，方向相同（見圖3點(diǎn)劃線），流入電流互感器同名端的電流方向相反，輸入到綜自系統(tǒng)的二次電流基本相互抵消，僅有一個(gè)電流互感器 LHT與 LHF不平衡差電流。一般不平衡系數(shù)取0.1，即差電流約等于0.1×8Ie。

2.2.2 機(jī)車運(yùn)行時(shí)的電流差

從圖3看出，通過自耦變壓器AT1的負(fù)荷電流（I1=I2=I/ 2）大小相等，方向相反，流入電流互感器LHT1、LHF1同名端的電流方向相同，輸入到綜自系統(tǒng)的二次電流為I1、I2之和，即電流差為I1+I2= 2×I/2 =I。

在機(jī)車啟動(dòng)時(shí)的不平衡電流與上述相同，亦為I。

2.2.3 線路短路電流

（1）T線對(duì)地間短路時(shí)，其短路電流為Idt，若上下行聯(lián)絡(luò)隔離開關(guān)GK（見圖1）處于斷開狀態(tài)，反映到綜自系統(tǒng)的二次電流等于電流互感器LHT與LHF的電流之和，即I1+I2=Idt。若隔離開關(guān)GK處于閉合狀態(tài)，短路電流為Idt，反映到綜自系統(tǒng)的二次電流等于電流互感器“LHT1與LHF1的電流之和”與“LHT2與LHF2的電流之和”之差。其電流值為0.1Idt。

（2）同理，F(xiàn)線對(duì)地間短路時(shí)，反映到綜自系統(tǒng)的二次電流與上述相同，等于IdF或0.1IdF。

（3）T線對(duì)F線間短路時(shí)，其短路電流為Idtf，若上下行聯(lián)絡(luò)隔離開關(guān)GK處于斷開狀態(tài)，反映到綜自系統(tǒng)的二次電流等于電流互感器LHT與LHF的電流之差，其電流值為0.1Idtf。若隔離開關(guān)GK處于閉合狀態(tài)，短路電流為Idt，反映到綜自系統(tǒng)的二次電流等于電流互感器“LHT1與LHF1的電流差”與“LHT2與LHF2的電流差”之差。其電流值為0.01Idtf。

2.2.4 AT所內(nèi)短路電流

（1）T線對(duì)地間短路時(shí)，其短路電流為Idt，若上下行聯(lián)絡(luò)隔離開關(guān)GK處于斷開狀態(tài)，反映到綜自系統(tǒng)的二次電流等于電流互感器LHT與LHF的電流之和，即I1+I2=Idt。若隔離開關(guān)GK處于閉合狀態(tài)，短路電流為Idt，反映到綜自系統(tǒng)的二次電流等于電流互感器“LHT1與LHF1的電流之和”加上“LHT2與LHF2的電流之和”。其電流值為Idt。

圖2 AT差動(dòng)電流保護(hù)裝置二次接線圖

圖3 AT供電電流分布示意圖

（2）同理，F(xiàn)線對(duì)地間短路時(shí)，反映到綜自系統(tǒng)的二次電流與上述相同，等于IdF。

（3）T線對(duì)F線間短路時(shí)，其短路電流為Idtf，若上下行聯(lián)絡(luò)隔離開關(guān)GK處于斷開狀態(tài)，反映到綜自系統(tǒng)的二次電流等于電流互感器 LHT與 LHF的電流之差，其電流值為 0.1Idtf。若隔離開關(guān) GK處于閉合狀態(tài)，短路電流為Idt，反映到綜自系統(tǒng)的二次電流等于電流互感器“LHT1與LHF1的電流差”與“LHT2與LHF2的電流差”之和。其電流值亦為0.1Idtf。

3 AT差動(dòng)電流保護(hù)的整定與分析

3.1 目前AT差動(dòng)電流保護(hù)的整定方法及影響

現(xiàn)在 AT差動(dòng)電流保護(hù)的整定值，按 AT所27.5 kV母線最大短路電流Id乘以電流互感器不平衡系數(shù)0.1整定。其整定公式為Kk×Id×0.1（式中Kk為可靠系數(shù)、取1.25），該整定方法在實(shí)際運(yùn)行中存在如下不適宜的地方：

（1）其整定值太小。由于AT所最大短路電流Id約為6 000 A（最小短路電流約為3 000 A），其整定值僅為1.25×6 000×0.1 = 750 A，小于AT所饋線最大負(fù)荷電流1 200 A（機(jī)車啟動(dòng)電流800 A），因此，在正常負(fù)荷時(shí)差動(dòng)電流保護(hù)裝置會(huì)誤動(dòng)。

（2）上下行綜合電流的影響。由于目前 AT所上下行聯(lián)絡(luò)隔離開關(guān)GK處于斷開狀態(tài)，在上下行分別送電時(shí)，上（下）行機(jī)車運(yùn)行電流與下（上）行AT變壓器的最大勵(lì)磁涌流形成累加電流，其電流值更大，更容易引起差動(dòng)電流保護(hù)裝置誤動(dòng)作。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，僅運(yùn)行一個(gè)月，在上（下）行機(jī)車運(yùn)行，下（上）行送電時(shí)發(fā)生差動(dòng)電流保護(hù)裝置誤動(dòng)12次。

（3）按最大短路電流整定不合理。從整定公式可以看出，整定值所用的短路電流應(yīng)該是T線、F線間的短路電流（因乘以0.1的不平衡系數(shù)），經(jīng)計(jì)算該短路電流較?。ㄔ? 000 A左右），而公式中用的是T線對(duì)地的短路電流，故以上整定公式無實(shí)質(zhì)意義。

3.2 AT差動(dòng)電流保護(hù)的整定原則

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際需要，經(jīng)詳細(xì)分析認(rèn)為AT差動(dòng)電流保護(hù)的整定原則應(yīng)該符合如下幾點(diǎn)基本要求：（1）AT所內(nèi)部設(shè)備（AT變壓器及其他設(shè)備）發(fā)生短路故障時(shí)，差動(dòng)電流保護(hù)裝置必須動(dòng)作。（2）線路發(fā)生短路故障時(shí)，差動(dòng)電流保護(hù)裝置可以動(dòng)作或不動(dòng)作。（3）能躲過AT變壓器空載投入時(shí)的最大勵(lì)磁涌流。（4）能躲過機(jī)車運(yùn)行時(shí)的最大負(fù)荷電流（包括機(jī)車啟動(dòng)時(shí)的電流）。（5）在上下行聯(lián)絡(luò)隔離開關(guān)GK斷開時(shí)，還應(yīng)考慮上（下）行AT變壓器的最大勵(lì)磁涌流和下（上）行最大負(fù)荷電流的綜合影響。由于目前AT供電運(yùn)行方式為上下獨(dú)立供電，AT所、分區(qū)亭開環(huán)運(yùn)行方式，所以必須采取該整定原則。

3.3 AT差動(dòng)電流保護(hù)的整定值

3.3.1 考慮勵(lì)磁涌流的影響

從第2.2.1條可以看出，最大勵(lì)磁涌流對(duì)差電流的影響取0.1×8Ie。為使在最大勵(lì)磁涌流時(shí)差電流保護(hù)裝置可靠不動(dòng)作，加入可靠系數(shù)K1，一般K1取1.3。即差電流公式將為Id1＝K1×0.1×8Ie。

3.3.2 考慮最大負(fù)荷電流的影響

從第2.2.2條可以看出，輸入到綜自系統(tǒng)的負(fù)荷電流二次值為If，最大負(fù)荷電流為Ifmax，加入可靠系數(shù)K2，一般K2取1.3。即差電流公式將為Id2=K2×Ifmax。

若機(jī)車啟動(dòng)電流大于最大負(fù)荷電流，則公式中電流取用機(jī)車啟動(dòng)電流。

3.3.3 考慮綜合因素的影響

考慮勵(lì)磁涌流和最大負(fù)荷電流同時(shí)影響時(shí)，其差電流公式為上述2個(gè)公式之和：即

3.4 AT差動(dòng)電流保護(hù)可靠性分析

根據(jù)AT差動(dòng)電流保護(hù)的整定原則，校對(duì)按式（1）整定時(shí)保護(hù)動(dòng)作的可靠性。

（1）由于式（1）按勵(lì)磁涌流和最大負(fù)荷電流同時(shí)影響整定的，所以在勵(lì)磁涌流和最大負(fù)荷電流存在時(shí)，差動(dòng)電流保護(hù)裝置不會(huì)誤動(dòng)作。

（2）外部線路短路時(shí)，由于式（1）整定值遠(yuǎn)大于 T線、F線間短路時(shí)的差電流值（0.1Idtf或0.01Idtf），所以 T線、F線間短路時(shí)，差動(dòng)電流保護(hù)裝置不會(huì)動(dòng)作。由于式（1）整定值遠(yuǎn)小于T（F）線對(duì)地間短路時(shí)的短路差電流Idt。所以T（F）線對(duì)地間短路時(shí)，差動(dòng)電流保護(hù)裝置會(huì)動(dòng)作。

（3）AT所內(nèi)短路時(shí)，由于式（1）整定值遠(yuǎn)大于T線、F線間短路時(shí)的差電流值為0.1Idtf，所以T線、F線間短路時(shí)，差動(dòng)電流保護(hù)裝置不會(huì)動(dòng)作。由于式（1）整定值遠(yuǎn)小于T（F）線對(duì)地間短路時(shí)的短路差電流Idt。所以T（F）線對(duì)地間短路時(shí)，差動(dòng)電流保護(hù)裝置會(huì)動(dòng)作。

根據(jù)上述公式對(duì)AT所差動(dòng)電流保護(hù)整定值進(jìn)行了計(jì)算，2009年5月對(duì)所有AT所、分區(qū)亭差動(dòng)電流保護(hù)按式（1）進(jìn)行了整定，改變整定值后，AT所再?zèng)]有發(fā)生差動(dòng)電流保護(hù)裝置誤動(dòng)現(xiàn)象。

4 建議與措施

從上面分析可以看出，在現(xiàn)有接線的情況下，采用改變差動(dòng)電流保護(hù)整定值的方法，只能防止其誤動(dòng)，不能完善保護(hù)功能。在AT所內(nèi)T線、F線間短路時(shí)，差動(dòng)電流保護(hù)裝置也不會(huì)動(dòng)作。這就達(dá)不到現(xiàn)場要求，因此提出如下建議。

4.1 改變差動(dòng)電流保護(hù)裝置接線方式

將差動(dòng)電流保護(hù)裝置的接線方式改成如圖4所示的形式。

圖4 AT所差動(dòng)保護(hù)裝置二次接線示意圖

差動(dòng)保護(hù)的差電流由綜自系統(tǒng)內(nèi)部軟件自動(dòng)計(jì)算得出，并形成2種獨(dú)立的差電流，即T線、F線間的差電流和上下行間的差電流，2種差電流自動(dòng)比較，輸出其電流大的值。其差電流的形成原則：一是通過電流互感器LHT1與LHF1（LHT2與LHF2）的電流之差形成差電流，與上述相同，不贅述；二是由LHT1與LHT2、LHF1與LHF2的電流分別形成差電流，再進(jìn)行絕對(duì)值相加后輸出。當(dāng)外部線路發(fā)生任何形式的短路故障時(shí)，通過LHT1與LHT2、LHF1與LHF2的電流分別形成的差電流之和小于或等于0.1Id，此值小于整定值，差電流保護(hù)裝置不會(huì)動(dòng)作。當(dāng)AT所內(nèi)發(fā)生任何形式的短路故障時(shí)，通過LHT1與LHT2、LHF1與LHF2的電流分別形成的差電流之和等于短路電流Id，此值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于整定值，差電流保護(hù)裝置會(huì)動(dòng)作。

將差電流保護(hù)裝置的功能綜合得：（1）T（F）線對(duì)地間短路時(shí)，無論在AT所內(nèi)外，差動(dòng)電流保護(hù)裝置都會(huì)動(dòng)作。（2）在AT所內(nèi)T線、F線間短路時(shí)，差動(dòng)電流保護(hù)裝置會(huì)動(dòng)作；在線路上T線、F線間短路時(shí)差動(dòng)電流保護(hù)裝置不會(huì)動(dòng)作。（3）在勵(lì)磁涌流和負(fù)荷電流累加的情況下，差動(dòng)電流保護(hù)裝置不會(huì)發(fā)生誤動(dòng)作。

4.2 增加繼電保護(hù)功能

目前在AT所、分區(qū)亭僅設(shè)有2種保護(hù)，一種是AT變壓器差動(dòng)電流保護(hù)；另一種是饋線失壓保護(hù)。上述2種保護(hù)目前無法滿足現(xiàn)場運(yùn)行的需要，容易發(fā)生誤動(dòng)和拒動(dòng)。因此提出如下建議：（1）增加電流速斷和過電流保護(hù)。（2）增加阻抗三段保護(hù)和電流增量保護(hù)。

增加上述保護(hù)后，在差動(dòng)電流保護(hù)裝置接線不變動(dòng)的情況下，仍能完成在各種短路情況下AT所、分區(qū)亭正常跳閘，縮小故障范圍。

AT所、分區(qū)亭差動(dòng)電流保護(hù)是目前使用的一種新型保護(hù)，對(duì)自耦變壓器及AT所內(nèi)的設(shè)備具有一定的保護(hù)作用。目前此種保護(hù)的整定原則、整定方法還不十分完善，有待于進(jìn)一步論證和探討。上面介紹的整定原則、整定方法是根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行情況和分析得出的，解決了AT所差動(dòng)電流保護(hù)誤動(dòng)作問題，適應(yīng)于石太客運(yùn)專線現(xiàn)場運(yùn)行情況，也可供其他AT供電的電氣化鐵道差動(dòng)電流保護(hù)整定時(shí)參考和借鑒。

[1]曹建猷.供電系統(tǒng)[M].北京：中國鐵道出版社，1993：162-171.

[2]譚秀炳.交流電氣化鐵道供電系統(tǒng)[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2007：239-256.