張紹臣

0 引言

由于國(guó)家西北部電氣化鐵道的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)已無(wú)法保障牽引變電所雙路電源的供電。目前，供電方式是通過(guò)相鄰牽引變電所提供另一路電源，即為2座相鄰牽引變電所互為備用的穿越式供電方式，也被形象地稱(chēng)為“手拉手”供電方式，以提高供電的可靠性。本文依據(jù)大包線(xiàn)電氣化鐵道外部電源的特點(diǎn)進(jìn)行分析。

1 相鄰牽引變電所外部電源穿越供電方式

以大包線(xiàn)相鄰的美岱召牽引變電所、畢克齊牽引變電所為例，就二路電源互為備用的供電方式作如下分析。

正常運(yùn)行時(shí)，土默特右旗變電所（下文簡(jiǎn)稱(chēng)土右變）向美岱召牽引變電所（下文簡(jiǎn)稱(chēng)美岱召所）供電，呼和浩特東郊變電所（下文簡(jiǎn)稱(chēng)呼東郊變）向畢克齊牽引變電所（下文簡(jiǎn)稱(chēng)畢克齊所）供電，2所進(jìn)線(xiàn)隔離開(kāi)關(guān)、母線(xiàn)分段隔離開(kāi)關(guān)都處于閉合狀態(tài)。2臺(tái)牽引變壓器的主要投切直接通過(guò)變壓器前的斷路器完成，二者之間有閉鎖關(guān)系，不允許同時(shí)合閘。美岱召所與畢克齊所的聯(lián)絡(luò)斷路器1臺(tái)閉合、1臺(tái)斷開(kāi)，默認(rèn)美岱召所聯(lián)絡(luò)斷路器閉合、畢克齊所聯(lián)絡(luò)斷路器斷開(kāi)，使得聯(lián)絡(luò)220 kV線(xiàn)路長(zhǎng)期處于帶電熱備狀態(tài)。

當(dāng)土右變—美岱召所220 kV線(xiàn)路發(fā)生故障，美岱召所進(jìn)線(xiàn)斷路器線(xiàn)路保護(hù)啟動(dòng)而跳開(kāi)，同時(shí)斷開(kāi)進(jìn)線(xiàn)隔離開(kāi)關(guān)，此時(shí)畢克齊所聯(lián)絡(luò)線(xiàn)檢壓裝置檢出線(xiàn)路失壓，從而啟動(dòng)電源自投裝置（躲開(kāi)一次重合閘），使畢克齊所聯(lián)絡(luò)斷路器閉合，由呼東郊變通過(guò)畢克齊所220 kV母線(xiàn)和2所間聯(lián)絡(luò)線(xiàn)路向美岱召所供電。

當(dāng)呼東郊變—畢克齊所220 kV線(xiàn)路發(fā)生故障時(shí)，畢克齊所進(jìn)線(xiàn)斷路器線(xiàn)路保護(hù)啟動(dòng)而跳開(kāi)，同時(shí)打開(kāi)進(jìn)線(xiàn)隔離開(kāi)關(guān)，此時(shí)畢克齊所進(jìn)線(xiàn)檢壓裝置檢出線(xiàn)路失壓，從而啟動(dòng)電源自投裝置（躲開(kāi)一次重合閘），使畢克齊所聯(lián)絡(luò)斷路器閉合，由土右變通過(guò)美岱召所220 kV母線(xiàn)和2座變電所間聯(lián)絡(luò)線(xiàn)路向畢克齊所供電。

2 變電所中220 kV電源線(xiàn)路保護(hù)裝置配制

2.1 線(xiàn)路保護(hù)種類(lèi)

進(jìn)線(xiàn)保護(hù)設(shè)有零序電流保護(hù)、光纖差動(dòng)保護(hù)、距離保護(hù)；聯(lián)絡(luò)線(xiàn)保護(hù)設(shè)有距離保護(hù)、零序電流保護(hù)，牽引變電所高壓側(cè)母線(xiàn)設(shè)母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)等。

2.2 光纖差動(dòng)保護(hù)原理

通過(guò)光纖實(shí)時(shí)向?qū)?cè)發(fā)送采集的數(shù)據(jù)，同時(shí)接收對(duì)側(cè)的采樣數(shù)據(jù)，利用本側(cè)采集的數(shù)據(jù)與對(duì)側(cè)電流數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。故障電流超過(guò)整定電流時(shí)，兩側(cè)斷路器保護(hù)跳閘，正常時(shí)作為電容補(bǔ)償電流。在進(jìn)行差動(dòng)繼電器計(jì)算時(shí)，必須滿(mǎn)足故障條件：且動(dòng)作判據(jù)如下：

或者

零序差動(dòng)對(duì)高阻接地故障起輔助保護(hù)作用，零序差動(dòng)比例系數(shù)保護(hù)內(nèi)部固定為k0BL= 0.8。Ib常數(shù)計(jì)算值為0.4IINT。IC為正常運(yùn)行時(shí)計(jì)算得到的電容電流。距離保護(hù)有 3個(gè)相間距離保護(hù)（Zbc、Zca、Zab）和 3個(gè)接地距離保護(hù)（Za、Zb、Zc），其動(dòng)作特性如圖1、圖2所示。

圖1 阻抗Ⅰ、Ⅱ段動(dòng)作特性示意圖

圖2 阻抗Ⅲ段動(dòng)作特性示意圖

3 電源線(xiàn)路和主變壓器的備自投方式

采用穿越供電方式的牽引變電所，2座變電所只設(shè)1個(gè)備自投裝置。線(xiàn)路自投有多種方式，本文以美岱召所和畢克齊所為例，重點(diǎn)分析2種自投方式。線(xiàn)路自投裝置設(shè)在畢克齊所，在正常運(yùn)行方式下美岱召所的1021GK、104DL、1001GK、103DL、1011GK均在合位，畢克齊所的1011GK、103DL、1001GK、1021GK在合位，104DL在分位

（1）當(dāng)畢克齊所103DL電源進(jìn)線(xiàn)失壓，進(jìn)線(xiàn)檢壓裝置檢測(cè)不到線(xiàn)路的電壓，失壓接點(diǎn)閉合，103DL進(jìn)線(xiàn)跳閘，經(jīng)過(guò)延時(shí)后確認(rèn)103DL進(jìn)線(xiàn)仍舊失壓，分101DL、發(fā)自投動(dòng)作信號(hào)；確認(rèn)分開(kāi)后，再依次合上104DL、101DL。確認(rèn)合閘完成方式轉(zhuǎn)換為：103DL進(jìn)線(xiàn)+1#主變壓器→104DL進(jìn)線(xiàn)+1#主變壓器。

（2）當(dāng)美岱召所104DL進(jìn)線(xiàn)失壓，104DL失壓跳閘。畢克齊所 104DL聯(lián)絡(luò)失壓后，線(xiàn)路檢壓裝置檢測(cè)不到線(xiàn)路的電壓，延時(shí)后確認(rèn) 104DL聯(lián)絡(luò)仍舊失壓，備自投合104DL，確認(rèn)合閘完成方式轉(zhuǎn)換為：103DL進(jìn)線(xiàn)+1#主變壓器→雙進(jìn)線(xiàn)+1#主變壓器。

總之，備自投方式基本采用主變壓器故障自投另一臺(tái)主變壓器；線(xiàn)路失壓自投另一路電源。

4 電流互感器二次接線(xiàn)的極性及檢查方法

線(xiàn)路的縱差保護(hù)是通過(guò)光纖將線(xiàn)路兩端的保護(hù)裝置連接起來(lái)，并將各端的電氣量（電流、功率的方向等）傳送到對(duì)端以判斷故障。在線(xiàn)路兩端，規(guī)定一次側(cè)電流的正方向?yàn)閺哪妇€(xiàn)流向被保護(hù)的線(xiàn)路。當(dāng)線(xiàn)路保護(hù)正常運(yùn)行時(shí)，線(xiàn)路兩側(cè)電流相位是相反的，此時(shí)線(xiàn)路兩側(cè)的差動(dòng)電流為零，當(dāng)線(xiàn)路外部發(fā)生故障時(shí)，線(xiàn)路兩側(cè)差動(dòng)電流將大大增加，光纖差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。

母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)的基本原理是母線(xiàn)在正常運(yùn)行或其保護(hù)范圍外故障時(shí)所有流入及流出母線(xiàn)電流之和為零，而在母線(xiàn)內(nèi)部故障時(shí)，所有流入及流出母線(xiàn)電流之和不再為零。母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)是以電流為主要判據(jù)的。母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)裝置是各電流互感器按“差接法”接線(xiàn)，正常運(yùn)行以及保護(hù)范圍以外故障時(shí)，各個(gè)支路電流的矢量和即差電流為零，這就要求各支路的電流互感器的同名端指向牽引變電所的母線(xiàn)側(cè)。

變壓器差動(dòng)保護(hù)的基本原理是在正常運(yùn)行或外部短路故障時(shí)，電流由電源側(cè)流向負(fù)荷側(cè)保證差動(dòng)保護(hù)裝置不誤動(dòng)，所以電流互感器的同名端應(yīng)指向牽引主變壓器側(cè)。

如何檢查互感器二次接線(xiàn)是否正確，電流互感器在交流回路中電流方向是隨時(shí)間而改變的，電流互感器極性指的是某一時(shí)刻一次側(cè)極性與二次側(cè)某一端極性相同，即同時(shí)為正、或同時(shí)為負(fù)，稱(chēng)該極性為同極性端或同名端，用符號(hào)“*”、“－”或“?”表示（也可理解為一次電流與二次電流的方向關(guān)系）。按照規(guī)定，電流互感器一次線(xiàn)圈首端標(biāo)為 L1，尾端標(biāo)為 L2；二次線(xiàn)圈的首端標(biāo)為 K1，尾端標(biāo)為K2。在接線(xiàn)中L1和K1稱(chēng)為同極性端，L2和K2也為同極性端。電流互感器同極性端的判別與耦合線(xiàn)圈的極性判別相同。較為簡(jiǎn)單的判別方法是用1.5 V干電池接一次線(xiàn)圈，用一個(gè)高內(nèi)阻、大量程的直流電壓表接二次回路，當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)電壓表指針正向偏轉(zhuǎn)，可判定它們是同極性端，當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)電壓表指針?lè)聪蚱D(zhuǎn)，可判定它們?yōu)榉礃O性端。

變電所受電后帶入電容負(fù)荷，可以從保護(hù)裝置內(nèi)或用相位表觀(guān)察其相位角及差動(dòng)電流值，比如線(xiàn)路側(cè)與對(duì)側(cè)的電流相位就相差180°左右，差動(dòng)電流為零；母線(xiàn)差動(dòng)保護(hù)里的角度根據(jù)運(yùn)行方式不同角度略有不同，正常運(yùn)行時(shí)進(jìn)線(xiàn)電流的相位角與主變壓器電流互感器的相位角相差 180°，當(dāng)穿越供電時(shí)，2路進(jìn)線(xiàn)的相位角相差180°，以驗(yàn)證電流互感器的極性是否保證保護(hù)的方向性。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，電流互感器用于電力系統(tǒng)中保護(hù)裝置及測(cè)量時(shí)，應(yīng)根據(jù)電流互感器的極性和使用方法，正確選擇電流互感器的接線(xiàn)方式。在穿越式牽引供電中，外部電源線(xiàn)路的光纖差動(dòng)保護(hù)和備自投是變電所的重要保護(hù)，其電流互感器的極性的檢查和校驗(yàn)是牽引變電所不間斷供電的可靠保證。

[1]王國(guó)光.變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)[M].北京：中國(guó)電力出版社.

[2]王怡.怎樣測(cè)量電流互感器的極性[J].農(nóng)村電氣化，2003（5）：37-38.