王漢兵

（鄭州鐵路局 鄭州供電段，河南鄭州450005）

京廣、隴海鐵路干線，接觸網(wǎng)分相裝置普遍采用關(guān)節(jié)式電分相。由于關(guān)節(jié)式電分相僅有兩個(gè)500mm的空氣間隙，拉弧距離短，運(yùn)行中經(jīng)常發(fā)生相間短路故障。相間短路時(shí)，變電所饋線保護(hù)不能可靠動(dòng)作，經(jīng)常造成接觸網(wǎng)燒傷，一旦接觸網(wǎng)分相斷線，搶修十分困難。為防止相間短路保護(hù)裝置拒動(dòng)，對(duì)鐵路局管內(nèi)多起相間短路故障進(jìn)行分析，對(duì)饋線綜合自動(dòng)化保護(hù)的設(shè)置及整定計(jì)算進(jìn)行了有益的探討和實(shí)踐，取得了良好的效果。

1 典型相間短路事故分析

相間短路故障案例。

2006年9月27日13：03商丘變電所2＃、1＃饋線212、211斷路器相繼跳閘，212重合成功，211重合失敗。

（1）保護(hù)動(dòng)作情況

13：03：14.713，212保護(hù)啟動(dòng)，13：03：14.868，212阻抗Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作，故障測(cè)距為3.23km，電阻＝42.98Ω，電抗＝－4.212Ω，上行饋線電壓＝92.51V，下行饋線電壓＝92.33V，饋線電流＝2.141A（壓互變比27.5／0.1kV；流互變比1 000／1A）。

13：03：15.023，211阻抗Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作，故障測(cè)距為0.09km，電阻＝57.5Ω，電抗＝－0.122 6Ω，上行饋線電壓＝94.21V，下行饋線電壓＝94.15V，饋線電流＝1.64 A（壓互變比27.5／0.1kV；流互變比1 000／1A）。

（2）事故原因分析

從212、211保護(hù)動(dòng)作報(bào)告和事件記錄看，212、211跳閘時(shí)，SS4432機(jī)車牽引的26050次列車正從商丘客場(chǎng)往東通過，應(yīng)該是該機(jī)車引起2?！?＃饋線相間短路故障。

相間短路時(shí)，阻抗保護(hù)測(cè)量的阻抗角發(fā)生變化，其中3＃、4＃饋線為滯后相饋線，214阻抗保護(hù)測(cè)量的阻抗角在第二象限未啟動(dòng)，當(dāng)212阻抗Ⅰ段跳閘后，211通過鐵路局界分區(qū)亭271和214構(gòu)成環(huán)形相間短路，局界分區(qū)亭271阻抗保護(hù)阻抗角同樣發(fā)生變化未啟動(dòng)，211阻抗Ⅰ段可以啟動(dòng)并跳閘。

相間短路時(shí)，饋線保護(hù)測(cè)控裝置測(cè)量的阻抗角發(fā)生變化，故測(cè)儀指示發(fā)生較大偏差。商丘變電所距分相實(shí)際距離為1.8km，而本次跳閘饋線故障測(cè)距分別為3.23km和0.09km。

從短路故障案例可以看到，變電所發(fā)生相間短路故障時(shí)，具有饋線短路電流與接觸網(wǎng)近端對(duì)地短路電流持平或略小，短路時(shí)母線最低電壓高達(dá)20kV以上，短路阻抗角在0°附近的故障特征。

2 關(guān)節(jié)式相間短路原因分析

通過對(duì)大量的相間短路故障分析，歸納起來相間短路故障的原因主要有以下2種。

（1）機(jī)車帶負(fù)荷過分相造成相間短路

商丘變電所開通初期，變電所上行分相曾多次發(fā)生相間短路故障，從跳閘時(shí)刻看，均為D84次連掛動(dòng)車組通過分相時(shí)引起。部分相間短路進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)錄像，從錄像上看，D84次列車后弓通過分相第1個(gè)斷口時(shí)產(chǎn)生持續(xù)電弧，電弧持續(xù)至后弓通過分相第2個(gè)斷口時(shí)引起相間短路。

事實(shí)表明，司機(jī)誤操作、自動(dòng)過分相裝置失靈造成機(jī)車帶負(fù)荷過分相是造成相間短路的最主要原因。

（2）多機(jī)連掛升弓造成相間短路

關(guān)節(jié)式分相斷口少 中性區(qū)有效距離短 對(duì)相間短路的統(tǒng)計(jì)分析表明，多機(jī)聯(lián)掛升多弓是造成相間短路的另外一個(gè)原因。

3 相間短路饋線保護(hù)分析

3.1 變電所分區(qū)亭饋線保護(hù)現(xiàn)狀

鐵路局管內(nèi)電氣化鐵道全部為復(fù)線，分區(qū)亭一般實(shí)行上下行并聯(lián)供電，接觸網(wǎng)饋線一般設(shè)阻抗保護(hù)為主保護(hù)，設(shè)電流速斷保護(hù)或過流保護(hù)為后備保護(hù)。

阻抗保護(hù)一般采用偏移平行四邊形或方向阻抗四邊形特性，阻抗保護(hù)的整定主要是對(duì)電抗邊和電阻邊進(jìn)行整定。

電流速斷保護(hù)一般按供電臂末端最大短路電流整定。

過流保護(hù)一般按最大負(fù)荷電流整定。

隨著電氣化鐵路6次大提速，接觸網(wǎng)分相裝置逐步改為關(guān)節(jié)式電分相，相間短路故障不斷增多，給饋線保護(hù)帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

（1）變電所相間短路時(shí)，一般引前相饋線阻抗Ⅰ段保護(hù)首先動(dòng)作跳閘，跳閘后相間短路將通過分區(qū)亭轉(zhuǎn)化為環(huán)形短路，分區(qū)亭靠過流保護(hù)動(dòng)作跳閘后故障消失。如果變電所兩側(cè)饋線斷路器同時(shí)跳閘，相間短路將通過兩側(cè)分區(qū)亭轉(zhuǎn)化為大環(huán)形短路，此時(shí)短路電流很小，保護(hù)可能全部拒動(dòng)，分相線索燒傷將加重。以上情況，實(shí)際運(yùn)行中都有發(fā)生，變電所相間短路時(shí)，饋線斷路器多臺(tái)同時(shí)跳閘的現(xiàn)象均出現(xiàn)過，給運(yùn)輸生產(chǎn)和設(shè)備安全帶來很大危害。

（2）變電所相間短路時(shí)，當(dāng)饋線過流保護(hù)為低壓過流保護(hù)，且引前相饋線阻抗保護(hù)不能動(dòng)作，將出現(xiàn)變電所全部保護(hù)拒動(dòng)，要么相間短路發(fā)展為弧光接地短路，要么將分相線索燒斷轉(zhuǎn)換為接地短路。

（3）分區(qū)亭或開閉所發(fā)生相間短路時(shí)，饋線阻抗、過流保護(hù)也存在不能可靠動(dòng)作現(xiàn)象，相間短路缺乏有效保護(hù)，相間短路主要靠自然滅弧，一旦長(zhǎng)時(shí)間不能滅弧，有燒斷分相線索的可能。

3.2 牽引供電系統(tǒng)相間短路向量分析

（1）變電所相間短路

目前，鄭州供電段主變壓器接線方式主要有Yn，d11、V／V及斯科特等幾種，變電所分相兩側(cè)電壓存在60°或90°相位差。

變電所相間短路向量示意圖見圖1。

從圖1中可見，Ua超前Ub相位角60°或90°，Ua為引前相，Ub為滯后相。兩相相差60°時(shí)，接觸網(wǎng)相間額定電壓ab等于27.5kV 兩相相差90°時(shí) 接觸網(wǎng)相間額定電壓Uab等于38.9kV。

圖1 變電所相間短路向量示意圖

當(dāng)變電所距分相較近時(shí)，ab相接觸網(wǎng)短路阻抗主要由電弧電阻構(gòu)成，電壓Uq較小，a相測(cè)量短路阻抗角φa約為幾度，位于第四象限，b相測(cè)量短路阻抗角φb約為160°多，位于第二象限。當(dāng)變電所距分相較遠(yuǎn)時(shí)，ab相接觸網(wǎng)短路阻抗由兩相接觸網(wǎng)阻抗和電弧電阻共同組成，電壓Uq增高，a相測(cè)量短路阻抗角φa可進(jìn)入第一象限，一般不大于5°，b相測(cè)量短路阻抗角φb可小于160°。

引前相測(cè)量短路阻抗角在0°附近，一般位于第四象限，滯后相測(cè)量短路阻抗角在160°附近，一般位于第二象限。引前相測(cè)量電壓比滯后相測(cè)量電壓要高，兩相相差60°時(shí)，引前相測(cè)量電壓高達(dá)23.8kV以上，兩相相差90°時(shí)，引前相測(cè)量電壓高達(dá)19.4kV（55kV側(cè)為38.9kV）以上。

（2）分區(qū)亭或開閉所相間短路

目前，鄭州供電段有9個(gè)分區(qū)亭或開閉所分相兩側(cè)電壓存在相位差，因主變壓器接線方式不同，相位差有15°，30°，45°，60°等多種。

分區(qū)亭或開閉所相間短路向量示意圖見圖2。

從圖2中可見，Ua超前Ub相位角30°或60°，Ua為引前相，Ub為滯后相。兩相相差30°時(shí)，相間額定電壓ab等于14.2kV 兩相相差60°時(shí) 相間額定電壓ab等于27.5kV。

圖2 分區(qū)亭或開閉所相間短路向量示意圖

當(dāng)變電所相間短路轉(zhuǎn)換成通過分區(qū)亭環(huán)形相間短路時(shí)，與分區(qū)亭相間短路類似，ab相接觸網(wǎng)短路阻抗主要由同側(cè)上下行接觸網(wǎng)阻抗構(gòu)成，電壓Uq更高，由于上下行接觸網(wǎng)阻抗基本相等，分區(qū)亭測(cè)量短路阻抗角φfk約為－15°～－20°或＋165°～＋160°。此時(shí)，變電所測(cè)量短路阻抗角φa可進(jìn)入第一象限，一般不大于5°，變電所測(cè)量短路阻抗角φb減小，一般不小于140°。由于分區(qū)亭兩側(cè)阻抗保護(hù)特性對(duì)稱，變電所上下行相間短路兩側(cè)分區(qū)亭測(cè)量阻抗均可按第四象限考慮。變電所兩相相差60°時(shí)，分區(qū)亭測(cè)量電壓約為23.8kV，兩相相差90°時(shí)，分區(qū)亭測(cè)量電壓約為19.4kV。

當(dāng)分區(qū)亭相間短路時(shí)，兩變電所間ab相接觸網(wǎng)短路阻抗主要由兩側(cè)上下行并聯(lián)接觸網(wǎng)阻抗構(gòu)成，電壓Uq也較高，由于兩側(cè)接觸網(wǎng)阻抗不一定相等，分區(qū)亭測(cè)量短路阻抗角φfk較－15°～－20°或＋165°～＋160°有較大變化。同樣，分區(qū)亭上下行相間短路測(cè)量阻抗可按第四象限考慮。兩側(cè)變電所相位角相差越大，分區(qū)亭測(cè)量電壓越低。由于分區(qū)亭相間短路時(shí)，分區(qū)亭并聯(lián)斷路器流過的短路電流僅為兩變電所間相間短路電流的二分之一，測(cè)量阻抗更大。

開閉所饋線與變電所饋線間相間短路時(shí)，ab相接觸網(wǎng)短路阻抗主要由開閉所進(jìn)線及兩側(cè)饋線接觸網(wǎng)阻抗構(gòu)成，電壓Uq同樣較高，由于開閉所兩側(cè)阻抗不一定相等，開閉所測(cè)量短路阻抗角φfk較－15°～－20°或＋165°～＋160°有較大變化。當(dāng)開閉所位于超前相一側(cè)時(shí)，開閉所測(cè)量阻抗在第四象限，當(dāng)開閉所位于滯后相一側(cè)時(shí)，開閉所測(cè)量阻抗在第二象限，兩側(cè)變電所相位角相差越大 開閉所測(cè)量電壓越低。

3.3 牽引供電系統(tǒng)相間短路保護(hù)響應(yīng)分析

當(dāng)饋線發(fā)生相間短路時(shí)，由于測(cè)量電壓不是兩相短路電壓導(dǎo)致測(cè)量阻抗偏大，以及電流與電壓的相位角發(fā)生改變，饋線保護(hù)響應(yīng)特性發(fā)生了很大變化。

常規(guī)設(shè)置饋線阻抗保護(hù)相間短路的響應(yīng)特性見圖3。

圖3 常規(guī)設(shè)置阻抗保護(hù)相間短路的響應(yīng)特性圖

變電所發(fā)生相間短路時(shí)，變電所Ua引前相短路阻抗如圖2中1區(qū)，一般在阻抗一段保護(hù)動(dòng)作區(qū)能動(dòng)作跳閘，引前相饋線跳閘后相間短路將通過分區(qū)亭轉(zhuǎn)化為環(huán)形短路，環(huán)形短路電流一般在1 000A以上，此時(shí)變電所、分區(qū)亭饋線短路阻抗如圖2中2、2′區(qū)，分區(qū)亭靠過流保護(hù)動(dòng)作跳閘后故障消失。當(dāng)機(jī)車負(fù)荷較重、負(fù)荷阻抗角偏大致使阻抗保護(hù)R邊整定值較小時(shí)，以及偏移平行四邊形阻抗保護(hù)偏移電抗較小或方向阻抗四邊形阻抗保護(hù)容性阻抗偏移角較小時(shí)，阻抗一段保護(hù)均可能拒動(dòng)。如果變電所引前相饋線斷路器不能首先跳閘，兩側(cè)饋線斷路器由電流速斷或過流同時(shí)跳閘，相間短路將通過兩側(cè)分區(qū)亭轉(zhuǎn)化為大環(huán)形短路，此時(shí)短路電流只有500A或600A，變電所、分區(qū)亭保護(hù)可能全部拒動(dòng)。Ub滯后相短路阻抗如圖2中1′區(qū)，不在阻抗保護(hù)動(dòng)作方向不能動(dòng)作跳閘。兩側(cè)饋線電流速斷保護(hù)一般能動(dòng)作跳閘，過流保護(hù)均能動(dòng)作跳閘，低壓過流保護(hù)因測(cè)量電壓高不能動(dòng)作跳閘。

分區(qū)亭相間短路時(shí)，由于分區(qū)亭并聯(lián)斷路器流過的短路電流小，測(cè)量電壓高，短路阻抗較大，以及電流與電壓的相位角發(fā)生改變，變電所、分區(qū)亭饋線阻抗、過流保護(hù)均不能可靠動(dòng)作。

開閉所饋線與變電所饋線間相間短路時(shí)，同樣存在短路電流小，測(cè)量電壓高，短路阻抗大的問題，當(dāng)開閉所位于滯后相一側(cè)時(shí)，開閉所測(cè)量阻抗在第二象限，不在保護(hù)動(dòng)作方向，當(dāng)開閉所位于超前相一側(cè)時(shí)，測(cè)量阻抗雖在第四象限，但超出保護(hù)動(dòng)作區(qū)，開閉所饋線阻抗、過流保護(hù)均不能可靠動(dòng)作。

4 相間短路饋線保護(hù)設(shè)置及整定計(jì)算

根據(jù)以上分析，對(duì)鄭州供電段變電所、分區(qū)亭或開閉所相間短路饋線保護(hù)進(jìn)行了全面的分析探討和整定計(jì)算，通過實(shí)踐不斷改進(jìn)完善，取得了良好的效果。

4.1 變電所相間短路饋線保護(hù)設(shè)置及整定計(jì)算

經(jīng)過分析探索，確定了復(fù)線區(qū)段變電所相間短路保護(hù)整定原則為：

阻抗保護(hù)作為相間短路的主保護(hù)，過流保護(hù)作為后備保護(hù)，電流增量保護(hù)作為輔助保護(hù)。

當(dāng)變電所相間短路時(shí)，引前相保護(hù)首先動(dòng)作跳閘，跳閘后故障轉(zhuǎn)換為半環(huán)形相間短路，之后分區(qū)亭保護(hù)動(dòng)作跳閘。當(dāng)兩變電所相間短路時(shí)，分區(qū)亭保護(hù)首先動(dòng)作跳閘，跳閘后故障由兩變電所間復(fù)線相間短路轉(zhuǎn)換為兩變電所間單線相間短路，之后變電所引前相或滯后相相間短路專用阻抗保護(hù)動(dòng)作跳閘。

（1）阻抗保護(hù)

根據(jù)相間短路測(cè)量阻抗分布范圍及角度特征，主要采取以下辦法：

① 在機(jī)車負(fù)荷阻抗角較大的區(qū)段，當(dāng)阻抗一段X邊較小時(shí)，適當(dāng)放大一段R邊定值，阻抗一、二段保護(hù)整定成“L”形橫長(zhǎng)特性，但整定計(jì)算時(shí)應(yīng)保證阻抗一段四邊形右上角滿足最大負(fù)荷要求。

② 加大偏移平行四邊形偏移電抗，加大方向阻抗四邊形容性阻抗偏移角。

③ 引前相設(shè)置相間短路專用阻抗Ⅲ段保護(hù)，作為變電所相間短路或兩變電所間相間短路的主保護(hù)，同時(shí)可作為變電所環(huán)形相間短路的后備保護(hù)。整定時(shí)X邊取最低值或?qū)Φ谝幌笙薜母采w角小于5°，R邊按變電所環(huán)形短路或兩變電所間相間短路測(cè)量阻抗的1.3～1.5倍整定，容性阻抗偏移角φ2或偏移電抗對(duì)測(cè)量阻抗的覆蓋角不小于20°。整定時(shí)X邊、R邊不能過大，以防止交直交機(jī)車負(fù)荷造成誤動(dòng)。

④ 當(dāng)兩變電所間相位差較小時(shí)，兩變電所相間短路電流較小，引前相相間短路專用阻抗Ⅲ段保護(hù)將難以保持。此時(shí)，可考慮在兩變電所間滯后相饋線保護(hù)中設(shè)置阻抗保護(hù)，當(dāng)阻抗保護(hù)為偏移平行四邊形時(shí)，可在阻抗二段保護(hù)第二象限設(shè)置相間短路專用保護(hù)區(qū)；當(dāng)阻抗保護(hù)為方向阻抗四邊形時(shí)，可設(shè)置反向相間短路專用阻抗Ⅲ段保護(hù)，用以保護(hù)兩變電所間相間短路。反向相間短路專用阻抗Ⅲ段保護(hù)的容性阻抗偏移角φ2不小于40°。整定反向?qū)Ｓ米杩耿蠖伪Ｗo(hù)R邊及阻抗Ⅱ段保護(hù)第四象限－R邊時(shí)，整定值不能太大，否則有可能因再生制動(dòng)負(fù)荷造成保護(hù)誤動(dòng)，一般再生制動(dòng)負(fù)荷電流不超過500A。

專用阻抗段保護(hù)考慮與分區(qū)亭保護(hù)配合 延時(shí)一般取0.4s。

改進(jìn)設(shè)置饋線阻抗保護(hù)相間短路的響應(yīng)特性見圖4。

圖4 改進(jìn)設(shè)置阻抗保護(hù)相間短路的響應(yīng)特性圖

變電所相間及環(huán)形相間短路阻抗保護(hù)27.5kV側(cè)最大測(cè)量阻抗Za＇（Zb＇）計(jì)算及相間短路專用阻抗Ⅲ段保護(hù)整定計(jì)算：

相間電壓（作為基準(zhǔn)）：Uab＝Ua－Ub＝2×27.5×

測(cè)量電壓：U′a＝Ua－Id×jXa＝27.5×sinφ－2 j（27.5×）－Id×jXa

測(cè)量電壓：Ub′＝Ub＋I(xiàn)d×jXb＝

最大測(cè)量阻抗：

變電所相間短路時(shí)：

V／V接線變電所：

Yn，d11接線變電所：

斯科特接線變電所：

兩變電所相間短路時(shí)，阻抗保護(hù)27.5kV側(cè)最大測(cè)量阻抗Za＇（Zb＇）根據(jù)兩變電所具體接線形式及相位角進(jìn)行計(jì)算。

其中：φ為分相間相位角；Z為27.5kV側(cè)最大短路阻抗（忽略弧阻抗），Z＝Za＋Zb；Za為27.5kV側(cè)引前相最大短路阻抗，Za＝Xa＋Zqa；Zb為27.5kV側(cè)滯后相最大短路阻抗，Zb＝Xb＋Zqb；Xa為27.5kV側(cè)引前相系統(tǒng)及主變最大電抗；Xb為27.5kV側(cè)滯后相系統(tǒng)及主變最大電抗；Zqa為27.5kV側(cè)引前相牽引網(wǎng)阻抗，Zqa＝Xqa＋Rqa；Zqb為27.5kV側(cè)滯后相牽引網(wǎng)阻抗，Zqb＝Xqb＋Rqb；Zq為環(huán)形單相牽引網(wǎng)阻抗（減去上下行互阻抗），Zq＝Xq＋Rq；X1∑為折算至27.5kV 側(cè)的系統(tǒng)最大電抗；Xba為27.5kV側(cè)的變壓器引前相電抗；Xbb為27.5kV側(cè)的變壓器滯后相電抗；Xb為27.5kV側(cè)的變壓器單相電抗；XAT為27.5kV側(cè)自耦變壓器電抗；KK為可靠系數(shù)，取1.3～1.5；n1為27.5kV側(cè)流互變比；ny為27.5kV側(cè)壓互變比。

變電所相間短路時(shí)：

V／V接線變電所：Xa＝X1∑＋Xba；Xb＝X1∑＋Xbb

Yn，d11接線變電所：Xa＝Xb＝X1∑＋Xb

斯科特接線變電所：Xa＝Xb＝2X1∑＋Xb＋XAT

兩變電所相間短路時(shí)：

V／V及斯科特接線：Xa＝Xb＝2 X1∑＋Xb

Yn，d11接線：Xa＝Xb＝2 X1∑＋2 Xb

（2）過流速斷保護(hù)

復(fù)線區(qū)段電流速斷保護(hù)一般按供電臂末端最大短路電流整定，為防止近端大短路電流燒斷接觸線，延時(shí)一般整定0.03s，延時(shí)不能再短，否則影響故測(cè)儀指示精度。

為防止變電所相間短路時(shí)過流速斷保護(hù)同時(shí)跳閘，主要采取以下辦法：

① 滯后相采用方向過流速斷保護(hù)，近端對(duì)地短路快速動(dòng)作跳閘，相間短路時(shí)，方向相反，保護(hù)可靠不動(dòng)作。

② 滯后相采用低壓?jiǎn)?dòng)過流速斷保護(hù)。UXD為相間短路，Zq＝0時(shí)的相對(duì)地電壓，兩相相差60°時(shí)，UXD＝23.8kV，兩相相差90°時(shí)，UXD＝19.4kV（55 kV側(cè)為38.9kV）。KK為可靠系數(shù)，取1.2～1.3。

③ 當(dāng)主變壓器接線方式為V／V及斯科特接線時(shí)，可調(diào)整滯后相過流速斷保護(hù)定值，使其在相間最大短路電流時(shí)不能動(dòng)作。Id為相間最大短路電流，按以上公式，采用牽引側(cè)系統(tǒng)最小電抗計(jì)算。KK為可靠系數(shù)，取1.2。

（3）過電流保護(hù)

過電流保護(hù)一般按最大負(fù)荷電流整定，過電流保護(hù)最好不要采用低壓過流保護(hù)，因?yàn)楫?dāng)引前相所有保護(hù)拒動(dòng)或斷路器拒分時(shí)，滯后相只有靠過電流保護(hù)跳閘。此時(shí)，過電流保護(hù)是唯一的后備保護(hù)。

為防止相間短路時(shí)超前相速斷、阻抗一段保護(hù)不能可靠動(dòng)作，造成過電流保護(hù)同時(shí)跳閘，主要采取引前相過流保護(hù)延時(shí)比滯后相延時(shí)短一個(gè)級(jí)差，如引前相過流保護(hù)延時(shí)0.4s，則滯后相過流保護(hù)延時(shí)0.7s，以確保引前相過流保護(hù)首先動(dòng)作跳閘。

（4）電流增量ΔI（高阻Ⅰ段）保護(hù)

當(dāng)重負(fù)荷區(qū)段未設(shè)置相間短路專用阻抗保護(hù)或兩變電所間存在相位差時(shí)，阻抗、過流保護(hù)可能不能很好的保護(hù)各種相間短路，此時(shí)應(yīng)設(shè)置電流增量保護(hù)作為相間短路的輔助保護(hù)，電流增量保護(hù)動(dòng)作電流一般按供電范圍最大功率單臺(tái)機(jī)車啟動(dòng)電流整定。Iqd為單臺(tái)機(jī)車最大啟動(dòng)電流；KK為可靠系數(shù)，取1.2。

目前，有連掛動(dòng)車組區(qū)段，動(dòng)作電流整定500A，延時(shí)1～2s；其他區(qū)段，動(dòng)作電流整定350A，延時(shí)1～2s。

4.2 分區(qū)亭相間短路饋線保護(hù)設(shè)置及整定計(jì)算

分區(qū)亭饋線保護(hù)在變電所相間短路時(shí)會(huì)遇到環(huán)形或大環(huán)形相間短路，分區(qū)亭分相兩側(cè)存在相位差時(shí)，還會(huì)遇到兩變電所間相間短路 因此 分區(qū)亭饋線的相間短路保護(hù)設(shè)置顯得尤為重要。

目前，主要選擇阻抗、過流保護(hù)作為相間短路的主保護(hù)，電流增量保護(hù)作為輔助保護(hù)。阻抗、過流保護(hù)延時(shí)一般取0.03s，整定0.03s主要是考慮饋線短路時(shí)，分區(qū)亭首先跳閘切斷上下行短路電流，保證變電所故測(cè)儀不受上下行互感影響，提高故測(cè)儀指示精度。

（1）阻抗保護(hù)

設(shè)置上、下行相間短路專用阻抗保護(hù)，作為環(huán)形相間短路保護(hù)用，整定時(shí)X邊取零或最小，R邊按環(huán)形相間短路測(cè)量阻抗的1.3～1.5倍整定，偏移電抗或容性阻抗偏移角對(duì)測(cè)量阻抗的覆蓋角不小于30°。

環(huán)形相間短路分區(qū)亭最大測(cè)量阻抗Zf計(jì)算及相間短路專用阻抗保護(hù)整定計(jì)算。

測(cè)量電壓：

最大測(cè)量阻抗：

V／V接線變電所：

Yn，d11接線變電所：

斯科特接線變電所：環(huán)形相間短路分區(qū)亭專用阻抗保護(hù)整定計(jì)算參照變電所的進(jìn)行。

（2）過電流（或過流速斷）保護(hù)

過電流（或過流速斷）保護(hù)按最大負(fù)荷電流整定。按環(huán)形相間最小短路電流校驗(yàn)靈敏度，靈敏度不小于1.3。

（3）電流增量ΔI（高阻Ⅰ段）保護(hù)

考慮分區(qū)亭并聯(lián)斷路器在越區(qū)供電及高阻接地故障時(shí)對(duì)變電所測(cè)量阻抗的放大作用，分區(qū)亭并聯(lián)斷路器具備完善的保護(hù)功能非常重要，尤其在分區(qū)亭分相兩側(cè)存在相位差時(shí)，阻抗、過流保護(hù)不能可靠動(dòng)作。因此，設(shè)置電流增量保護(hù)作為相間短路的輔助保護(hù)十分必要，電流增量保護(hù)動(dòng)作電流一般按供電范圍最大功率單臺(tái)機(jī)車啟動(dòng)電流整定，并與變電所電流增量保護(hù)有時(shí)限配合。

目前，動(dòng)作電流一般整定為300A，延時(shí)0.5～1s。

4.3 開閉所相間短路饋線保護(hù)設(shè)置及整定計(jì)算

在鐵路樞紐附近常建有開閉所，開閉所饋線與變電所饋線間也存在關(guān)節(jié)式電分相，分相兩側(cè)存在相位差，同樣會(huì)遇到相間短路問題。開閉所相間短路與分區(qū)亭環(huán)形短路類似，因此選擇阻抗、過流保護(hù)作為相間短路的主保護(hù)，電流增量保護(hù)作為輔助保護(hù)。

（1）阻抗保護(hù)

一般在有分相連接的饋線設(shè)置相間短路專用阻抗Ⅱ段保護(hù)，作為開閉所相間短路的主保護(hù)。當(dāng)開閉所位于超前相一側(cè)時(shí)，由于開閉所測(cè)量阻抗在第四象限，因此按圖4變電所Ⅲ段阻抗特性設(shè)置阻抗保護(hù)；當(dāng)開閉所位于滯后相一側(cè)時(shí)，由于開閉所測(cè)量阻抗在第二象限，此時(shí)可設(shè)置反向相間短路專用阻抗Ⅱ段保護(hù)，或在饋線阻抗Ⅰ段保護(hù)第二象限設(shè)置相間短路動(dòng)作區(qū)，用于保護(hù)相間短路。

開閉所設(shè)置饋線阻抗保護(hù)相間短路的響應(yīng)特性見圖5。

圖5 開閉所設(shè)置阻抗保護(hù)相間短路的響應(yīng)特性圖

整定相間短路專用阻抗Ⅱ段保護(hù)時(shí)，X邊取零或最小，R邊按最大測(cè)量阻抗的1.3～1.5倍整定，偏移電抗或容性阻抗偏移角對(duì)測(cè)量阻抗的覆蓋角不小于30°。整定反向?qū)Ｓ米杩耿蚨伪Ｗo(hù)R邊及阻抗Ⅰ段保護(hù)第二象限－R邊時(shí)，整定值不能太大，否則有可能因再生制動(dòng)負(fù)荷造成保護(hù)誤動(dòng)，一般再生制動(dòng)負(fù)荷電流不超過500A。

開閉所相間短路最大測(cè)量阻抗Zk參照分區(qū)所的Zf公式，并根據(jù)兩變電所具體接線形式及相位角進(jìn)行計(jì)算。相間短路專用阻抗Ⅱ段保護(hù)整定計(jì)算參照變電所的進(jìn)行。當(dāng)開閉所位于滯后相一側(cè)時(shí)，最大測(cè)量阻抗Zk與計(jì)算值相差180°。

（2）過電流（或過流速斷）保護(hù)

過電流（或過流速斷）保護(hù)按最大負(fù)荷電流整定。按開閉所相間最小短路電流校驗(yàn)靈敏度，靈敏度不小于1.3。

（3）電流增量ΔI（高阻Ⅰ段）保護(hù)

開閉所相間短路 阻抗 過流保護(hù)在相位差較小時(shí)同樣不能可靠動(dòng)作。因此，設(shè)置電流增量保護(hù)作為相間短路的輔助保護(hù)，電流增量保護(hù)動(dòng)作電流一般按供電范圍最大功率單臺(tái)機(jī)車啟動(dòng)電流整定。

動(dòng)作電流一般整定為350A，延時(shí)0.5～1s。

5 結(jié)束語

（1）利用大量相間短路實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，采用向量分析方法對(duì)牽引供電系統(tǒng)各種相間短路進(jìn)行了全面分析，并針對(duì)綜合自動(dòng)化保護(hù)現(xiàn)狀對(duì)變電所、分區(qū)亭饋線相間短路保護(hù)的設(shè)置及整定計(jì)算進(jìn)行了有益的探討，經(jīng)過不斷實(shí)踐，相間短路保護(hù)得到日益完善，取得了良好的效果。

（2）對(duì)相間短路保護(hù)的整定計(jì)算較為粗淺，在整定計(jì)算中還經(jīng)常遇到保護(hù)種類不全、數(shù)量不足以及偏移電抗、偏移電阻、容性阻抗偏移角固定、無方向元件等問題 不能對(duì)饋線保護(hù)靈活設(shè)置及整定計(jì)算 需牽引供電運(yùn)行部門及綜合自動(dòng)化生產(chǎn)廠家不斷探索及改進(jìn)。

（3）牽引供電系統(tǒng)相間短路對(duì)接觸網(wǎng)的危害極大，應(yīng)引起各級(jí)運(yùn)營(yíng)管理及設(shè)計(jì)部門的高度重視，加強(qiáng)機(jī)車及自動(dòng)過分相裝置的運(yùn)用管理，減少機(jī)車帶負(fù)荷闖分相事故的發(fā)生，不斷提高保護(hù)整定計(jì)算水平，在電氣化鐵道新建及改造設(shè)計(jì)中盡量減少兩側(cè)電壓不同相分相的數(shù)量，保證牽引供電系統(tǒng)的運(yùn)行安全。

［1］ 賀俊威，簡(jiǎn)克良.電氣化鐵道供變電工程［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，1982.

［2］ 張長(zhǎng)梅，楚振宇.牽引變電所相間短路及其分析［J］.鐵道學(xué)報(bào)，2006，28（5）：83－89.

［3］ 曹建猷.電氣化鐵道供電系統(tǒng)［M］.成都：西南交通大學(xué)出版社，1988.