李彥吉，藺世吾，王 凡

（北京鐵路局 石家莊供電段，河北邯鄲056002）

鐵路10kV配電室擔(dān)負(fù)著鐵路行車信號(hào)（自閉線路）和鐵路沿線站區(qū)日常照明等負(fù)荷以及作為牽引變電所第三路電源（貫通線路）的供電任務(wù)，其重要性關(guān)乎鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩?，要求供電的可靠性高、T接負(fù)荷小、運(yùn)行方式與地方供電系統(tǒng)有很大的差別。

1 現(xiàn)狀調(diào)查

以京廣線高邑配電室自閉供電系統(tǒng)為例，如圖1，所內(nèi)進(jìn)線電源經(jīng)調(diào)壓器隔離后送至自閉母線、設(shè)母線電壓互感器，然后經(jīng)213DL送石—高（石家莊—高邑）自閉，正常情況下，西站主供、高邑所213DL分位、備供；經(jīng)214DL送高—邢（高邑—邢臺(tái)）自閉、高邑所214DL合位、主供，二者在線路首段均設(shè)有線路電壓互感器。饋線系統(tǒng)設(shè)電流速斷、過(guò)電流、失壓保護(hù)和備自投功能。

2011-03-19T11：55高邑配電室石高自閉備用、213DL分位，高邢自閉主送、214DL合位。西站配電室石高自閉速斷跳閘，高邑配電室石高自閉柜腳下線路YH失壓、母線側(cè)電壓正常，啟動(dòng)備投回路，213DL合閘、而后電流速斷保護(hù)動(dòng)作跳閘；同時(shí)因自閉母段電壓突降導(dǎo)致高邢自閉214DL失壓跳閘。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2011-01-01，2011-02-18出現(xiàn)同樣問(wèn)題的不正常跳閘。

圖1 高邑配電室自閉系統(tǒng)供電示意圖

2 原因分析

（1）失壓保護(hù)誤動(dòng)原因分析

針對(duì)2011-03-19的不正常跳閘，調(diào)取了當(dāng)日誤動(dòng)的214DL跳閘記錄，如表1。

表1 214DL跳閘記錄

圖2為跳閘當(dāng)日的故障波形圖。通過(guò)214DL跳閘時(shí)的記錄和波形分析可以看出，在213DL備投于故障線路時(shí)，發(fā)生了三相對(duì)稱短路，導(dǎo)致高邑配電室自閉母線段電壓迅速下降至正常電壓一半左右。

高邑配電室采用WXH-883型饋線保護(hù)測(cè)控裝置，失壓保護(hù)整定值為65V（自閉母互線電壓），動(dòng)作邏輯如圖3。

圖2 214DL保護(hù)跳閘波形圖

圖3 饋線測(cè)控裝置失壓保護(hù)動(dòng)作邏輯圖

在裝置檢測(cè)到三相線電壓均小于整定值時(shí)，只要斷路器在合位，就會(huì)引起測(cè)控裝置動(dòng)作、斷路器跳閘。也就是說(shuō)，根據(jù)現(xiàn)有保護(hù)的設(shè)置情況，在饋出線出現(xiàn)三相對(duì)稱短路時(shí)，會(huì)引起同一母線段的另一饋出線失壓保護(hù)誤動(dòng)作跳閘。

（2）備供所備自投失敗原因分析

在線路出現(xiàn)對(duì)稱三相短路的情況下，實(shí)際上備供所的線路電壓互感器也檢測(cè)到失壓。比如，西站配電室作為石—高自閉的主送所、高邑配電室213DL備供，在線路出現(xiàn)三相對(duì)稱短路時(shí)，高邑配電室213DL在西站配電室斷路器速斷保護(hù)動(dòng)作跳閘前也檢測(cè)到線路失壓、本所母線有壓，瞬時(shí)動(dòng)作合閘。也就是說(shuō)西站配電室跳閘的同時(shí)高邑所213DL合閘，顯然二者僅存在一個(gè)西站配電室斷路器固有分閘時(shí)間與高邑配電室斷路器固有合閘時(shí)間差值10ms左右，在兩所采用不同類型的保護(hù)如微機(jī)保護(hù)和繼電器保護(hù)、不同型號(hào)的斷路器時(shí)，此時(shí)間會(huì)更短或者根本就沒(méi)有。如此短的時(shí)間會(huì)導(dǎo)致故障點(diǎn)電弧重燃、事故范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。

多數(shù)情況下發(fā)生三相對(duì)稱短路時(shí)會(huì)自投失敗，與我們?cè)谥鞴┧鶖嗦菲魈l斷開后、備供所檢測(cè)到失壓瞬時(shí)動(dòng)作合閘的想法相去甚遠(yuǎn)。

3 解決方案

在石家莊供電段10kV配電系統(tǒng)線路故障中，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，單相接地故障占67%，兩相短路占0.9%，兩相接地短路占15.9%，三相短路1.8%，其他故障14.4%。

我們隨機(jī)調(diào)取了高邑配電室的1次電流速斷跳閘記錄，如表2，為2011-05-16T20：13貫通線路223DL的跳閘情況。

表2 223DL跳閘記錄

從表2可看出，除三相短路外，線路間的線電壓不可能同時(shí)出現(xiàn)不正常，而失壓保護(hù)的電壓值就取自母線的三相值進(jìn)行"與"判斷，僅會(huì)在出現(xiàn)三相短路時(shí)發(fā)生失壓保護(hù)的誤動(dòng)。隨著高速客運(yùn)專線的開通，自閉、貫通線路越來(lái)越多地使用了電纜供電，在同一地點(diǎn)出現(xiàn)三相短路的幾率將會(huì)越來(lái)越大。

3.1 現(xiàn)有軟硬件基礎(chǔ)上的解決方案及存在問(wèn)題

3.1.1 修改失壓保護(hù)整定值

（1）修改失壓保護(hù)電壓整定值

理論上，只要將失壓保護(hù)電壓整定值減小，使其取值大于三相短路時(shí)的最低母線電壓水平，就能防止失壓保護(hù)誤動(dòng)。但是在出現(xiàn)近端（如配電室出線）三相金屬性短路時(shí)，母線電壓可能降低到接近于零，我們總不能把電壓定值設(shè)定為0V，否則會(huì)發(fā)生更多的失壓保護(hù)拒動(dòng)問(wèn)題。

（2）增加失壓保護(hù)整定延時(shí)

將其值按躲過(guò)同段母線斷路器速斷保護(hù)動(dòng)作時(shí)間整定，在速斷保護(hù)動(dòng)作時(shí)間內(nèi)，失壓保護(hù)不會(huì)誤動(dòng)?？紤]到斷路器的分閘時(shí)間，其延時(shí)不能少于30ms，但是對(duì)方變電所，比如邢臺(tái)變電所的高邢自閉會(huì)在檢測(cè)到線路失壓的第一時(shí)間（瞬時(shí)）備自投動(dòng)作，若高邑所214DL失壓保護(hù)不動(dòng)作，會(huì)將邢臺(tái)所自閉母線電壓送至高邑所母線上、造成二者并相，且高邑所因?yàn)槟妇€有壓而使失壓保護(hù)返回不再啟動(dòng)跳閘。

因此不能靠增加失壓保護(hù)動(dòng)作時(shí)間和降低失壓保護(hù)電壓整定值的方式來(lái)防止失壓保護(hù)誤動(dòng)。

3.1.2 投入失壓保護(hù)有流閉鎖

如圖3，通過(guò)在失壓保護(hù)動(dòng)作前判斷有無(wú)負(fù)荷電流的方式，防止其誤動(dòng)。但鐵路自閉、貫通線路具有長(zhǎng)距離輸送小負(fù)荷的特點(diǎn)［1］，其正常負(fù)荷電流值很小。比如高邑配電室高邢自閉線路一次側(cè)負(fù)荷電流3.84A、且三相基本平衡，在采用30／5電流互感器的情況下，二次電流只有0.64A，在母線電壓降低到正常值的一半時(shí)電流值也迅速降低為正常電流的1／3～2／3范圍內(nèi)，二次值最低在0.2A左右。輸電距離較短的線路或者同母段其他線路近端金屬性短路時(shí)二次電流值甚至降低到0～0.1A，這樣使得失壓保護(hù)有流閉鎖功能失效，且電流整定值很難選擇，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中多數(shù)配電室退出了本項(xiàng)設(shè)置。

自閉、貫通線路多數(shù)情況下與牽引供電系統(tǒng)同方向近距離架設(shè)，在配電室真正出現(xiàn)失壓時(shí)，靜電感應(yīng)出現(xiàn)的感應(yīng)電流值就有0.2A，甚至更大，此時(shí)若投入有流閉鎖（比如0.2A），造成失壓保護(hù)拒動(dòng)，相鄰所電壓會(huì)送至本所母線，對(duì)于不存在并相條件的配電室可能出現(xiàn)嚴(yán)重的后果。

3.2 創(chuàng)新性解決方案

3.2.1 各種故障特點(diǎn)分析

在10kV配電線路中，單相接地、兩相短路、兩相接地短路、三相短路等橫向故障發(fā)生的幾率較多，危害最為嚴(yán)重，線路斷線等縱向故障一般不會(huì)造成保護(hù)的誤動(dòng)，在此不再討論。

（1）單相接地

在小電流接地系統(tǒng)中，線路發(fā)生單相接地時(shí)并不破壞系統(tǒng)線電壓的對(duì)稱性，并可持續(xù)運(yùn)行1～2h，因失壓保護(hù)檢測(cè)的是線電壓、不會(huì)造成保護(hù)誤動(dòng)。

（2）兩相短路［2］

在故障點(diǎn)處，用對(duì)稱分量表示，兩相短路有3個(gè)邊界條件：If（0）=0；If（1）=-If（2）；Uf（1）=Uf（2），即正序網(wǎng)絡(luò)和負(fù)序網(wǎng)絡(luò)在故障點(diǎn)并聯(lián)，零序網(wǎng)絡(luò)斷開。

發(fā)生故障時(shí)出現(xiàn)負(fù)序分量，沒(méi)有零序分量。

（3）兩相短路接地［2］

在故障點(diǎn)處，用對(duì)稱分量表示、兩相短路接地的邊界條件：If（1）+If（2）+If（0）=0；Uf（1）=Uf（2）=Uf（0）。顯然滿足此邊界條件的復(fù)合序網(wǎng)在故障點(diǎn)并聯(lián)。

發(fā)生故障時(shí)出現(xiàn)負(fù)序分量、零序分量。

（4）三相短路

序網(wǎng)構(gòu)成中同樣只有正序分量，也可以說(shuō)在正序的基礎(chǔ)上串入了阻抗零；短路計(jì)算中只有正序分量，沒(méi)有負(fù)、零序分量。

大量的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行實(shí)踐表明［3］，當(dāng)發(fā)生三相對(duì)稱短路瞬時(shí)也會(huì)出現(xiàn)短時(shí)的負(fù)序電壓，其值一般不小于0.06UN（額定相間電壓）。

3.2.2 優(yōu)化方案

（1）電流增量閉鎖失壓保護(hù)

為了解決由于1條饋出線三相短路時(shí)母線電壓降低引起另外1路失壓保護(hù)誤動(dòng)的問(wèn)題，可增加電流增量閉鎖條件，只有在電流有突變量的條件下、同時(shí)母線電壓降低才啟動(dòng)斷路器跳閘。上例中214DL沒(méi)有增加的突變量，就不會(huì)引起失壓保護(hù)誤動(dòng)作，動(dòng)作邏輯如圖4。

同時(shí)，為了防止空載投運(yùn)線路時(shí)，變壓器勵(lì)磁涌流致使電流增量誤觸發(fā)，可增加二次諧波閉鎖功能。

在配電室出現(xiàn)進(jìn)線失壓時(shí)，由于二次諧波閉鎖的電流增量不會(huì)啟動(dòng)，致使失壓保護(hù)拒動(dòng)，此時(shí)可增加負(fù)序電壓的"或"條件。上述討論的各類短路故障在配電室饋出線側(cè)均會(huì)檢測(cè)到負(fù)序電壓，而真正的進(jìn)線失壓時(shí)是不會(huì)產(chǎn)生負(fù)序電壓的，利用這一特征，增加在負(fù)序電壓U2小于整定值的情況下，只要三相線電壓降低時(shí)，就會(huì)啟動(dòng)失壓保護(hù)動(dòng)作，可有效防止進(jìn)線失壓的情況下，發(fā)生的保護(hù)拒動(dòng)問(wèn)題。

圖4 饋線測(cè)控裝置失壓保護(hù)動(dòng)作邏輯優(yōu)化圖

需要注意的是三相短路只是在故障發(fā)生的瞬時(shí)產(chǎn)生負(fù)序電壓，因此必須做到有負(fù)序電壓產(chǎn)生，在母線電壓恢復(fù)正常前，此閉鎖一直有效，以免引起失壓保護(hù)的誤動(dòng)。

（2）負(fù)序電壓?jiǎn)?dòng)的備自投

在發(fā)生三相短路時(shí)，備供所可能出現(xiàn)主供所跳閘前備自投誤投于故障線路的問(wèn)題，可采取2種方案來(lái)解決這一問(wèn)題：

①增加備自投延時(shí)，只要保證備供所的自投時(shí)限大于主供所斷路器固有跳閘時(shí)間就可以解決這一問(wèn)題。

②增加負(fù)序電壓閉鎖，在備供所腳下的線路電壓互感器檢測(cè)到負(fù)序電壓后，自動(dòng)延長(zhǎng)躲過(guò)斷路器固有分閘時(shí)間自投延時(shí)，其他情況下，仍舊為瞬時(shí)動(dòng)作。

4 結(jié)束語(yǔ)

鐵路10kV自閉、貫通線路有著與地方供電系統(tǒng)截然不同的特點(diǎn)，對(duì)地方供電系統(tǒng)的運(yùn)行方式、保護(hù)設(shè)置照抄、照搬，就會(huì)出現(xiàn)某些不適應(yīng)，要求我們進(jìn)行必要的甄別。

本文在不增加任何設(shè)備的前提下，提出了通過(guò)優(yōu)化保護(hù)動(dòng)作邏輯來(lái)避免保護(hù)誤動(dòng)問(wèn)題的方案，希望對(duì)鐵路配電室的安全運(yùn)行提供有益的借鑒。

［1］于冬蘭.鐵路自閉貫通10kV電力線路電壓損失計(jì)算公式的探討［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2003，（10）：130-132.

［2］陳 珩.電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析［M］.北京：中國(guó)電力出版社，1998.

［3］劉學(xué)軍.繼電保護(hù)原理［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2004.