程 強(qiáng)，王俊奇

（國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力調(diào)度控制中心，山西 太原 030001）

0 引言

隨著大規(guī)模電氣化鐵路的推進(jìn)，由220 kV供電的電鐵線路逐漸增多，近兩年隨著大西高鐵和中南鐵路投運(yùn)，山西也有23座牽引站投產(chǎn)。針對(duì)電鐵供電線路保護(hù)配置方案和整定原則及保護(hù)裝置的特殊要求，各網(wǎng)省公司進(jìn)行了大量研究。文獻(xiàn)[1]比較了二回二相式和二回三相式輸電線路接入系統(tǒng)電鐵供電線路的區(qū)別，提出了繼電保護(hù)配置原則和整定原則；文獻(xiàn)[2]分析了武廣客運(yùn)專線繼電保護(hù)配置的弊端并提出了解決方案；文獻(xiàn)[3]提出了高鐵牽引變電所繼電保護(hù)配置方案；文獻(xiàn)[4]闡述了南廣鐵路郁南牽引站供電線路繼電保護(hù)設(shè)計(jì)的情況。目前牽引站供電線路普遍采用在系統(tǒng)站側(cè)雙重化配置距離保護(hù)，該保護(hù)存在頻繁啟動(dòng)和對(duì)低壓側(cè)故障靈敏度不足的問(wèn)題。針對(duì)這些問(wèn)題，提出了一種采用純電流保護(hù)的配置方案，并給出了定值整定原則。

1 電氣化鐵路的運(yùn)行特性及電氣特性

1.1 電鐵牽引站的一次接線方案

目前山西境內(nèi)大西高鐵、中南鐵路牽引站均采用兩回三相輸電線路接入系統(tǒng)，兩回供電線路互為熱備用，大多數(shù)牽引站內(nèi)部采用V/V接線，系統(tǒng)站均采用雙母線接線形式。V/V接線采用2臺(tái)單相變壓器實(shí)現(xiàn)，電鐵接入系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1 典型兩回三相線路供電牽引站接線圖

1.2 電鐵負(fù)荷特性及對(duì)系統(tǒng)的影響

電氣化鐵路牽引負(fù)荷是一種特殊負(fù)荷，具有不對(duì)稱性、非線性、沖擊性，短時(shí)集中負(fù)荷特性明顯，越區(qū)供電能力要求高，負(fù)序諧波特性明顯等顯著特點(diǎn)[2]。

2 電鐵供電線路繼電保護(hù)配置方案

2.1 規(guī)程對(duì)電鐵線路保護(hù)的要求

根據(jù)《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》（GB/T 14285—2006）[5]中對(duì)電氣化鐵路供電線路有以下幾點(diǎn)要求。

a）用三相電源對(duì)電鐵負(fù)荷供電的線路，可裝設(shè)與一般線路相同的保護(hù)。采用兩相電源對(duì)電鐵負(fù)荷供電的線路，可裝設(shè)兩段式距離、兩段式電流保護(hù)。

b）電氣化鐵路供電產(chǎn)生的不對(duì)稱分量和沖擊負(fù)荷可能會(huì)使線路保護(hù)裝置頻繁啟動(dòng)，必要時(shí)，可增設(shè)保護(hù)裝置快速?gòu)?fù)歸的回路。

c）電氣化鐵路供電在電網(wǎng)中造成的諧波分量可能導(dǎo)致線路保護(hù)裝置誤動(dòng)，必要時(shí)，可增設(shè)諧波分量閉鎖回路。

2.2 現(xiàn)有配置方案及存在的問(wèn)題

現(xiàn)有電鐵牽引站為終端負(fù)荷變電站，送電線路保護(hù)配置按系統(tǒng)站側(cè)配置雙套常規(guī)距離保護(hù)、零序電流保護(hù)，牽引站側(cè)不配置線路保護(hù)。由于V/V接線方式，單相重合閘方式已經(jīng)不能滿足牽引站安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求，因此電鐵線路采用三相跳閘三相重合方式。

由于電鐵負(fù)荷的沖擊性，常規(guī)線路距離保護(hù)如不加修改，可能存在頻繁啟動(dòng)的問(wèn)題；同時(shí)如果線路保護(hù)作主變遠(yuǎn)后備時(shí)，可能存在低壓側(cè)故障靈敏度不足的問(wèn)題。針對(duì)距離保護(hù)的這些問(wèn)題，山西電網(wǎng)對(duì)電鐵版距離保護(hù)做了以下要求。

為避免保護(hù)裝置頻繁啟動(dòng)，增加“低電壓?jiǎn)?dòng)元件”，與“電流突變量啟動(dòng)元件”構(gòu)成“與門(mén)”關(guān)系。

線路保護(hù)應(yīng)作為牽引站主變壓器的遠(yuǎn)后備保護(hù)，為避免牽引站主變低壓側(cè)故障而“低電壓?jiǎn)?dòng)元件”靈敏度不夠，故需增加“三段阻抗輔助啟動(dòng)元件”，以保障主變低壓故障時(shí)線路保護(hù)裝置可靠啟動(dòng)?！叭巫杩馆o助啟動(dòng)元件”與“電流突變量啟動(dòng)元件”構(gòu)成“與門(mén)”，再與“低電壓?jiǎn)?dòng)元件+電流突變量啟動(dòng)元件”構(gòu)成“或門(mén)”關(guān)系。

對(duì)電鐵、鋼廠等沖擊性負(fù)荷線路（主要是“3/2”接線）保護(hù)版本，要求增加“投三相跳閘方式”控制字，當(dāng)該控制字投入時(shí)，保護(hù)裝置在任何類(lèi)型故障時(shí)均三相跳閘。

雖然上述改進(jìn)后，距離保護(hù)能夠滿足電鐵供電線路的相關(guān)要求，但是采用距離保護(hù)會(huì)使裝置維護(hù)復(fù)雜、測(cè)向量困難。同時(shí)，對(duì)低壓側(cè)因?yàn)殡妷旱拈]鎖作用，靈敏度需要特殊考慮。

2.3 改進(jìn)的配置方案及優(yōu)點(diǎn)

基于距離保護(hù)存在的維護(hù)復(fù)雜、對(duì)低壓側(cè)靈敏度和選擇性需配合的問(wèn)題，結(jié)合電鐵線路為終端變電站的特點(diǎn)，可以對(duì)電鐵線路的保護(hù)配置做如下改進(jìn)，即用純過(guò)流保護(hù)、零序過(guò)流保護(hù)來(lái)適應(yīng)電鐵的供電需要。

一方面電鐵牽引站為無(wú)源的終端變電站，在系統(tǒng)側(cè)配置的純電流保護(hù)裝置不用帶方向，因而不用測(cè)向量，裝置簡(jiǎn)單維護(hù)方便，費(fèi)用低廉；同時(shí)終端線路不存在電流保護(hù)靈敏度和選擇性難以配合的問(wèn)題，純電流保護(hù)對(duì)低壓側(cè)的靈敏度很容易保證，只需根據(jù)電鐵負(fù)荷特性確定合適的整定原則即可。配置純電流保護(hù)簡(jiǎn)單可靠，保護(hù)動(dòng)作速度快于差動(dòng)保護(hù)，能夠很好地保護(hù)電鐵牽引線路。

3 改進(jìn)方案的整定原則分析

3.1 電鐵線路故障電流

改進(jìn)的純電流保護(hù)能否很好地適應(yīng)電鐵牽引線路，一個(gè)最重要的因素就是能否確定出合理的整定原則，從而保證線末和主變低壓側(cè)靈敏度的同時(shí)也能夠避免頻繁啟動(dòng)。下文以一組典型數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)電鐵線路的短路電流進(jìn)行分析。典型參數(shù)如下：

系統(tǒng)參數(shù)：大方式X*＝0.15；小方式X*＝0.3；

變壓器：XT*＝3；

每公里線路：XL*＝0.005

在上述參數(shù)的系統(tǒng)下，純電流保護(hù)感受到的短路電流如圖2所示。

圖2 電鐵牽引站供電線路故障電流分布圖

3.2 整定計(jì)算原則探討

純電流保護(hù)需要整定的有啟動(dòng)電流、相電流保護(hù)I、II、III段、零序電流的I、II、III段和重合閘。

3.2.1 啟動(dòng)電流

啟動(dòng)電流按躲過(guò)電鐵的負(fù)荷波動(dòng)電流整定。牽引站設(shè)計(jì)時(shí)，變壓器的選型均考慮了最大負(fù)荷的情況，因此電鐵線路最大的波動(dòng)電流不會(huì)大于牽引站變壓器的額定電流。目前山西電鐵牽引站的單相變壓器容量為40 MVA，電鐵變（單相）額定電流為40 000/220＝182 A，因此電鐵的波動(dòng)電流最大約

182 A，啟動(dòng)電流可整定為240 A。

3.2.2 相電流整定原則

相電流保護(hù)的I段可取對(duì)線末高壓側(cè)有靈敏度，又必須躲過(guò)低壓側(cè)故障，取3 000 A，時(shí)間取為0 s；相電流保護(hù)的II段可取對(duì)線末高壓側(cè)有靈敏度，又必須躲過(guò)低壓側(cè)故障，定值取2 000 A，時(shí)間取為0.3 s；相電流保護(hù)的III段可取對(duì)變壓器低壓側(cè)有靈敏度，又必須躲過(guò)負(fù)荷電流200 A，定值取為300 A，時(shí)間與低壓側(cè)延時(shí)配合2.3 s。

3.2.3 零序電流整定原則

電鐵牽引站變壓器不接地，低壓故障高壓側(cè)無(wú)零序電流，因此零序電流保護(hù)僅需要考慮線路接地故障有靈敏度即可。零序電流保護(hù)的I段可取對(duì)線末高壓側(cè)有靈敏度，定值取600 A，時(shí)間0 s；零序電流保護(hù)的II段：可取對(duì)線末高壓側(cè)有靈敏度，定值取400 A，時(shí)間0.3 s；零序電流保護(hù)的III段：可取對(duì)線路高阻接地有靈敏度，定值取200 A，時(shí)間1 s。

3.2.4 重合閘整定原則

重合閘由保護(hù)跳閘啟動(dòng)，與牽引站側(cè)備自投延時(shí)（4 s）反配合，延時(shí)取1 s。

4 結(jié)論

本文結(jié)合牽引變電站電氣特性和目前牽引變電站線路保護(hù)配置現(xiàn)狀，闡述了配置常規(guī)距離保護(hù)的缺點(diǎn)，計(jì)算了典型參數(shù)下電鐵牽引線路的短路電流，分析了采用純電流保護(hù)作為電鐵牽引線路主保護(hù)的可行性，并對(duì)整定原則進(jìn)行了討論。下一步，可在選擇實(shí)際電鐵牽引站供電線路進(jìn)行試驗(yàn)，并結(jié)合運(yùn)行實(shí)際對(duì)該配置方案進(jìn)一步的可行性分析。

[1] 陳劍,李煒.武廣客運(yùn)專線220 kV線路保護(hù)相關(guān)問(wèn)題探討[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2009,37(19):84-87.

[2] 李煒.電鐵供電線路繼電保護(hù)整定原則及分析[J].湖南電力,2011,31 （4） :29-32.

[3] 劉興學(xué).高速鐵路牽引變電所繼電保護(hù)方案探討[J].鐵道工程學(xué)報(bào),2013,1:88-91.

[4]文婷，柳澹.南廣鐵路郁南牽引站220 kV供電線路繼電保護(hù)配置分析[J].廣東電力,2013,24(7):98-100.

[5] 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)繼電保護(hù)專業(yè)委員會(huì).GB/T 14285—2006 繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國(guó)電力出版社,2006.