于 濤

（中車長春軌道客車股份有限公司，吉林長春，130000）

高速動(dòng)車組車輛牽引供電系統(tǒng)繼電器保護(hù)的分析

于 濤

（中車長春軌道客車股份有限公司，吉林長春，130000）

確保車輛牽引供電系統(tǒng)持續(xù)供電，才能保證高速動(dòng)車組的正常運(yùn)行。基于這種認(rèn)識(shí)，本文對高速動(dòng)車組車輛牽引供電系統(tǒng)的繼電器保護(hù)配置問題展開了分析，結(jié)合不同供電方式對牽引網(wǎng)和變壓器的繼電保護(hù)方法進(jìn)行了探討，以便為關(guān)注這一話題的人們提供參考。

高速動(dòng)車組；車輛牽引供電系統(tǒng)；繼電器保護(hù)

0 引言

在高速運(yùn)行的過程中，動(dòng)車組車輛會(huì)受到機(jī)械振動(dòng)、接觸線滑動(dòng)等各種因素的影響，從而導(dǎo)致車輛牽引供電系統(tǒng)容易產(chǎn)生故障。而想要確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行，還要加強(qiáng)系統(tǒng)繼電器保護(hù)配置，從而使系統(tǒng)在出現(xiàn)故障時(shí)維持持續(xù)供電，以確保車輛正常運(yùn)行。因此，還應(yīng)加強(qiáng)對高速動(dòng)車組車輛牽引供電系統(tǒng)的繼電器保護(hù)分析，從而更好的推動(dòng)我國高速鐵路的發(fā)展。

1 高速動(dòng)車組車輛牽引供電系統(tǒng)概述

從組成上來看，高速動(dòng)車組車輛牽引供電系統(tǒng)由牽引網(wǎng)、電力機(jī)車組和牽引變電所構(gòu)成。利用牽引變電所完成電能轉(zhuǎn)化后，系統(tǒng)能夠利用獨(dú)立電源進(jìn)線將電能傳送給牽引網(wǎng)，從而為車輛供電。而由于牽引負(fù)荷為單相負(fù)荷，所以需要利用特別變壓器將負(fù)荷均勻分配到系統(tǒng)三相中。在高速動(dòng)車組上，則通常采用V/x接線等牽引變壓器[1]。在供電方式上，系統(tǒng)主要采用全并聯(lián)AT供電方式，設(shè)置有多個(gè)供電回路，所以在故障發(fā)生時(shí)會(huì)產(chǎn)生多個(gè)回路給短路點(diǎn)供電，對繼電保護(hù)有特殊要求。此外，高速動(dòng)車組車輛采用交-直-交電力機(jī)車，電路諧波成分等有一定差異，因此也將影響繼電器保護(hù)功能的發(fā)揮。

2 高速動(dòng)車組車輛牽引供電系統(tǒng)的繼電器保護(hù)

2.1 牽引網(wǎng)既有保護(hù)

從牽引網(wǎng)采用的既有保護(hù)方法上來看，其沿用了過電流保護(hù)、距離保護(hù)等傳統(tǒng)保護(hù)方案。首先，牽引網(wǎng)主要采用距離保護(hù)方式，根據(jù)負(fù)荷中綜合諧波含量完成四邊形動(dòng)作特性邊界的自動(dòng)調(diào)整，以減少負(fù)荷電流下的保護(hù)誤動(dòng)作。其次，系統(tǒng)將根據(jù)牽引網(wǎng)供電方式進(jìn)行過電流保護(hù)的提供，完成1-3段配置，并采用激勵(lì)涌流閉鎖和綜合諧波抑制方法提供繼電保護(hù)。再者，在機(jī)車正常運(yùn)行過程中，牽引網(wǎng)流量增加量應(yīng)小于單個(gè)車輛電流最大值。所以一旦超出該數(shù)值，說明牽引網(wǎng)發(fā)生故障，系統(tǒng)需要提供電流增量保護(hù)。此外，在高速動(dòng)車組車輛運(yùn)行的過程中，重載車輛在300-350km/h的時(shí)速下，將達(dá)到600-1000A的牽引電流。為防止?fàn)恳W(wǎng)穩(wěn)定性降低，系統(tǒng)需完成熱過負(fù)荷保護(hù)的設(shè)置，即利用熱模型完成接觸網(wǎng)溫度的實(shí)時(shí)計(jì)算，并在超出溫度設(shè)定值時(shí)啟動(dòng)跳鬧回路，進(jìn)而達(dá)到斷開饋線斷路器的控制目標(biāo)。但是，目前高速動(dòng)車組車輛牽引供電系統(tǒng)采用的是全并聯(lián)AT供電方式，采用既有繼電器保護(hù)方式，系統(tǒng)將會(huì)在牽引網(wǎng)故障發(fā)生后將兩條供電臂跳開，進(jìn)而導(dǎo)致大面積停電。因此，還要重新進(jìn)行系統(tǒng)繼電器保護(hù)分析，以便使非故障供電臂保持正常供電，進(jìn)而更好的滿足動(dòng)車組車輛的運(yùn)行需求。

2.2 牽引網(wǎng)聯(lián)跳保護(hù)

為牽引網(wǎng)提供距離保護(hù)，需要對故障點(diǎn)到繼電器安裝點(diǎn)間的距離進(jìn)行反映。而從牽引網(wǎng)的距離保護(hù)動(dòng)作特性上來看，其四邊形特性方向性明顯，即在測量阻抗為第一象限值的情況下，繼電器才能執(zhí)行距離保護(hù)動(dòng)作。針對這一特性，還要加強(qiáng)系統(tǒng)供電阻抗特征分析，然后結(jié)合特征實(shí)現(xiàn)牽引網(wǎng)聯(lián)跳保護(hù)。從牽引網(wǎng)故障發(fā)生情況來看，在AT所至分區(qū)出現(xiàn)故障，將得到相同的變電所保護(hù)測量阻抗，繼而導(dǎo)致采取既有保護(hù)方案的系統(tǒng)無法識(shí)別故障供電臂的保護(hù)1、2。采用聯(lián)跳保護(hù)方案，可以將保護(hù)1、3、5和2、4、6分別設(shè)置為上行和下行供電臂整體保護(hù)，一旦發(fā)現(xiàn)故障則要將對應(yīng)斷路器跳開，并向?qū)?yīng)供電臂發(fā)送聯(lián)跳指令。而供電臂在接收到命令后，應(yīng)立即跳開對應(yīng)斷路器。借助供電臂的上下行對稱性，則能增強(qiáng)繼電器保護(hù)的選擇性[2]。采取該種保護(hù)方式，只要有斷路器斷開，系統(tǒng)的并聯(lián)支路機(jī)會(huì)減少，進(jìn)而導(dǎo)致測量電抗增大。因此，只有在電抗和電阻同時(shí)滿足保護(hù)條件時(shí)，繼電器才會(huì)執(zhí)行保護(hù)動(dòng)作。所以在保護(hù)1通過聯(lián)跳斷開后，保護(hù)2的電抗將會(huì)變大，進(jìn)而導(dǎo)致其不會(huì)發(fā)生動(dòng)作。采取該種繼電保護(hù)方案，可以使同一供電臂保護(hù)成為一個(gè)整體，并在保護(hù)檢出故障時(shí)將對應(yīng)斷路器跳開，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對牽引網(wǎng)的快速保護(hù)。

2.3 變壓器差動(dòng)后備保護(hù)

變壓器在工作的過程中，通常需要提供過流保護(hù)。但在高速動(dòng)車組車輛的牽引供電系統(tǒng)中，變壓器繼電器保護(hù)容易受到不平衡電流的影響，所以還要提供差動(dòng)后備保護(hù)。從原理上來看，過電流保護(hù)即繼電器在電流大于整定值時(shí)動(dòng)作。但在牽引系統(tǒng)中，牽引負(fù)荷沖擊性較強(qiáng)，要求變壓器在3倍額定負(fù)荷電流下保持2min工作。針對這一情況，還要在變壓器高、低壓側(cè)完成低電壓啟動(dòng)的配置，以提供后備保護(hù)。牽引網(wǎng)在正常運(yùn)行過程中，電壓將保持在19kV以上。所以在低壓側(cè)母線電壓設(shè)計(jì)上，應(yīng)設(shè)定為24kV。如果系統(tǒng)工作正常，母線電壓將比低電壓整定值壓低，所以即便負(fù)荷電流比動(dòng)作電流整定值要大，繼電器也不會(huì)發(fā)生誤動(dòng)作。在系統(tǒng)發(fā)生故障的情況下，變壓器漏阻抗將隨之減小，母線電壓則會(huì)不斷增大。但由于低壓啟動(dòng)過電流保護(hù)可能出現(xiàn)拒動(dòng)的情況，所以還要加強(qiáng)變壓器后備距離保護(hù)的整定計(jì)算，即通過測量短路阻抗和負(fù)荷阻抗完成合理保護(hù)配置，進(jìn)而使變壓器高、低壓距離保護(hù)正常動(dòng)作。

2.4 變壓器過負(fù)荷保護(hù)

對于高速動(dòng)車組車輛來講，由于行車密度較低，并且牽引供電系統(tǒng)需要提供大牽引功率，所以采用的牽引變壓器需要長期處在過負(fù)荷狀態(tài)，容易出現(xiàn)老化的問題。針對這一情況，還要加強(qiáng)對變壓器的過負(fù)荷保護(hù)，以延長變壓器的使用壽命。從既有保護(hù)方案上來看，鐵路通常采用三段式定時(shí)限特性提供過負(fù)荷保護(hù)。但在負(fù)荷電流位于保護(hù)整定值之間時(shí)，繼電器保護(hù)動(dòng)作并不減小，進(jìn)而導(dǎo)致繼電保護(hù)無法滿足變壓器過負(fù)荷保護(hù)要求。針對這一情況，還要為變壓器提供反時(shí)限特性的過負(fù)荷保護(hù)，即要根據(jù)負(fù)荷電流變化情況完成繼電器保護(hù)動(dòng)作的時(shí)限調(diào)整，以確保變壓器穩(wěn)定工作。一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，由于產(chǎn)生的短路電流基本保持不變，所以可以利用反時(shí)限特性的過負(fù)荷保護(hù)滿足變壓器工作需求。在實(shí)際應(yīng)用該種方法時(shí)，需在變壓器上進(jìn)行油溫傳感器的安裝，并通過將測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為信號(hào)輸入繼電保護(hù)裝置中。而裝置在完成過負(fù)荷保護(hù)計(jì)算后，則將根據(jù)設(shè)定值判斷是否執(zhí)行動(dòng)作，進(jìn)而為變壓器提供有效的繼電保護(hù)。

3 結(jié)論

通過分析可以發(fā)現(xiàn)，牽引供電系統(tǒng)為高速動(dòng)車組車輛的重要?jiǎng)恿ρb置，還要加強(qiáng)系統(tǒng)繼電器保護(hù)配置，以確保機(jī)車的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。而高速動(dòng)車組車輛與鋪速機(jī)車在繼電保護(hù)上的要求不同，因此還應(yīng)結(jié)合車輛實(shí)際需求研究系統(tǒng)繼電保護(hù)問題，并結(jié)合問題提出有效的繼電器保護(hù)配置方案，繼而更好的推動(dòng)高速鐵路的發(fā)展。

[1]王佩剛.高速鐵路牽引供電系統(tǒng)繼電保護(hù)研究[J].中國高新技術(shù)企業(yè),2017,(02):104-105.

[2]王永.淺析繼電保護(hù)、牽引供電系統(tǒng)在長期超負(fù)荷狀態(tài)下的對策[J].科技資訊,2011,(29):164-166.

Analysis of relay protection for traction power supply system of high speed EMU

Yu Tao
（Changchun Zhongche railway vehicle Limited by Share Ltd.,Changchun Jilin,130000）

To ensure the continuous power supply of vehicle traction power supply system can ensure the normal operation of high-speed trains. Based on this understanding, in this paper, the high-speed emu vehicle traction power supply system of relay protection configuration problems for analysis, combined with different ways of power supply for traction network and transformer relay protection methods are discussed in this paper, in order to provide reference for the people who pay attention to the subject.

high-speed train; Vehicle traction power supply system; Relay protection