高龍

摘 要：高速鐵路是人們普遍認(rèn)可的交通工具之一，為了不斷滿足人們的交通需求，我們需要不斷提升高速鐵路動車組牽引供電系統(tǒng)的工作效率，采取科學(xué)的對策落實繼電器的保護(hù)工作。為了保障車輛牽引供電系統(tǒng)的供電穩(wěn)定性，我們應(yīng)該認(rèn)真了解牽引供電系統(tǒng)的供電工作現(xiàn)狀，采取科學(xué)的對策確保高速動車組的正常運(yùn)營。基于此，本文主要論述了高速動車組牽引供電系統(tǒng)的繼電器保護(hù)現(xiàn)狀，然后從不同供電模式角度探究了牽引網(wǎng)和變壓器的繼電保護(hù)方法，希望能夠有效提升繼電器的保護(hù)工作質(zhì)量，并推動高速動車組牽引供電系統(tǒng)的長遠(yuǎn)健康發(fā)展。

關(guān)鍵詞：高速動車組 ；牽引供電系統(tǒng) ；繼電器；保護(hù)

引言

在高速運(yùn)行的過程中，動車組車輛會受到機(jī)械振動、接觸線滑動等各種因素的影響，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，從而更好的推動我國高速鐵路的發(fā)展。

1 高速動車組車輛牽引供電系統(tǒng)概述

從組成上來看，高速動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)置有多個供電回路，所以在故障發(fā)生時會產(chǎn)生多個回路給短路點供電，對繼電保護(hù)有特殊要求。此外，高速動車組車輛采用交 - 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作特性邊界的自動調(diào)整，以減少負(fù)荷電流下的保護(hù)誤動作。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，在高速動車組車輛運(yùn)行的過程中，重載車輛在 300-350km/h 的時速下，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)溫度的實時計算，并在超出溫度設(shè)定值時啟動跳鬧回路，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)，需要對故障點到繼電器安裝點間的距離進(jìn)行反映。而從牽引網(wǎng)的距離保護(hù)動作特性上來看，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滿足保護(hù)條件時，繼電器才會執(zhí)行保護(hù)動作。所以在保護(hù) 1 通過聯(lián)跳斷開后，保護(hù) 2 的電抗將會變大，進(jìn)而導(dǎo)致其不會發(fā)生動作。采取該種繼電保護(hù)方案，可以使同一供電臂保護(hù)成為一個整體，并在保護(hù)檢出故障時將對應(yīng)斷路器跳開，進(jìn)而實現(xiàn)對牽引網(wǎng)的快速保護(hù)。

2.3 變壓器差動后備保護(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動作。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 19k V 以上。所以在低壓側(cè)母線電壓設(shè)計上，應(yīng)設(shè)定為24k V。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)荷電流比動作電流整定值要大，繼電器也不會發(fā)生誤動作。在系統(tǒng)發(fā)生故障的情況下，變壓器漏阻抗將隨之減小，母線電壓則會不斷增大。但由于低壓啟動過電流保護(hù)可能出現(xiàn)拒動的情況，所以還要加強(qiáng)變壓器后備距離保護(hù)的整定計算，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)正常動作。

2.4 變壓器過負(fù)荷保護(hù)

對于高速動車組車輛來講，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，繼電器保護(hù)動作并不減小，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)動作的時限調(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，所以可以利用反時限特性的過負(fù)荷保護(hù)滿足變壓器工作需求。在實際應(yīng)用該種方法時，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)換為信號輸入繼電保護(hù)裝置中。而裝置在完成過負(fù)荷保護(hù)計算后，則將根據(jù)設(shè)定值判斷是否執(zhí)行動作，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)為高速動車組車輛的重要動力裝置，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，繼而更好的推動高速鐵路的發(fā)展。

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