李 瑞

（中鐵電氣化局京滬高鐵維護管理公司，高級工程師，北京100000）

目前高速鐵路中最常用的供電制式為全并聯(lián)AT供電，在牽引變電所設(shè)置接線組別為VX型的牽引變壓器組，分區(qū)所和AT所設(shè)有自耦變壓器。此兩種變壓器自身價值最高，可占全部投資的一半以上，且出現(xiàn)嚴重故障后，現(xiàn)場環(huán)境一般不具備修復(fù)條件，修復(fù)周期長，影響范圍較大，因此日常檢修和預(yù)防性試驗是其安全的重要保障。差動保護是變壓器的主保護，差動保護的準確性和快速動作直接關(guān)系變壓器的安全，因此對差動保護功能的驗證是非常重要的，鐵路規(guī)程要求的周期是每年必須進行一次。

1 差動保護原理

本文采用電路圖與數(shù)學(xué)公式結(jié)合方式闡述差動保護原理。

1）牽引供電系統(tǒng)變電所牽引變壓器差動保護原理見圖1牽引變壓器等效電路圖。

圖1 牽引變壓器等效電路圖

圖1 中TR指變壓器，P1和P2指電流互感器的極性，α和β指牽引變壓器低壓總回路名稱。

由圖1可得如下公式：

當I?CDA&I?CDB&I?CDC≥I?red差動保護啟動。

2）分區(qū)所和AT所自耦變壓器差動保護原理見圖2自耦變壓器等效電路圖。

圖2 自耦變壓器等效電路圖

在AT全并聯(lián)供電模式下采用的自耦變壓器由上圖可得出如下公式：

當自耦變壓器故障發(fā)生在F繞組一側(cè)時，根據(jù)圖2可得如下公式：

同理，當自耦變壓器故障發(fā)生在T繞組一側(cè)時，可得如下公式：

聯(lián)立公式（2）和（3），可得自耦變壓器差動保護原理公式：

當T相和F相電流之差大于差動保護電流設(shè)定值，差動保護啟動。

2 工程中的實際應(yīng)用

圖3 為差動保護在實際工程中兩種二次原理接線圖。

圖3 差動保護在工程實際兩種二次原理接線圖

牽引變壓器和自耦變壓器的差動保護接線原理見圖3差動保護在工程實際兩種二次原理接線圖，此兩種接線方式在工程實踐中都較為常見，（a）方式分別采集所需差動保護電量數(shù)據(jù)，由裝置內(nèi)部根據(jù)理論模型自行合成，（b）方式直接在電流互感器差動線圈二次端進行連接合成，將合成后的電量數(shù)據(jù)傳送給差動保護裝置判別。根據(jù)圖3（b）方式，牽引變壓器與自耦變壓器差動保護的二次接線雖然完全相同，但根據(jù)公式（2）和公式（4）可得知，二者的含義是完全不同的，前者是在做和，提供牽引變壓器低壓側(cè)的總電流，后者是在做差。對自耦變壓器進行差動電流計算。

3 試驗方式

技術(shù)試驗人員在現(xiàn)場校驗前，為了避免平衡系數(shù)的影響，可以先設(shè)置為1，以使計算簡單方便。當比率差動保護的設(shè)計整定值確定后，動作邊界就相應(yīng)確定，一般采用三折線的特性曲線，可見圖4比率制動特性曲線。差動保護試驗?zāi)康臑轵炞C實際動作邊界是否與設(shè)計整定邊界一致。

圖4 比率制動特性曲線

差動電流為：

比率差動保護判據(jù)為：

式中：ICD為差動電流；IZD為制動電流；IDZ為差動電流整定值；I1為制動電流I段整定值；I2為制動電流Ⅱ段整定值；K1為I段比率制動系數(shù)；K2為II段比率制動系數(shù)。

1）最小動作電流ICD測試：

在變壓器高壓側(cè)A、B、C、α和β分別施加整定差動電流值IDZ，保護應(yīng)可靠動作，誤差應(yīng)符合技術(shù)條件的要求。

2）制動特性斜率K1和K2測試：

制動特性斜率實驗時，要同時輸入兩側(cè)電流，而且要注意兩側(cè)電流的相位關(guān)系，通過對同一斜率測試兩個點的試驗數(shù)據(jù)來確定制動特性斜率K1和K2的誤差是否符合技術(shù)條件。

3）差動保護動作時間的測定

測定差動保護動作時間時，為確保差動保護正確動作，應(yīng)充分考慮保護裝置的保護固有動作時間，一般要求保護裝置固有動作時間不大于15 ms。

4）二次諧波閉鎖條件的測定

由于變壓器空載投運和線路故障產(chǎn)生或切除時會產(chǎn)生勵磁涌流，從而產(chǎn)生大量諧波分量，為防止差動保護誤動作，采用二次諧波分量的含量來區(qū)分故障情況，當二次諧波電流占基波的含量大于二次諧波閉鎖整定值時，使用諧波制動方式閉鎖差動保護。

試驗人員可以利用繼電保護測試儀輸出測試電流，同時輸出諧波電流，以驗證二次諧波閉鎖條件，防止保護誤動作。測試時，為了提高效率和準確性，在滿足差動保護可靠動作的條件下，閉鎖試驗可在邊界數(shù)據(jù)附近測試時，僅需調(diào)整施加的諧波電流數(shù)值。

4 試驗過程中的注意事項

無論是在新變壓器的交接試驗中，還是在既有變壓器的預(yù)防性驗中，差動保護試驗驗證都必須遵循防止人身傷害，保護設(shè)備安全運行，不干擾既有運行設(shè)備的原則。

1）新建工程變壓器的差動保護交接試驗，應(yīng)注意牽引變壓器高壓側(cè)公共端的確定，以及牽引變壓器高壓側(cè)相和低壓側(cè)相的比較關(guān)系。在試驗過程中應(yīng)在綜自廠家的配合下進行試驗，防止誤操作損壞保護裝置，且可以在試驗過程中出現(xiàn)異常時快速解決問題。

2）既有高速鐵路牽引供電系統(tǒng)中的變壓器保護試驗，一般采取V形天窗的形式，即一套系統(tǒng)運行，另一套系統(tǒng)退出運行進行檢修的方式。技術(shù)試驗人員在試驗過程中一般采取先進行傳動試驗，然后在保護裝置處進行保護試驗的程序。但由于兩套進線保護系統(tǒng)一般采取相鄰的布置樣式，在試驗過程中，容易發(fā)生試驗人員誤入運行區(qū)域和誤接連線的情況，對投運中的保護裝置進行試驗，使得正常運行的系統(tǒng)產(chǎn)生誤動作的可能性。因此，切實做到運行區(qū)和檢修預(yù)試區(qū)的有效隔離是確保試驗安全的重中之重，與此同時，增強防護人員和檢修試驗人員的責(zé)任心也必不可少。

5 結(jié)束語

牽引變壓器和自耦變壓器作為高速鐵路牽引供電系統(tǒng)中的核心設(shè)備，無論從影響范圍還是實際價值來考慮，維護其長久的穩(wěn)定運行有著極其重要的意義，而作為其最重要的防護手段的差動保護能否正常工作是其關(guān)鍵，因此差動保護的功能驗證無論在新建牽引變電所的交接試驗，還是在牽引變電所的正常運行中的預(yù)防性試驗中都必須引起相關(guān)技術(shù)試驗人員的重視。