呂 朝，吳向陽(yáng)，李書(shū)全，劉 維

0 引言

隨著我國(guó)鐵路牽引供電和電力技術(shù)的發(fā)展，牽引變電所向量保護(hù)調(diào)試是一項(xiàng)關(guān)鍵的試驗(yàn)項(xiàng)目，如何利用各種通流加壓技術(shù)的特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)潛在的繼電保護(hù)故障，提高供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時(shí)降低試驗(yàn)成本，減輕現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)人員的工作量，做好保護(hù)調(diào)試工作是本文研究的重點(diǎn)。

1 現(xiàn)有技術(shù)方案介紹

1.1 直接帶載法

直接帶載法是在系統(tǒng)中接入額定工作電壓，在變壓器二次側(cè)接入大容量的無(wú)功負(fù)載（高壓并聯(lián)電容器或電抗器）或常規(guī)負(fù)荷，利用負(fù)載電流產(chǎn)生所需要的保護(hù)電流來(lái)判斷保護(hù)極性。

直接帶載法一般在變壓器或母線帶電運(yùn)行后實(shí)施，對(duì)電力系統(tǒng)沖擊較大。該方法的特點(diǎn)是直接利用了系統(tǒng)工作電壓，產(chǎn)生的電流也為真實(shí)的系統(tǒng)電流，因此，其潛在的故障可能影響到供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，該方法存在較大的風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 低壓短路法

低壓短路法是在系統(tǒng)中接入三相380 V 電源，利用變壓器低壓側(cè)短路形成短路電流[1]，然后采用三相電力參數(shù)測(cè)試儀逐一檢查流入保護(hù)裝置的電流幅值、相位極性。該方法的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單方便，易于實(shí)施，且試驗(yàn)所需電源容量較小，對(duì)試驗(yàn)電源的要求低。其缺點(diǎn)也非常明顯：抗干擾能力差，試驗(yàn)電壓的品質(zhì)（如電壓波動(dòng)、三相不對(duì)稱等）會(huì)對(duì)試驗(yàn)造成影響；試驗(yàn)電壓低，電壓互感器PT 二次回路電壓非常低，較難判別變比極性的正確性；產(chǎn)生的短路電流大小不可控，流過(guò)電流互感器的二次電流最小只有數(shù)毫安，在裝置零漂較大時(shí)不易判別。

1.3 變送器加量法

變送器加量法是利用繼電保護(hù)測(cè)試儀或交流變送器加量裝置，對(duì)交流電壓、電流二次回路進(jìn)行加量并檢測(cè)。變送器加量法可以模擬任何電壓等級(jí)的繼電保護(hù)正常態(tài)和故障態(tài)[2]，但同樣存在局限性：一是繼電保護(hù)測(cè)試儀造價(jià)較昂貴，一般只在電氣設(shè)備交接試驗(yàn)和預(yù)防性試驗(yàn)中使用；二是無(wú)法滿足全所檢查的要求，只在互感器二次回路進(jìn)行加量，最多只能檢查互感器二次回路至保護(hù)裝置這一層級(jí)的問(wèn)題（如接線錯(cuò)誤、開(kāi)路、短路，檢查保護(hù)裝置參數(shù)設(shè)置是否正確），對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行精度校驗(yàn)、定值校驗(yàn)及保護(hù)傳動(dòng)，當(dāng)出現(xiàn)一次接線錯(cuò)誤，或互感器本身變比極性錯(cuò)誤時(shí)，變送器加量法就顯得捉襟見(jiàn)肘。

1.4 一次模擬負(fù)荷法

一次模擬負(fù)荷法利用模擬帶負(fù)荷繼電保護(hù)向量檢測(cè)裝置，從牽引變電所一次回路直接加量（電壓電流分開(kāi)加量），對(duì)母線差動(dòng)保護(hù)、變壓器差動(dòng)保護(hù)、饋線保護(hù)二次回路的正確性進(jìn)行驗(yàn)證。

模擬帶負(fù)荷繼電保護(hù)向量檢測(cè)裝置由主機(jī)、升壓轉(zhuǎn)換裝置、升流轉(zhuǎn)換裝置、阻抗匹配裝置、無(wú)線選頻伏安相位測(cè)試儀、試驗(yàn)連接線及操作終端組成，裝置原理如圖1 所示。三相電源經(jīng)主機(jī)整流濾波、逆變?nèi)A濾波輸出穩(wěn)定的兩組三相電源，其相幅值、相位頻率均可調(diào)，一組至升壓轉(zhuǎn)換裝置接PT 一次，一組至阻抗變換裝置或升流轉(zhuǎn)換裝置接一次母線，可以模擬各種一次負(fù)荷。試驗(yàn)參數(shù)可通過(guò)操作終端進(jìn)行設(shè)置，配合無(wú)線選頻伏安相位測(cè)試儀，實(shí)現(xiàn)多種功能的試驗(yàn)保護(hù)調(diào)試。

圖1 模擬帶負(fù)荷繼電保護(hù)向量檢測(cè)裝置原理

1.4.1 全所PT 加壓試驗(yàn)

利用主機(jī)+升壓轉(zhuǎn)換裝置可以模擬高電壓，從PT 一次同時(shí)加量，試驗(yàn)電壓可達(dá)10 kV，單相加壓時(shí)對(duì)PT 相序、變比、一次接線、二次回路接線的正確性，保護(hù)裝置變比參數(shù)設(shè)置，電壓采集情況進(jìn)行檢查。三相加壓時(shí)可以對(duì)PT 極性、保護(hù)裝置采集的相位角進(jìn)行驗(yàn)證。表1 所示為某次PT 加壓測(cè)試的數(shù)據(jù)。

表1 PT 加壓測(cè)試記錄

1.4.2 母差保護(hù)試驗(yàn)

母差保護(hù)試驗(yàn)利用主機(jī)+升流轉(zhuǎn)換裝置，從母線任一支路通入試驗(yàn)電流，其他支路經(jīng)地形成回路電流。圖2 為牽引變電所母差保護(hù)試驗(yàn)示意圖。

如圖2 所示，103LH、104LH 分別為兩路進(jìn)線流互，1LH、2LH 分別為兩路主變流互，試驗(yàn)時(shí)103、104、1001、1002 閉合，試驗(yàn)電流經(jīng)103LH極性端流入，經(jīng)過(guò)斷路器、母聯(lián)隔開(kāi)后再經(jīng)過(guò)各支路的流互與地形成回路。根據(jù)母差保護(hù)原理，應(yīng)保證輸入母差保護(hù)裝置交流電流回路的流互一次繞組、二次繞組的電流極性一致，在保持現(xiàn)有流互一次極性不變的情況下，調(diào)換進(jìn)線流互103LH、104LH 或主變流互1LH、2LH 二次極性，即可滿足母差保護(hù)要求。需要注意的是，調(diào)換極性時(shí)進(jìn)線和主變流互極性只需選一種調(diào)整，但兩路應(yīng)同時(shí)調(diào)整，并在保護(hù)裝置上讀取保護(hù)電流的幅值、相位及差流，以確認(rèn)保護(hù)向量正確。表2 所示為某牽引變電所母差保護(hù)加流測(cè)試數(shù)據(jù)。

圖2 牽引變電所母差保護(hù)試驗(yàn)示意圖

表2 母差保護(hù)加流測(cè)試記錄

通過(guò)表2 數(shù)據(jù)可以看出，對(duì)于母差保護(hù)試驗(yàn)，可以從母線一次直接施加電流，從保護(hù)裝置中可以同時(shí)直接讀出施加電流的幅值及相位角，以及母線差動(dòng)制動(dòng)的計(jì)算量，既檢查了流互的變比極性，又檢查了二次回路接線以及保護(hù)參數(shù)設(shè)置，當(dāng)流互極性錯(cuò)誤時(shí)，在裝置中可直接顯示，便于對(duì)錯(cuò)誤及時(shí)進(jìn)行改正。該試驗(yàn)方法效率較高，且能有效檢查母差保護(hù)的正確性。

1.4.3 主變差動(dòng)保護(hù)試驗(yàn)

主變差動(dòng)保護(hù)試驗(yàn)利用主機(jī)+阻抗轉(zhuǎn)換裝置，根據(jù)變壓器阻抗大小，通過(guò)改變阻抗轉(zhuǎn)換裝置繞組的串并聯(lián)方式進(jìn)行匹配，利用短路電流模擬一次差動(dòng)電流。試驗(yàn)可分為單相、兩相、三相試驗(yàn)，對(duì)流互變比、極性、二次接線、保護(hù)配置進(jìn)行檢查，從而檢查差動(dòng)保護(hù)回路的正確性。圖3 為牽引變電所差動(dòng)保護(hù)試驗(yàn)示意圖。

如圖3 所示，1LH 為主變高壓側(cè)流互，201LH、202LH 分別為主變低壓側(cè)流互，試驗(yàn)時(shí)101、201、202 閉合，經(jīng)過(guò)阻抗匹配，試驗(yàn)電流經(jīng)101LH 極性端流入，經(jīng)過(guò)101 斷路器、主變感應(yīng)至低壓側(cè)，而后再經(jīng)過(guò)流互201LH、202LH 與地形成回路。

圖3 牽引變電所差動(dòng)保護(hù)試驗(yàn)示意圖

主變差動(dòng)保護(hù)試驗(yàn)在原理上與低壓短路法相似，但通過(guò)阻抗變換，增加了阻抗匹配的過(guò)程，增大了試驗(yàn)電流，試驗(yàn)電流可控，電流幅值、相位均可以自由調(diào)節(jié)。對(duì)于以電壓相位角判定相位的差動(dòng)保護(hù)裝置，可以結(jié)合全所PT 加壓試驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行。表3 所示為某所主變差動(dòng)保護(hù)加流測(cè)試數(shù)據(jù)。

表3 主變差動(dòng)保護(hù)加流測(cè)試記錄

通過(guò)表3 可以看出，經(jīng)過(guò)阻抗匹配后，主變差動(dòng)保護(hù)試驗(yàn)的電流明顯增大，同樣可以從保護(hù)裝置中直接讀出施加電流的幅值及相位角，以及差動(dòng)制動(dòng)的計(jì)算量，可有效檢查差動(dòng)保護(hù)極性的正確性。

1.4.4 饋線保護(hù)試驗(yàn)

饋線保護(hù)試驗(yàn)可以在主變差動(dòng)保護(hù)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上直接利用饋線接地產(chǎn)生短路電流，除接地外不需要更改試驗(yàn)接線，試驗(yàn)工作量相對(duì)較小，但試驗(yàn)電流大小受變壓器短路阻抗影響。也可以參考母差保護(hù)試驗(yàn)的方式，利用升流裝置對(duì)饋線一次側(cè)逐一進(jìn)行加流，試驗(yàn)電流增大，試驗(yàn)工作量也有所增加。

2 方案對(duì)比分析

本節(jié)對(duì)現(xiàn)有幾種通流加壓技術(shù)方案進(jìn)行對(duì)比，如表4 所示。

表4 幾種通流加壓技術(shù)對(duì)比

直接帶載法是唯一一個(gè)在牽引變電所送電后實(shí)施的帶負(fù)荷試驗(yàn)方法，整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程均在系統(tǒng)電壓下實(shí)施，危險(xiǎn)性較大，送電投運(yùn)前若存在未發(fā)現(xiàn)的潛在繼電保護(hù)故障，極易對(duì)電力系統(tǒng)造成沖擊。

低壓短路法利用變壓器短路電流來(lái)驗(yàn)證保護(hù)極性，試驗(yàn)過(guò)程中沒(méi)有高電壓大電流，相對(duì)較為安全，試驗(yàn)成本低，可操作性強(qiáng)，但試驗(yàn)電流一般較小，且容易受到干擾，使用場(chǎng)景有限。

變送器加量法通常是按照單系統(tǒng)單間隔的方式進(jìn)行調(diào)試，不能保證全所交流回路的正確性。雖然變送器加量試驗(yàn)是電氣設(shè)備交接試驗(yàn)中必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)，但因?yàn)榧恿糠◤脑砩蟻?lái)說(shuō)存在局限性，不能徹底發(fā)現(xiàn)全所的問(wèn)題。

一次模擬負(fù)荷法的優(yōu)點(diǎn)是直接輸出高電壓大電流，既檢查了一次回路接線，又檢查了二次回路接線，可以較為真實(shí)地反映互感器在近似于額定工況下的狀態(tài)[3]。其特點(diǎn)包括：（1）因?yàn)槟M了較大的電壓、電流值，測(cè)量值和保護(hù)值均可以在保護(hù)裝置中直接讀出，并利用無(wú)線選頻伏安相位測(cè)試儀對(duì)向量正確性進(jìn)行輔助確認(rèn)。（2）可以模擬施加單相電壓電流值，以檢查互感器變比是否正確、電壓互感器二次回路接線有無(wú)短路、電流互感器二次回路接線有無(wú)開(kāi)路以及保護(hù)裝置中變比參數(shù)設(shè)置的正確性；可以模擬施加三相電壓電流，以檢查相位極性的正確性，檢測(cè)流入保護(hù)裝置的電壓、電流幅值及相位的正確性；可以模擬施加兩相電壓電流，以檢查PT 二次開(kāi)口三角接線的正確性及流入保護(hù)裝置的保護(hù)電壓是否正確。（3）可以對(duì)全所的PT 相序一致性進(jìn)行檢查；對(duì)PT 零序電壓進(jìn)行檢查。

3 技術(shù)展望

目前，直接帶載法由于其特殊性，在一段時(shí)期內(nèi)仍繼續(xù)存在一定應(yīng)用場(chǎng)景。低壓短路法因其簡(jiǎn)單易行，雖然使用效果一般，仍得到了較為廣泛的應(yīng)用，但隨著一次模擬負(fù)荷法的推廣，其被淘汰也是大勢(shì)所趨。變送器加量法所使用的繼電保護(hù)測(cè)試儀也在向無(wú)線、模塊化、輕型化發(fā)展，如硬件方面采用分體設(shè)計(jì)、主從設(shè)計(jì)，電壓電流可隨意組合，主機(jī)、從機(jī)利用無(wú)線或GPS 同步技術(shù)；軟件方面可以跨平臺(tái)多終端操作，可利用程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化測(cè)試，減少人為干預(yù)，同時(shí)也減少人為因素引起的問(wèn)題。對(duì)于一次模擬負(fù)荷法，同樣需要走輕量化、模塊化、堆疊化、多功能化設(shè)計(jì)的發(fā)展路線。堆疊化設(shè)計(jì)有利于設(shè)備的裝卸運(yùn)輸，模塊化設(shè)計(jì)有利于減少試驗(yàn)前的準(zhǔn)備時(shí)間，輕量化有助于降低現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。增加多機(jī)同步功能，使得超遠(yuǎn)距離的線路保護(hù)一次同步加量成為可能。隨著我國(guó)鐵路建設(shè)的發(fā)展，智能化變電所在鐵路牽引供電系統(tǒng)中得到了應(yīng)用[4]，對(duì)于智能化牽引變電所廣域保護(hù)調(diào)試中如何進(jìn)行通流加壓試驗(yàn)，是需要進(jìn)一步深入研究的課題。

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)鐵路牽引變電所向量保護(hù)調(diào)試需求，介紹了幾種所內(nèi)通流加壓技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，對(duì)比分析了每種技術(shù)的特點(diǎn)，同時(shí)對(duì)通流加壓技術(shù)進(jìn)行了展望。面對(duì)鐵路牽引供電系統(tǒng)的發(fā)展，如何充分利用現(xiàn)有技術(shù)，因地制宜地開(kāi)展調(diào)試試驗(yàn)，是一項(xiàng)需持續(xù)重點(diǎn)關(guān)注的工作。