趙文飛

（柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 柳州）

1 牽引變壓器保護(hù)的配置及基本原理

1.1 牽引變壓器的保護(hù)配置

我國(guó)高速鐵路通常采用AT 供電方式，牽引變壓器一般采取V/x 接線或Scott 接線方式[1]。為其配置靈敏可靠的繼電保護(hù)是牽引供電系統(tǒng)設(shè)備及鐵路行車(chē)的穩(wěn)定安全運(yùn)行的重要措施[2]。目前我國(guó)高速鐵路牽引變壓器主保護(hù)普遍采用瓦斯保護(hù)和電流差動(dòng)保護(hù),為了提高牽引變壓器電流保護(hù)的靈敏度和可靠性，引入牽引變壓器低壓側(cè)的α 相和β 相母線電壓作為過(guò)電流保護(hù)的啟動(dòng)判據(jù)，即配置低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)作為后備保護(hù)[3]。

1.2 低電壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流保護(hù)的基本工作原理

1.2.1 變壓器高壓側(cè)低電壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流保護(hù)

如圖1 所示為變壓器高壓側(cè)低電壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流保護(hù)的基本原理框圖[4]。

圖1 高壓側(cè)低電壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流保護(hù)原理框圖

其中：IA、IB、IC分別為高壓側(cè)A、B、C 三相電流值；Iact為高壓側(cè)過(guò)電流整定值；Uα、Uβ分別為低壓側(cè)α、β相的相電壓；Uact為低電壓整定值[5]。

1.2.2 變壓器低壓側(cè)低電壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流保護(hù)

變壓器低壓側(cè)低電壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流保護(hù)的基本原理如圖2 所示，由于α相、β 相工作原理相同，此處僅以α 相為例。

圖2 低壓側(cè)低電壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流保護(hù)原理框圖

其中：Iα為27.5kV 側(cè)α 相電流值；Iact為高壓側(cè)過(guò)電流整定值；Uα為低壓側(cè)α 相的電壓值；Uact為低電壓整定值。

2 變壓器高壓側(cè)低電壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流微機(jī)保護(hù)原理

2.1 高壓側(cè)低電壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流微機(jī)保護(hù)

如圖3 所示為微機(jī)保護(hù)裝置220kV 側(cè)交流電壓回路，圖為高壓側(cè)交流電流回路圖。

圖3 微機(jī)保護(hù)裝置交流電流回路圖

2.1.1 過(guò)電流采集回路的形成

高壓側(cè)過(guò)電流保護(hù)電流數(shù)據(jù)采用的電流互感器是101TA3。101TA3 二次側(cè)采集的三相電流分別通過(guò)3S1 端傳送至圖3 中微機(jī)保護(hù)裝置WBH-892H(2X)的過(guò)電流輸入端形成電流采集回路。例如，A 相電流從3S1 出來(lái)經(jīng)過(guò)端子1D11 傳送至WBH-892H (2X)的2X-F2 輸入端與端子1D14 形成A 相電流采集回路。

2.1.2 低電壓采集回路的形成

在圖4 中27.5kV 側(cè)低電壓采集的電壓來(lái)自于互感器變換后的母線TMT1、YMT2 和YMn。Uα經(jīng)過(guò)端子1D60 傳送至圖4 中微機(jī)保護(hù)裝置WBH-892H (2X)的電壓輸入端2X-K12 與端子1D68 形成α 相電壓采集回路。Uβ經(jīng)過(guò)端子1D64 傳送至微機(jī)保護(hù)裝置WBH-892H(2X)的電壓輸入端2X-K10 與端子1D68 形成β相電壓采集回路。

圖4 微機(jī)保護(hù)裝置27.5kV 側(cè)交流電壓回路圖

2.2 低壓側(cè)低電壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流微機(jī)保護(hù)

2.2.1 過(guò)電流采集回路的形成

低壓側(cè)α 相過(guò)電流保護(hù)電流數(shù)據(jù)采用的電流互感器分別是201TA2-T1 和201FA2-F1, 如圖3 所示。兩個(gè)互感器連接成并聯(lián)關(guān)系，即α 相無(wú)論T 線還是F線過(guò)電流都可以有效采集。α 相電流從并聯(lián)互感器的2S1 出來(lái)經(jīng)過(guò)端子1D17 傳送至WBH-892H (2X)的2X-F8 輸入端與端子1D19 形成α 相電流采集回路，同理，在2X-F10 輸入端與端子1D19 形成β 相電流采集回路。

2.2.2 低電壓采集回路的形成

低電壓采集回路與高壓側(cè)低電壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流保護(hù)電壓采集回路一致。

2.3 保護(hù)工作過(guò)程

當(dāng)變壓器發(fā)生短路時(shí)，電流互感器采集到過(guò)電流，電壓互感器采集到欠電壓均送給微機(jī)保護(hù)裝置WBH-892H(1X)，當(dāng)過(guò)流及欠壓都達(dá)到整定值時(shí)，延時(shí)后動(dòng)作，給出音響信號(hào)，同時(shí)變壓器入口和出口斷路器跳閘，將變壓器隔離出去，起到保護(hù)作用。

2.4 整定計(jì)算結(jié)果

根據(jù)以上基本原理及文獻(xiàn)[4]整定原則，代入某牽引變電所數(shù)據(jù)后得到計(jì)算結(jié)果并進(jìn)行互感器變比折算后得到二次側(cè)動(dòng)作整定值分別如下。高壓側(cè)低電壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流保護(hù)，動(dòng)作電流IA.act=0.76A,IB.act=1.31A,IC.act=0.7A,動(dòng)作電壓Uact=63.49V。低壓側(cè)低電壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流保護(hù)，Iα.act=1.45A,Iβ.act=1.45A，動(dòng)作電壓Uact=63.49V。

3 保護(hù)試驗(yàn)過(guò)程及分析

3.1 試驗(yàn)原理

由于變壓器一次系統(tǒng)無(wú)法模擬短路故障，因此對(duì)于繼電保護(hù)回路動(dòng)作電流、動(dòng)作性能、可靠性能的試驗(yàn)，只能將微機(jī)保護(hù)裝置的信號(hào)采集回路退出二次保護(hù)裝置后，在信號(hào)采集端通過(guò)繼電保護(hù)測(cè)試儀輸入一次側(cè)互感器折算后的虛擬電流和電壓采集信號(hào)完成試驗(yàn)。因兩種低電壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流保護(hù)試驗(yàn)方法一致，本文重點(diǎn)闡述高壓側(cè)低電壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流保護(hù)試驗(yàn)方法。

折算虛擬電流及電壓信號(hào)的輸入。在圖3 中，斷開(kāi)端子1D11、1D12、1D13 和1D14 后，在端子1D11 和1D14 之間輸入虛擬A 相電流信號(hào)I。在圖4 中斷開(kāi)端子1D60 和1D64 后，在端子1D60 和1D68 之間輸入虛擬電壓信號(hào)U。當(dāng)分別調(diào)試升高虛擬電流信號(hào)IA和降低虛擬電壓信號(hào)U當(dāng)滿足條件圖1 判據(jù)時(shí)且整定時(shí)間到達(dá)后，保護(hù)裝置動(dòng)作發(fā)出信號(hào)并跳閘。

3.2 試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)及分析

在現(xiàn)行的試驗(yàn)方法中，因無(wú)法準(zhǔn)確在繼保儀上設(shè)置電量步長(zhǎng)及初始和終止值等各種變量，對(duì)于雙信號(hào)輸入的試驗(yàn)都采取分別進(jìn)行的方式，也就是先行退出欠壓閉鎖環(huán)節(jié)后對(duì)電流保護(hù)環(huán)節(jié)進(jìn)行單獨(dú)試驗(yàn)并記錄試驗(yàn)結(jié)果，然后退出電流閉鎖環(huán)節(jié)后對(duì)再對(duì)欠電壓環(huán)節(jié)進(jìn)行試驗(yàn)并記錄數(shù)據(jù)。此種方法的不足有：分別試驗(yàn)將完整的與邏輯判斷過(guò)程肢解，破換了欠電壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流保護(hù)高提高靈敏度的意義，致使整個(gè)完整的保護(hù)在功能性上出現(xiàn)盲區(qū)，將對(duì)整個(gè)保護(hù)的性能了解不足會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，因此需要改進(jìn)。

改進(jìn)后主要采取的方法為電流及欠電壓環(huán)節(jié)同時(shí)進(jìn)行，為此，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)、計(jì)算和查閱資料得到繼保儀初始參數(shù)設(shè)置的要點(diǎn)：動(dòng)作電流的變化范圍應(yīng)該在動(dòng)作電流的0.8～1.2 倍，動(dòng)作電壓范圍取整定值的1.2～0.8 倍進(jìn)行試驗(yàn)，累計(jì)誤差更小。電量步長(zhǎng)的選擇上，電流的步長(zhǎng)取0.01，電壓步長(zhǎng)取1V 左右進(jìn)行試驗(yàn)更能逼近整定值。

在時(shí)間步長(zhǎng)的選擇上，電壓與電流可選取一致。由于短路電流在0.6 s 后波形趨于穩(wěn)定，因此累計(jì)時(shí)間步長(zhǎng)應(yīng)該在0.6 內(nèi)到達(dá)電流整定值。如本試驗(yàn)中整定值為0.76A，則其初始值為0.76A×0.8=0.608A，從初始值到整定值電流變化量為0.76A-0.608A=0.152A，電流步長(zhǎng)取0.01A，則需要累加的步數(shù)為0.152A/0.01≈15 步，在0.6 s 內(nèi)每步所用時(shí)間最長(zhǎng)為0.6 s/15步=0.04 s，即時(shí)間變量步長(zhǎng)為0.4 s。

根據(jù)以上分析，在該實(shí)驗(yàn)方案中，繼電保護(hù)儀器設(shè)置為電壓、電流的雙信號(hào)輸出模式，動(dòng)作電流范圍取A 相電流（0.76A）的0.8～1.2 倍，動(dòng)作電壓范圍取動(dòng)作電壓（63.49V）1.2～0.8 倍進(jìn)行試驗(yàn)，初步設(shè)置測(cè)試電流及電壓變量如下。

測(cè)試電流量參數(shù)設(shè)置，A 相起始電流為0.608A，A相終止電流為0.912A，電流相量變化步長(zhǎng)0.02A/s，時(shí)間變量步長(zhǎng)0.04 s，變化方式選擇遞增。測(cè)試電壓量參 數(shù) 設(shè) 置，α 相 起 始 電 壓76.19V，α 相 終 止 電 壓50.79V，電壓相量變化步長(zhǎng)1V，時(shí)間變量步長(zhǎng)0.04 s，變化方式選擇遞減。

接好試驗(yàn)線后，啟動(dòng)繼電保護(hù)測(cè)試儀，記錄3～5次試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別如表1 所示。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，虛擬電量測(cè)試范圍、步長(zhǎng)、時(shí)間變量步長(zhǎng)的計(jì)算方法均正確可靠，試驗(yàn)結(jié)果具有很高的準(zhǔn)確率。

4 結(jié)論

為了試驗(yàn)牽引變壓器繼電保護(hù)回路二次系統(tǒng)回路動(dòng)作值、動(dòng)作性能、可靠性能需要利用繼電保護(hù)儀定期進(jìn)行試驗(yàn)。在對(duì)低電壓?jiǎn)?dòng)過(guò)電流保護(hù)的保護(hù)功能試驗(yàn)時(shí)，通常選擇整定值0.8～1.2 的范圍內(nèi)設(shè)置測(cè)試范圍累積誤差更小。虛擬電量步長(zhǎng)的選擇上，電流的步長(zhǎng)取0.01，電壓步長(zhǎng)取1V 左右進(jìn)行試驗(yàn)更能逼近整定值。可以根據(jù)短路周期時(shí)間0.6 s 計(jì)算時(shí)間變量步長(zhǎng)。進(jìn)行以上設(shè)置后，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，此計(jì)算和選擇試驗(yàn)參數(shù)的方法可靠且準(zhǔn)確率更高。