第3讲普速铁路牵引供电系统保护配置与整定计算

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◆电流速断
最大负荷电流
I zd K k I F max
可靠系数
典型动作时限0.1s
I d .SP.min K 1.2 灵敏度校验： m I zd
信号
I1 I zd
t
跳闸
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◆电流增量
I zd K k I F max
可靠系数 一列车的启动电流
动作时限＝常规保护最长时限＋(0.2 -0.4)s
信号
I1 K I I zd I 2 / I1 K 2
t
跳闸
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二、单线越区供电方式
SS L1 D1 D2 SP L2
1.保护配置
◆阻抗Ⅰ段 ◆阻抗Ⅱ段 ◆电流速断 ◆过电流 ◆电流增量（选配）
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2.保护整定 ◆阻抗Ⅰ段
电抗边按线路全长L1的 85%整定： 典型动作时限0.1s
大短路电流
◆过电流
I zd K k I F max
可靠系数 最大负荷电流
典型动作时限0.2s
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◆电流增量
一列车的启动电流
I zd K k I F max
动作时限＝常规保护最长时限＋(0.2 -0.4)s
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3.分区所保护整定 ◆正反向阻抗Ⅰ段
线路全长
单位线路电抗
电抗边按线路全长L整定： X ZD Kk L X 0 负荷角
1 3 I A I B I Mt I Mf 1 3 I B I C 2n n 1 I Tt I Tf T CT 1 0 2 I C I A 1 3 I nCT 2 3 1 2nT nCT 1 I 0 2 1 3 I 1 3 1 K ph I 0 2



IA
IC

IB
I A
IC


IB

W1 W2
I

I

变 压 器 微 机 保 护 装 置


I
I
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◆阻抗匹配平衡变压器
I A I B 2nCT 2 I B I C nT nCT 1 I C I A
SS D1 L SP
D2
D3
1.保护配置
变电所SS处D1、D2 ◆阻抗Ⅰ段 ◆阻抗Ⅱ段 ◆电流速断 ◆过电流 ◆电流增量（选配）
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分区所SP处D3 ◆正向阻抗Ⅰ段 ◆反向阻抗Ⅰ段 ◆电流速断 ◆电流增量（选配）
2.变电所保护整定 ◆阻抗Ⅰ段
单位线路电抗
线路全长
单位上下行线 路互感
负荷角 电抗边按线路全长L的 85%整定，考虑上行互 0.85 X ZD 0.85 L( X 0 X 12 ) 感： 1.15 电阻边按负荷阻抗整定： 0.9U n sin F

IA
IB
IC
I IB A
I B IC


ห้องสมุดไป่ตู้


3 1 2 3 1 2 1
3 1 2 3 1 2 1 I I
I I
◆电流增量
I zd K k I F max
一列车的启动电流
动作时限＝常规保护最长时限＋(0.2 -0.4)s
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第3节 变压器保护
一、差动保护 1. 电流平衡方程


IA
IB
IC
I IB A
I B IC IC I A



◆Y/△-11变压器
I A I B 3nCT 2 I B I C nT nCT 1 I C I A
1 0 0 1 I 1 1 I
IC I A


W1
1 K ph
3 1 2 3 1 2 1

3 1 2 3 1 2 1
3 1 W2 I b 2
3 1 W2 2

变 压 器 微 机 保 护 装 置
I


W2
Ia
Ic
I


I

I
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◆SCOTT变压器
二、bc边的整定
按基波最小负荷阻抗整定，即：Rzd Z f max (cos sin / tg L )
Z f max U F min K k I F max
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三、电流增量保护
1.目的 提高躲过渡电阻能力 2.基本思想 ◆负荷电流在短时间（ms级）内增量不大； ◆短路电流在短时间（ms级）内增量很大。 3.电流增量定义

IA
IB
I IB A A IB I



I I

1 I ＝ K ph I
W1 W2
I

变 压 器 微 机 保 护 装 置

I
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◆Vv变压器
I A 1 0 nCT 2 I I B n n 0 1 T CT 1 1 1 I I C 1 0 1 I 0 1 K ph 1 1 I
I d .SP.min K 1.2 灵敏度校验： m I zd
I1 K I I zd I 2 / I1 K 2
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信号
t
跳闸
◆电流增量 I zd K k I F max
一列车的启动电流
动作时限＝常规保护最长时限＋(0.2 -0.4)s
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三、复线单边供电方式
I I h I q
时间间隔通常取一个或两个工频周波
9
4. 动作判椐
I I1 K A K I g I1h I1q K A Kh I1h (1 Kh ) I ZD
I 2 I3 I5 I 7 ◆综合谐波含量：K I1
◆谐波抑制系数： K A （通常取大于1的数）
X zd 1 X zd 1 K
1 Rzd Rzd 1 K
自适应阻抗继电器的动作特性图
6
②二次谐波闭锁 ◆目的
为了避免电力机车通过电分相或AT供电方式下空载 投入接触网产生的励磁涌流引起保护误动作。
◆判据
I2 K2 I1
7
3.距离保护的整定
一、ab边的整定
ab边按线路阻抗整定，即： X zd K k X 0 L
典型动作时限0.1s
RZD
K k I F max
cos F tg L
线路阻抗角
◆阻抗Ⅱ段
最大负荷电流
电抗边整定按线 路全长2L整定： X ZD K k 2 L X 0 电阻边按负荷阻抗整定 典型动作时限0.2s
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◆电流速断
电流速断按躲过分区所SP处最大短路电流整定。 I zd 1.2I d .SP. max SP处短路时的最 典型动作时限0.1s
I I1 K A K I g I1h I1q K A Kh I1h (1 Kh )I ZD
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6.特点
◆可按一列机车起动电流整定
I zd K k I F .max
机车起动电流，跟机车类型有关，一般在200A左右。 典型时限：常规保护最长时限＋(0.2 -0.4)s
3
二、牵引网自适应距离保护
1. 对距离保护的要求
◆躲故障过渡电阻能力
jX
a
Zzd
b
Rg Zlmin
◆负荷特性对距离保护的影响
O c
R
再生负荷+重负荷 jX 再生负荷 涌流 误动区 涌流+重负荷 牵引负荷
O
R
因此，在牵引网馈线保护中距离保护通常采用 偏移四边形特性。
4
2. 自适应距离保护的基本思想
I2 ◆二次谐波闭锁：I1 K 2
◆原理框图
信号
I2/I1≥KYL
△I≥I△ZD
&
t
△ZD
跳闸
10
5.动作分析
◆负荷→故障
故障电流基本为纯正弦波，则K =0，显然，继电器的动 作量为基波电流增量。
◆负荷→负荷
负荷电流中综合谐波含量越大，继电器的动作量也就越 小，继电器的动作门槛值也就越大，继电器越不容易动 作。可见改进后躲过渡电阻的能力大大增强。
◆躲过渡电阻能力强、灵敏度高
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四、过电流保护
◆综合谐波抑制 ◆二次谐波闭锁
信号
I1 K I I zd I 2 / I1 K 2
t
跳闸
13
五、反时限过负荷保护
常用的三种反时限特性 0.14 ◆一般反时限 t 0.02
I IGF 1 TGF 10
线路全长
单位线路电抗
X ZD 0.85 L1 X 0
0.9U n K k I F max
负荷角
电阻边按负荷阻抗整定：RZD
sin F cos F tg L
线路阻抗角

最大负荷电流
◆阻抗Ⅱ段
电抗边整定按线路全 长（L1+L2）整定： X ZD K k ( L1 L2 ) X 0
◆相控整流电力机车负荷电流中含有丰富的奇次谐波 分量； ◆电力机车通过电分相或空载投入AT，牵引网产生 的励磁涌流中含有较高的二次谐波分量。
基本思想：根据负荷电流中综合谐波含量，自动调节
阻抗继电器的边界。
5
①综合谐波抑制
◆综合谐波含量定义
I 2 I3 I5 I 7 K I1
◆自适应调节动作边界
W1
W2
I

变 压 器 微 机 保 护 装 置
1 0 1 I ＝ 0 1 K ph 1 1 I
I



I
I
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◆单相变压器
I A I B 2nCT 2 nT nCT 1 I B I A
电阻边按负荷阻抗整定
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典型动作时限0.2s
◆电流速断
电流速断按分区所SP处最大短路电流整定。
I zd 1.2I d .SP. max
SP处短路时的最 大短路电流
典型动作时限0.1s
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◆过电流
过电流定值按躲过最大负荷电流整定。
I zd K k I F max
可靠系数 最大负荷电流
典型动作时限0.2s
电阻边按负荷阻抗整定： ZD 0.9U n cos F sin F R K k I F max tg L
最大负荷电流 线路阻抗角
典型动作时限0.1s
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◆电流速断
1列车最大负荷电流
按躲过1列机车最 大负荷电流整定： I ZD 1.2 I JC .max 典型动作时限0.1s
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2.保护整定 ◆阻抗Ⅰ段
可靠系数
线路全长
单位线路电抗
电抗边按线路全长整定： ZD K k L X 0 X 电阻边按负荷阻抗整定：RZD 典型动作时限0.1s
最大负荷电流
负荷角
0.9U n K k I F max
sin F cos F tg L
线路阻抗角
◆甚反时限 ◆极度时限
t
13.5 TGF I 1 10 IGF
80
2
t
I 1 IGF

TGF 10
特点：近处故障时动作时限短，远处故障时动作时间自动
加长。
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第2节 牵引网保护
一、单线单边供电方式
变电所 D L 分区所
1.保护配置
◆阻抗Ⅰ段 ◆电流速断 ◆电流增量（选配）
普速铁路牵引供电系统 保护配置与整定计算
西南交通大学电气工程学院
主要内容
牵引网保护原理分析 牵引网保护配置与整定计算 牵引变压器保护配置与整定计算
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第1节 牵引网保护原理分析
一、牵引供电系统的特点
◆单相、移动、冲击性负荷； ◆负荷电流变化范围大； ◆负荷电流中的谐波含量高（20%～30% ），在再 生工况下更高（可达40%以上）； ◆空载投入机车牵引变压器、含有AT或BT的牵引网 空载投入时，将产生励磁涌流； ◆供电臂供电距离长，单位阻抗大； ◆牵引网结构复杂，接触网机械故障的机率增大。 因此，与电力系统中的线路保护相比，牵引网馈线 保护有其特殊性。