牵引变电所的馈线保护

牵引变电所的馈线保护

华东交通大学电气与电子工程学院刘家李

随着时代的发展,利用微机构成的变电站自动化系统在电力系统得到了广泛

的应用,并取得了良好的效果,使得电力系统继电保护的可靠性和快速性都得到很大提高.由于牵引供电系统的负荷特性和电力系统的负荷特性不同,牵引网继电保护技术和操作水平相对落后,电力系统的变电站自动化技术在牵引供电系统中还

没有得到广泛应用.而牵引变电所变电站自动化的馈线保护主要去分析牵引供电

系统的构成,牵引变电所向电力机车的供电方式,以及电气化铁路的负荷特征.牵

引负荷具有冲击性、移动性、电流变化范围广、励磁涌流大、高次谐波含量高等不同于一般负荷的特征,因此其馈线保护的原理相对于一般变电所来说有所不同.通过分析其负荷特征,根据自适应原理,提出了利用高次谐波对距离保护、电流增量保护等主、后备保护进行抑制,自动改变其动作边界,并利用二次谐波进行保护闭锁,对防止由励磁涌流、再生负荷等因素引起的保护误动作有很好的功能.其中距离保护主要采用四边形保护特性.

自 2005 年5月馈线保护整定值调整以来,牵引变电所运行基本稳定,这避免了大负荷电流引起的变电所馈线断路器跳闸,保证了牵引变电所的可靠供电.

1 故障分析

由于阻抗 II 段是按正常供电进行整定（见式 1）,阻抗III 段是按越区供电进行整定（见式 2）,所以一般阻抗III 段的线路阻抗大于阻抗II 段的线路阻抗,当相邻变电所供电臂越时,相差就越大。由式（1）和式（2）的整定计算方法,结合四边形特性可以明显地看出阻抗III 段Z 值大于正常供电时阻抗II 段的Z 值.由于阻抗II 段与阻抗III 段选取了相同的最大负荷电流,这样它们的R值相同.

Z II=K k （2×Z1）×n L/n y （1）

Z III=K k （Z1+2×Z2）×n L/n y。（2）

式中.Z II 为1#变电所阻抗II 段线路阻抗整定值;Z III 为1#变电所阻抗III 段线路阻抗整定值;Z1 为1#变电所至分区亭的线路阻抗;Z2 为2#变电所至分区亭的线路阻抗;K k 为可靠系数;n L 为馈线电流互感器变比;n y 为馈线母线电压变比.而负荷电流阻抗角一般为30°～45°.这样造成正常负荷电流落到了阻抗III 段的动作区,造成阻抗III 段保护误动.这也是为什么阻抗II 段与阻抗III 段R 值和动作时间相同,但大多阻抗II 段不跳闸的原因.当列车提速后车流密度增大,再加上客车内用电从网上取流以及货车取流的增加等,构成了大负荷电流跳闸的条件,引起变电所馈线断路器跳闸.

2 参数的选取准则

（1）通过对多次跳闸分析,发现原来选取的最大负荷电流不能满足要求,所以造成了保护的误动.故标指示的短路电流可作为线路最大负荷电流的选取依据,故标显示OVER 测量越限,是因为线路没有发生短路,只是负荷阻抗而不是短路电抗,所以不能显示公里数.

（2）最大负荷电流的选取不能引起主变压器的二次低压起动过电流保护动作，因此选取该电流后要校验低压起动过流的低电压以满足要求.

（3）最大负荷电流的选取不能超过接触网接触悬挂载流的允许载流能力,防止因其选择不当引起接触网过载发生断线事故.

3 元氏变电所馈线保护调整计算实例

（1）根据故标装置指示选取最大负荷电流.II 段最大负荷电流由原来的460 A 根据测量及主变压器负载能力改为选取750 A（I fzd）.

（2）II 段R 值计算。

R II=U ZX（cosϕ-sinϕ/tanθ）×n L/（I fzd×k k×k fh×n y）在此式中,R II 为阻抗II 段的电阻值；U ZX 为母线最低工作电压；ϕ为负荷阻抗角,取35°;θ为线数阻抗角，取70°;k k 为可靠系数，取1.3；k fh 为返回系数,取0.95；n L 为电流互感器变比,取120；n y 为电压互感器变比,取275；I fzd 为馈线最大负荷电流,取750 A。经计算R II=7.33 Ω，取7.3 Ω.

（3）低压起动过电流保护的低电压值校验。

U IImin＝[U/ 3 −I1max(Z x+Z b)]× 3 /4 此式中,U IImin 为阻抗II 段最低电压计算值;U 为110 kV 进线始端电压,取115.5 kV；Z x 为110 kV侧系统阻抗,取8.47 Ω；Z b 为110 kV 侧主变压器阻抗,取40.33 Ω；I1max 为当二次2 个供电臂同时最大负荷时的一次电流计算值，取433 A.经计算U IImin=19 725 V，低电压继电器的一次动作电压值U dz=17 800 V,则

U IIimin>U dz 满足要求.

（4）接触网接触悬挂载流能力校验。我国京郑高速铁路线接触网选用了CTHA-120 接触线+THJ-95 承力索。该种类型接触网接触悬挂载流能力见表1。

表1 接触悬挂载流能力一览表

导线型号分流系数允许载流量(95℃) 悬挂载流能力

接触线 CTHA-120 0.561 510 A 909 A

承力索 THJ-95 0.447 435 A 909 A

由表1 可知，变电所馈线最大负荷电流750 A＜接触网接触悬挂载流能力909 A，满足要求.

4 变电所馈线保护调整

为此,根据现场故标指示和相关测量数据,经过详细计算与校核后,对变电所馈线保护阻抗II、III 段的R 值进行了调整,线路阻抗值保持不变,完善了四边形阻抗保护负荷边的保护整定,避免了正常负荷引起的变电所馈线断路器跳闸.

5 结论

（1）利用专门测量仪器对各馈线供电参数进行测定,选取真实的最大负荷电流和最低工作电压,对馈线保护进行重新整定计算,提高馈线保护整定的准确性. （2）最大负荷电流的选取要充分考虑到其负荷阻抗角,只有能躲过最大负荷阻抗角时的负荷电流才能防止馈线保护误动.

（3）对跳闸较为频繁的馈线保护先进行调整,积累经验后对其他（尤其阻抗II 段与阻抗III 段线路阻抗值差别较大）馈线保护进行调整,确保保护整定的准确性.对越区供电定值投入运行的馈线保护,短时间内无法对其进行调整时,可将阻抗

III 段保护定值调到和阻抗II 段相同,需要进行越区供电时再将保护定值调整为越区定值.

（4）建议微机保护运行的馈线,将越区定值关闭,在进行越区供电时才进行投入.这样,可有效避免馈线保护的误动.