高铁牵引变电所馈线保护配置与整定分析 (2)
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过电流保护采用低电压启动，低压定值取 73 V（二 次值）；电流按1.2 倍最大负荷电流计算；时限取0.1 s。
电流增量保护按1.2 倍列车最大启动电流考虑，时 限取0.5 s。
根据以上整定原则，馈线保护考虑正常（非越区）、 越区、AT、直供、上下行各 1 台断路器、上下行共用 1 台 断路器 6 种因素进行定值配置，如表 1 所示。
0区 0区
1区 1区
正常直接供电 上下行各 1 台断路器 0 区 0 区 0 区 0 区 上下行共用 1 台断路器 1 区 0 区 0 区 0 区
越区直接供电 上下行各 1 台断路器 4 区 0 区 0 区 1 区 上下行共用 1 台断路器 5 区 0 区 0 区 1 区
石武客运专线牵引变电所馈线保护按不同的运行 方式分开配置定值，优点是克服了京津城际馈线保护 正常运行与越区供电采用 1 套定值，在正常运行时末 端较大范围需要阻抗Ⅲ段保护而动作速度慢的问题。 缺点是馈线运行方式发生变化时，电力调度要通过远 动终端改变整定值区。
牵引变电所馈线设有阻抗、过流、电流增量保护 及自动重合闸装置。保护整定考虑正常（非越区）、越 区2 种情况进行定值配置。
①正常（非越区）供电方式：无论是AT 供电方式， 还是直接供电方式，其馈线整定值采用相同的定值。 阻抗保护设I 段，保护线路全长，I 段时限0.l s。
②越区供电方式: 馈线的线路阻抗整定值分别按 AT 供电方式和直接供电方式整定。阻抗保护设两段，I 段与分区所阻抗保护配合；Ⅱ段保护整个越区供电臂 （直供时为上下行供电臂）全长；I 段时限0.1 s，Ⅱ段时 限0.35 s。
２ 馈线保护运行现状分析
石武客运专线运行 1 年来，牵引网发生故障 132 件， 馈线保护拒动 12 件，占跳闸总件数 10%。保护拒动按原 因分：定值整定不合理，占85%；保护配置不全，占10% （高铁相间保护）；其他占 5 % 。下面以馈线阻抗保护拒 动为例，对馈线保护配置和整定进行分析。 ２．１ 阻抗保护整定分析
— 51 —
机 车 电 传 动
2014 年
供。最后比较 AT 、直供方式
下电抗值取最大值，但直供
方式未考虑上行通过分区所
ห้องสมุดไป่ตู้
迂回向下行供电的情况，故
造成电抗整定值偏小，其值
经石武客运专线短路试验和
运行中的短路故障反证偏
小，致使在某些范围内阻抗
保护不能正确动作。
图 1 牵引供电系统示意图
２．２ 阻抗保护整定建议
全并联AT 供电方式（见图 2），正常运行的接触网
单位电抗一般只有 0.16 Ω左右，而常规接触网单位电抗
为0.32 Ω左右，考虑在永久性故障时重合闸后，AT 供
电方式下，自耦变压器失压自动解列，呈直供运行方
式，此时阻抗保护要能正确动作，阻抗保护要按照直
供模式整定，整定方法建议如下。
①非越区供电方式下的变电所阻抗保护配置
DOI:10.13890/j.issn.1000-128x.2014.02.010
2014 年第 2 期 2014 年 3 月 10 日
机 车 电 传 动 ELECTRIC DRIVE FOR LOCOMOTIVES 核心
№ 2, 2014 Mar. 10, 2014
关于AT的分析非常切合直
研
高铁牵引变电所馈线 供所需要的东西，完全可 以参考
究
保护配置与整定分析
开
王亚妮
发
（广州铁路职业技术学院 轨道交通学院，广东 广州 ５１０４３０）
摘 要 ：结合石武客运专线牵引变电所馈线保护运行现状和故障案例，对牵引变电所馈线保护 作者简介：王亚妮（1967-）, 女, 硕士, 副教授, 从事牵引
的设置及整定计算进行了分析和探讨，并提出了整定建议，对高铁相间短路进行了分析并提出了相间 供 电 领 域 教 学 及 科 研 工 作 。 保护整定设想。
过电流
Uzd=73 V, Idz=1.94 A, t=0.1 s
故障值 X1=55.3 Ω, R1=17.97 Ω,
结论
L=72.2°
整定值 成保护
X 偏小，故障点不在保护区，造 1
未启动
Uzd=80
V,
I dz
=
1.4
A
2 1 8 环供末端短路，短路电压、电流达 不到动作值，保护未启动
考虑到 I 段的可靠性，不考虑互阻抗。 ②直供方式电抗边按保护供电臂全长整定：
Keywords: high-speed rail; traction substation; feeder protection; short circuit between phases; setting calculation; analysis
０ 引言 可以拼到论文里
牵引网在故障或者非正常运行状态时，保护装置 应能在最短时间和 最小区域内，将故障设备从系统切 除或者自动发出信号，以减少或避免设备的损坏，为 此，牵引变电所馈线设有阻抗、电流速断、过流和电流 增量等保护。我国高速铁路（含250 km/h及以上的客运 专线线路）接触网的正常运行方式通常采用全并联 AT 供电方式，除此之外，也允许存在全部自耦变压器退 出运行（直供方式）、部分自耦变压器退出运行（混合 供电方式）和越区供电等非正常运行方式。多种运行 方式下，馈线保护缺乏权威的整定计算方法和整定规 范，实际运行中发生过保护拒动或误动的现象，造成 馈线保护可靠性下降，严重影响供电安全。
关键词：高铁；牵引变电所；馈线保护；相间短路；整定计算；分析
中图分类号：U224.4
文献标识码 ：A
文章编号：1000－128X(2014)02－0050－04
Analysis of High-speed Rail Traction Substation Feeder Protection Mode and Setting
区隔离开关同相邻的供电臂接通，由相邻牵引变电所
进行临时供电，本供电方式定值也适用于分区所环供
方式。
③直接供电方式：供电臂自耦变压器全部退出，
牵引变电所上下行分开供电，分区所上下行并联，AT
所上下行断开。
这叫一带一嘿嘿
采用越区供电方式和直供电方式时，阻抗保护设
两段：I 段与分区所阻抗保护配合，Ⅱ段保护整个越区
① AT 供电方式电抗边按保护供电臂全长整定：
式中：Xa —— AT 供电接触网单位电抗； L1 ——供电臂1 区间长度； Xg ——供电线单位电抗； Lg ——供电线长度。
表 ２ ２０１３ 年 ８ 月 １１ 日 ２１８保护动作分析表
馈线号 218
整定值
阻抗 I 段 X1=28.43 Ω, R1=41.3 Ω, L=72°, t1=0.1 s
第 2 期
王亚妮：高铁牵引变电所馈线保护配置与整定分析
供电臂(直供时为上下行供电臂)全长；I段时限0.1 s，Ⅱ 段时限0.4 s。
过电流保护采用低电压启动，低压定值取 80 V（二 次值）；电流按1.2 倍最大负荷电流计算；时限取0.7 s。
电流增量保护按1.3 倍列车最大启动电流考虑，时 限取0.7 s。 １．２ 石武客运专线郑州至武汉牵引变电所
WANG Ya-Ni
(Railway Transportation College, Guangzhou Institute of Railway Technology, Guangzhou , Guangdong 510430, China)
Abstract: Based on the operation status and fault cases of Shi-Wu passenger line traction substation feeder protection, configuration and setting calculation of traction substation feeder protection were analyzed and discussed, and suggestions of protection setting were put forward. Short circuit between phases was analyzed, protection setting idea of which was brought out.
变电所馈线正常供电（非越区）方式下，按“0 ”区
配置定值，阻抗Ⅰ段电抗按 AT 所和分区所间 F 线断线
且分区所侧接地考虑，若定值过大易造成误跳闸时，
按电抗一次值不大于 20 Ω（相当于不小于机车启动电
流1 200 A）整定。电抗一次值大于20Ω的，增设Ⅱ段阻
抗保护，动作时间 0.35 s，保护全长。
表 １ 馈线保护定值区配置表
定值区
运 行 方 式 变电所断路器投入模式
分区所 分区所
变电所 AT 所 电源侧 馈线侧
正常 AT 供电
上下行各 1 台断路器 上下行共用 1 台断路器
0区 1区
0区 0区
0区 0区
0区 0区
越区 A T
供电
上下行各 1 台断路器 上下行共用 1 台断路器
2区 3区
0区 0区
图 2 全并联 A T 供电方式牵引供电系统示意图 ②越区供电方式下的变电所阻抗保护配置 当变电所采用AT 越区供电，末端F 线接地短路时， 分区所断路器若拒分断，被越AT 所距短路点阻抗对于 变电所馈线保护将扩大约1 倍。因此，阻抗保护应按被 越AT 所距短路点阻抗的2 倍+ 越区变电所至被越AT 所 AT 区段阻抗进行整定计算。 当变电所为直供越区供电，末端 T 线接地短路时， 分区所断路器若拒分断，同样，分区所距短路点阻抗 对于变电所馈线保护将扩大约1 倍。因此，阻抗保护应 按直供T 线分区所距短路点阻抗的2 倍+ 越区变电所至 分区所阻抗进行整定计算。 越区供电变电所过流保护上下行定值分开整定， 但上下行在分区所并联，有一定均流作用，相比偏小 的整定值适当增大。 ③当变电所与分区所之间没有 AT 所时，变电所馈 线阻抗Ⅰ段保护的电抗边，可按上行迂回供电臂下行 的长度乘以F 线单位电抗整定。
式中：Xt ——直供方式接触网单位电抗； L1 ——供电臂1 区间长度； Xg ——供电线单位电抗；
Lg ——供电线长度。 比较 AT 、直供方式下的电抗整定值，谁大取谁的 值。 从上述计算步骤可以看出，AT 供电方式电抗边整 定时，按 AT 供电接触网单位电抗值乘以 2 倍供电臂全 长计算。直供方式电抗边整定时，是按直供接触网单 位电抗值乘以供电臂全长计算，不考虑分区所末端环
１ 馈线保护配置与整定原则
１．１ 石武客运专线石家庄至郑州牵引变电所 牵引变电所馈线设有阻抗、电流速断、过电流、电
收稿日期：2 0 1 4 － 0 1 － 1 7
— 50 —
流增量保护及自动重合闸装置，按正常、越区、直供 3
种运行方式配置定值。
①正常运行方式：上下行接触网的电压是同相
的，一般由变电所的同一侧母线取流。上、下行接触网
在电气上分开，并在供电臂中间AT 所和末端分区所处
实行上、下行并联供电。若上行或下行断路器故障，可
通过上下行联络隔开采用“一带二”模式供电。
正常运行方式时，阻抗保护设两段，均保护全长，
Ⅱ段作为I 段的后备，I 段时限0.l s，Ⅱ段时限0.4 s。
②越区供电方式：当某一牵引变电所因故障不能
正常供电时，故障变电所担负的供电臂，经分区所越
从上面故障报告中可以看出，在AT 全并联供电方 式下，217F 线对地短路时，218 阻抗、过流保护未启动。 通过对故障参数和保护定值分析发现 218 阻抗、过流保 护未动作是定值偏小造成。2013 年8月11 日218 保护动 作分析表见表 2。牵引供电系统示意图见图 1。
查看设计院提供整定书的参数和整定公式，其阻 抗保护定值整定计算公式如下：
2013年8月11日10时32分15秒，某所217馈线F相对 地短路，电压3 536 V，电流8 895 A，阻抗2.08 Ω，阻抗 角 72.2°；217 保护装置过电流、阻抗 I 段、电流增量保护 启动，过电流保护出口跳闸，重合失败。与 217 末端并 联供电的218馈线电压22 115 V，电流2 100 A，阻抗58.16 Ω，阻抗角 72. 2°。218 保护装置电流增量保护出口跳 闸，重合成功。
３ 高铁相间短路
石武客运专线接触网分相装置采用关节式电分 相，由于关节式电分相仅有2个500 mm 的空气间隙，拉 弧距离短，自投入运行以来已发生 3起变电所相间短路 故障，严重威胁高铁运行安全。 ３．１ 石武客运专线典型相间短路故障分析
电流增量保护按1.2 倍列车最大启动电流考虑，时 限取0.5 s。
根据以上整定原则，馈线保护考虑正常（非越区）、 越区、AT、直供、上下行各 1 台断路器、上下行共用 1 台 断路器 6 种因素进行定值配置，如表 1 所示。
0区 0区
1区 1区
正常直接供电 上下行各 1 台断路器 0 区 0 区 0 区 0 区 上下行共用 1 台断路器 1 区 0 区 0 区 0 区
越区直接供电 上下行各 1 台断路器 4 区 0 区 0 区 1 区 上下行共用 1 台断路器 5 区 0 区 0 区 1 区
石武客运专线牵引变电所馈线保护按不同的运行 方式分开配置定值，优点是克服了京津城际馈线保护 正常运行与越区供电采用 1 套定值，在正常运行时末 端较大范围需要阻抗Ⅲ段保护而动作速度慢的问题。 缺点是馈线运行方式发生变化时，电力调度要通过远 动终端改变整定值区。
牵引变电所馈线设有阻抗、过流、电流增量保护 及自动重合闸装置。保护整定考虑正常（非越区）、越 区2 种情况进行定值配置。
①正常（非越区）供电方式：无论是AT 供电方式， 还是直接供电方式，其馈线整定值采用相同的定值。 阻抗保护设I 段，保护线路全长，I 段时限0.l s。
②越区供电方式: 馈线的线路阻抗整定值分别按 AT 供电方式和直接供电方式整定。阻抗保护设两段，I 段与分区所阻抗保护配合；Ⅱ段保护整个越区供电臂 （直供时为上下行供电臂）全长；I 段时限0.1 s，Ⅱ段时 限0.35 s。
２ 馈线保护运行现状分析
石武客运专线运行 1 年来，牵引网发生故障 132 件， 馈线保护拒动 12 件，占跳闸总件数 10%。保护拒动按原 因分：定值整定不合理，占85%；保护配置不全，占10% （高铁相间保护）；其他占 5 % 。下面以馈线阻抗保护拒 动为例，对馈线保护配置和整定进行分析。 ２．１ 阻抗保护整定分析
— 51 —
机 车 电 传 动
2014 年
供。最后比较 AT 、直供方式
下电抗值取最大值，但直供
方式未考虑上行通过分区所
ห้องสมุดไป่ตู้
迂回向下行供电的情况，故
造成电抗整定值偏小，其值
经石武客运专线短路试验和
运行中的短路故障反证偏
小，致使在某些范围内阻抗
保护不能正确动作。
图 1 牵引供电系统示意图
２．２ 阻抗保护整定建议
全并联AT 供电方式（见图 2），正常运行的接触网
单位电抗一般只有 0.16 Ω左右，而常规接触网单位电抗
为0.32 Ω左右，考虑在永久性故障时重合闸后，AT 供
电方式下，自耦变压器失压自动解列，呈直供运行方
式，此时阻抗保护要能正确动作，阻抗保护要按照直
供模式整定，整定方法建议如下。
①非越区供电方式下的变电所阻抗保护配置
DOI:10.13890/j.issn.1000-128x.2014.02.010
2014 年第 2 期 2014 年 3 月 10 日
机 车 电 传 动 ELECTRIC DRIVE FOR LOCOMOTIVES 核心
№ 2, 2014 Mar. 10, 2014
关于AT的分析非常切合直
研
高铁牵引变电所馈线 供所需要的东西，完全可 以参考
究
保护配置与整定分析
开
王亚妮
发
（广州铁路职业技术学院 轨道交通学院，广东 广州 ５１０４３０）
摘 要 ：结合石武客运专线牵引变电所馈线保护运行现状和故障案例，对牵引变电所馈线保护 作者简介：王亚妮（1967-）, 女, 硕士, 副教授, 从事牵引
的设置及整定计算进行了分析和探讨，并提出了整定建议，对高铁相间短路进行了分析并提出了相间 供 电 领 域 教 学 及 科 研 工 作 。 保护整定设想。
过电流
Uzd=73 V, Idz=1.94 A, t=0.1 s
故障值 X1=55.3 Ω, R1=17.97 Ω,
结论
L=72.2°
整定值 成保护
X 偏小，故障点不在保护区，造 1
未启动
Uzd=80
V,
I dz
=
1.4
A
2 1 8 环供末端短路，短路电压、电流达 不到动作值，保护未启动
考虑到 I 段的可靠性，不考虑互阻抗。 ②直供方式电抗边按保护供电臂全长整定：
Keywords: high-speed rail; traction substation; feeder protection; short circuit between phases; setting calculation; analysis
０ 引言 可以拼到论文里
牵引网在故障或者非正常运行状态时，保护装置 应能在最短时间和 最小区域内，将故障设备从系统切 除或者自动发出信号，以减少或避免设备的损坏，为 此，牵引变电所馈线设有阻抗、电流速断、过流和电流 增量等保护。我国高速铁路（含250 km/h及以上的客运 专线线路）接触网的正常运行方式通常采用全并联 AT 供电方式，除此之外，也允许存在全部自耦变压器退 出运行（直供方式）、部分自耦变压器退出运行（混合 供电方式）和越区供电等非正常运行方式。多种运行 方式下，馈线保护缺乏权威的整定计算方法和整定规 范，实际运行中发生过保护拒动或误动的现象，造成 馈线保护可靠性下降，严重影响供电安全。
关键词：高铁；牵引变电所；馈线保护；相间短路；整定计算；分析
中图分类号：U224.4
文献标识码 ：A
文章编号：1000－128X(2014)02－0050－04
Analysis of High-speed Rail Traction Substation Feeder Protection Mode and Setting
区隔离开关同相邻的供电臂接通，由相邻牵引变电所
进行临时供电，本供电方式定值也适用于分区所环供
方式。
③直接供电方式：供电臂自耦变压器全部退出，
牵引变电所上下行分开供电，分区所上下行并联，AT
所上下行断开。
这叫一带一嘿嘿
采用越区供电方式和直供电方式时，阻抗保护设
两段：I 段与分区所阻抗保护配合，Ⅱ段保护整个越区
① AT 供电方式电抗边按保护供电臂全长整定：
式中：Xa —— AT 供电接触网单位电抗； L1 ——供电臂1 区间长度； Xg ——供电线单位电抗； Lg ——供电线长度。
表 ２ ２０１３ 年 ８ 月 １１ 日 ２１８保护动作分析表
馈线号 218
整定值
阻抗 I 段 X1=28.43 Ω, R1=41.3 Ω, L=72°, t1=0.1 s
第 2 期
王亚妮：高铁牵引变电所馈线保护配置与整定分析
供电臂(直供时为上下行供电臂)全长；I段时限0.1 s，Ⅱ 段时限0.4 s。
过电流保护采用低电压启动，低压定值取 80 V（二 次值）；电流按1.2 倍最大负荷电流计算；时限取0.7 s。
电流增量保护按1.3 倍列车最大启动电流考虑，时 限取0.7 s。 １．２ 石武客运专线郑州至武汉牵引变电所
WANG Ya-Ni
(Railway Transportation College, Guangzhou Institute of Railway Technology, Guangzhou , Guangdong 510430, China)
Abstract: Based on the operation status and fault cases of Shi-Wu passenger line traction substation feeder protection, configuration and setting calculation of traction substation feeder protection were analyzed and discussed, and suggestions of protection setting were put forward. Short circuit between phases was analyzed, protection setting idea of which was brought out.
变电所馈线正常供电（非越区）方式下，按“0 ”区
配置定值，阻抗Ⅰ段电抗按 AT 所和分区所间 F 线断线
且分区所侧接地考虑，若定值过大易造成误跳闸时，
按电抗一次值不大于 20 Ω（相当于不小于机车启动电
流1 200 A）整定。电抗一次值大于20Ω的，增设Ⅱ段阻
抗保护，动作时间 0.35 s，保护全长。
表 １ 馈线保护定值区配置表
定值区
运 行 方 式 变电所断路器投入模式
分区所 分区所
变电所 AT 所 电源侧 馈线侧
正常 AT 供电
上下行各 1 台断路器 上下行共用 1 台断路器
0区 1区
0区 0区
0区 0区
0区 0区
越区 A T
供电
上下行各 1 台断路器 上下行共用 1 台断路器
2区 3区
0区 0区
图 2 全并联 A T 供电方式牵引供电系统示意图 ②越区供电方式下的变电所阻抗保护配置 当变电所采用AT 越区供电，末端F 线接地短路时， 分区所断路器若拒分断，被越AT 所距短路点阻抗对于 变电所馈线保护将扩大约1 倍。因此，阻抗保护应按被 越AT 所距短路点阻抗的2 倍+ 越区变电所至被越AT 所 AT 区段阻抗进行整定计算。 当变电所为直供越区供电，末端 T 线接地短路时， 分区所断路器若拒分断，同样，分区所距短路点阻抗 对于变电所馈线保护将扩大约1 倍。因此，阻抗保护应 按直供T 线分区所距短路点阻抗的2 倍+ 越区变电所至 分区所阻抗进行整定计算。 越区供电变电所过流保护上下行定值分开整定， 但上下行在分区所并联，有一定均流作用，相比偏小 的整定值适当增大。 ③当变电所与分区所之间没有 AT 所时，变电所馈 线阻抗Ⅰ段保护的电抗边，可按上行迂回供电臂下行 的长度乘以F 线单位电抗整定。
式中：Xt ——直供方式接触网单位电抗； L1 ——供电臂1 区间长度； Xg ——供电线单位电抗；
Lg ——供电线长度。 比较 AT 、直供方式下的电抗整定值，谁大取谁的 值。 从上述计算步骤可以看出，AT 供电方式电抗边整 定时，按 AT 供电接触网单位电抗值乘以 2 倍供电臂全 长计算。直供方式电抗边整定时，是按直供接触网单 位电抗值乘以供电臂全长计算，不考虑分区所末端环
１ 馈线保护配置与整定原则
１．１ 石武客运专线石家庄至郑州牵引变电所 牵引变电所馈线设有阻抗、电流速断、过电流、电
收稿日期：2 0 1 4 － 0 1 － 1 7
— 50 —
流增量保护及自动重合闸装置，按正常、越区、直供 3
种运行方式配置定值。
①正常运行方式：上下行接触网的电压是同相
的，一般由变电所的同一侧母线取流。上、下行接触网
在电气上分开，并在供电臂中间AT 所和末端分区所处
实行上、下行并联供电。若上行或下行断路器故障，可
通过上下行联络隔开采用“一带二”模式供电。
正常运行方式时，阻抗保护设两段，均保护全长，
Ⅱ段作为I 段的后备，I 段时限0.l s，Ⅱ段时限0.4 s。
②越区供电方式：当某一牵引变电所因故障不能
正常供电时，故障变电所担负的供电臂，经分区所越
从上面故障报告中可以看出，在AT 全并联供电方 式下，217F 线对地短路时，218 阻抗、过流保护未启动。 通过对故障参数和保护定值分析发现 218 阻抗、过流保 护未动作是定值偏小造成。2013 年8月11 日218 保护动 作分析表见表 2。牵引供电系统示意图见图 1。
查看设计院提供整定书的参数和整定公式，其阻 抗保护定值整定计算公式如下：
2013年8月11日10时32分15秒，某所217馈线F相对 地短路，电压3 536 V，电流8 895 A，阻抗2.08 Ω，阻抗 角 72.2°；217 保护装置过电流、阻抗 I 段、电流增量保护 启动，过电流保护出口跳闸，重合失败。与 217 末端并 联供电的218馈线电压22 115 V，电流2 100 A，阻抗58.16 Ω，阻抗角 72. 2°。218 保护装置电流增量保护出口跳 闸，重合成功。
３ 高铁相间短路
石武客运专线接触网分相装置采用关节式电分 相，由于关节式电分相仅有2个500 mm 的空气间隙，拉 弧距离短，自投入运行以来已发生 3起变电所相间短路 故障，严重威胁高铁运行安全。 ３．１ 石武客运专线典型相间短路故障分析