交流牵引网保护分析
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交流牵引网保护
交流牵引负荷的特点
移动负荷，大小随时变化。 负荷电流大，馈线电流可在0到600～800A的极宽范围内 牵引更高；有些线路高达2000～3000A 变化，双机
单边供电时，供电臂的长度为20～30km；双边供电时，复线为40～ 50km，单线为60～70km。 线路单位阻抗大于普通输电线路阻抗，0.54∠65° 距离长，单位阻抗大，在最小运行方式下牵引网末端短路时，电流数值 较小，有时可与最大负荷相比，采用一般保护很难满足灵敏度的要求。 空载投入机车变压器时产生励磁涌流，含有大量的二次谐波，其幅值可 达到500～600A； 牵引状态下机车的电流的相位角为25～40°，启动时55 ～60 °，再生 时可达90～120 °。正常负荷下，功率因数为0.8左右。
四边形阻抗继电器
距离保护整定原则：
jx a b • 保护末端短路时，保护应具有足够的灵敏度； • 正常最小负荷情况下，距离保护不应误动。 ⑴ ab边动作阻抗整定：ZJab＝KK Zxl Zxl：——末端短路时的最大短路阻抗 KK：——可靠系数，KK＝ 1.2 ~1.5； ⑴ bc边动作阻抗整定：ZJbc＝KK Z f min Zf.min ：——线路的最小负荷阻抗； KK：——可靠系数， KK＝1.1 整定继电器要求给定的ZJbc min是相对于φ＝0° 的，ZJbc应换算到相对于φ ＝0°时的值(R) 。
2
jx
a
Zdz3 b Zdz2
Zd
四边形阻抗继电器主要优缺点
• 四边形阻抗继电器具有更高的灵敏度， 原因在于：四边形特性的ab边和 bc边 是分别整定的。线路的保护整定范围 不受负荷阻抗的制约
在同一负荷状态下：Zdz1 < Zdz2<Zdz3
Zdz1
Rt
Zk
φfh 0 c
Zf.min R
• 四边形阻抗继电器反应过渡电阻能力较强 • 四边形阻抗继电器躲负荷能力较强（ 在同一线路整定值条件下） • 四边形阻抗继电器躲励磁涌流能力较强 • 四边形阻抗继电器由多向量构成，当 UK=0时，仍能满足条件，因此可省去 断线闭锁装置 • 当躲励磁涌流和负荷同时存在时，可 能误动，需加抵制涌流的措施。 • 构成继电器的向量多，较复杂；易受 高次谐波的干扰，使继电器误动或拒 动，需将高次谐波滤掉。
电流增量保护（二次谐波制动） 为防止发生高阻接地故障阻抗时，阻抗保护、电流速断保护拒动，装 置采用具有高次谐波抑制功能的电流增量保护（ΔI ）作为后备保护。 电流增量取的是故障电流同故障前一周波电流的差，当电流中的高次谐 波含量达到整定值时，高次谐波抑制保护动作，其抑制动作方程为： (电流增量定值△Izd可按一台机车起动电流整定：)
• 谐波电流的利用 利用三次谐波的含量区分正常工作和故障状态 利用二次谐波的含量区分励磁涌流和故障电流
I 2 I1 K YL
二次谐波闭锁： 谐波闭锁和高次谐波抑制电力机车空载投入接触网，或者机车在运行 过程中失电又复得电时，机车将产生励磁涌流，此时如果线路上还有正 常负荷，其综合负荷就会落入动作区，使常规保护误动作，所以本装置 采用了二次谐波闭锁功能。
φfh 0
R
Zf.min c R
1 sin fh ZJbc( R) Zf . min(cos fh ) Kk tg 2
2
四边形阻抗继电器
jx a
b ⑴ ab边动作阻抗整定：ZJab＝KK Zxl KK＝1.2
Zf.min (2)bc边动作阻抗整定：
’
0
d
c
R1
R
Uf . min sin ' R1 ' (cos ' ) If . max tg 2 R1 R1' KK KK 1.1
涌流特性
jx
涌流+负荷特性
负荷特性
0
R
四边形阻抗继电器
电 抗
涌流
X
负荷
Ф1 Ф1 ФL Ф2
0.1R
0
0.1X
R
电阻
பைடு நூலகம்
图中:Ф 1为整定的线路阻抗角，用于躲过机车运行及空投时的涌流， 通常取 70°～80°； Ф L是负荷角，通常取20°～40°； R，X分别是整定的保护线路电阻及电抗值。
2
利用牵引负荷特点构成的保护
具有谐波抑制的四边形保护特性：
面板阻抗保护开关投入位 KG.2=1/0 P/T断线 I2/I1≥KYL 阻抗在段动作区
1 1 Uf . min sin ' R1 ' (cos ' ) 1 K 235 KK If . max tg 2
KK ZJab= Zxl 1 K 235
1
机车的电流是非正弦的,含有大量高次谐波。三次谐波含量最高为 20﹪~30﹪。 牵引负荷是两个单相负荷，在三相系统中造成三相负荷不对称，不适 用利用复序分量保护。
牵引网短路电流波形基本上是正弦的（机车退出工作），三次谐波含 量不超过2﹪~3﹪ 。
2
交流牵引负荷的距离保护
通常采用方向阻抗继电器的距离保护作为主保护，一般设二段距离保护。
I I1 Kh (I 2 I3 I5 I 7 I9 ) I ZD KK I F max
其中：ＫＫ－可靠系数，通常取1.2；Ｋh－谐波抑制加权系数 △I1― △I9分别是当前周波与前一个周波间电流基波，2，3，5，7，9次的 差值 △IFmax－机车起动电流（IFmax跟机车类型有关）。
&
Tzk1
跳闸 信号
PT断线闭锁判据: U<Uzd and 0.5A≤I≤Izd 其中：U、I―――分别为馈线电压（二次值）、电流（二次值）； Isd ―――为过流速断起动值．
按电流增量构成的保护
• 正常负荷与故障状态下，短时间内电流的增量是不同的利用这 个差异可构成馈线保护的原理--△I型保护（电流增量保护） 除反应稳态最大电流外，还同时反应短时间内电流的增量。 可减小电流整定值，提高灵敏度，保护范围延长。 为了躲开励磁涌流，需增加保护的延时（≥300ms），动作时 间较长。 为改善△I型保护的性能，增加谐波制动功能功能。 增加二、三次谐波闭锁→降低启动电流→可扩大保护的范围→ 减小保护动作时间。
如果机车未装滤波装置，谐波电流含量较大，可采用带二次谐波制动的电 流增量保护。
I 2 I1 K
交流牵引负荷的特点
移动负荷，大小随时变化。 负荷电流大，馈线电流可在0到600～800A的极宽范围内 牵引更高；有些线路高达2000～3000A 变化，双机
单边供电时，供电臂的长度为20～30km；双边供电时，复线为40～ 50km，单线为60～70km。 线路单位阻抗大于普通输电线路阻抗，0.54∠65° 距离长，单位阻抗大，在最小运行方式下牵引网末端短路时，电流数值 较小，有时可与最大负荷相比，采用一般保护很难满足灵敏度的要求。 空载投入机车变压器时产生励磁涌流，含有大量的二次谐波，其幅值可 达到500～600A； 牵引状态下机车的电流的相位角为25～40°，启动时55 ～60 °，再生 时可达90～120 °。正常负荷下，功率因数为0.8左右。
四边形阻抗继电器
距离保护整定原则：
jx a b • 保护末端短路时，保护应具有足够的灵敏度； • 正常最小负荷情况下，距离保护不应误动。 ⑴ ab边动作阻抗整定：ZJab＝KK Zxl Zxl：——末端短路时的最大短路阻抗 KK：——可靠系数，KK＝ 1.2 ~1.5； ⑴ bc边动作阻抗整定：ZJbc＝KK Z f min Zf.min ：——线路的最小负荷阻抗； KK：——可靠系数， KK＝1.1 整定继电器要求给定的ZJbc min是相对于φ＝0° 的，ZJbc应换算到相对于φ ＝0°时的值(R) 。
2
jx
a
Zdz3 b Zdz2
Zd
四边形阻抗继电器主要优缺点
• 四边形阻抗继电器具有更高的灵敏度， 原因在于：四边形特性的ab边和 bc边 是分别整定的。线路的保护整定范围 不受负荷阻抗的制约
在同一负荷状态下：Zdz1 < Zdz2<Zdz3
Zdz1
Rt
Zk
φfh 0 c
Zf.min R
• 四边形阻抗继电器反应过渡电阻能力较强 • 四边形阻抗继电器躲负荷能力较强（ 在同一线路整定值条件下） • 四边形阻抗继电器躲励磁涌流能力较强 • 四边形阻抗继电器由多向量构成，当 UK=0时，仍能满足条件，因此可省去 断线闭锁装置 • 当躲励磁涌流和负荷同时存在时，可 能误动，需加抵制涌流的措施。 • 构成继电器的向量多，较复杂；易受 高次谐波的干扰，使继电器误动或拒 动，需将高次谐波滤掉。
电流增量保护（二次谐波制动） 为防止发生高阻接地故障阻抗时，阻抗保护、电流速断保护拒动，装 置采用具有高次谐波抑制功能的电流增量保护（ΔI ）作为后备保护。 电流增量取的是故障电流同故障前一周波电流的差，当电流中的高次谐 波含量达到整定值时，高次谐波抑制保护动作，其抑制动作方程为： (电流增量定值△Izd可按一台机车起动电流整定：)
• 谐波电流的利用 利用三次谐波的含量区分正常工作和故障状态 利用二次谐波的含量区分励磁涌流和故障电流
I 2 I1 K YL
二次谐波闭锁： 谐波闭锁和高次谐波抑制电力机车空载投入接触网，或者机车在运行 过程中失电又复得电时，机车将产生励磁涌流，此时如果线路上还有正 常负荷，其综合负荷就会落入动作区，使常规保护误动作，所以本装置 采用了二次谐波闭锁功能。
φfh 0
R
Zf.min c R
1 sin fh ZJbc( R) Zf . min(cos fh ) Kk tg 2
2
四边形阻抗继电器
jx a
b ⑴ ab边动作阻抗整定：ZJab＝KK Zxl KK＝1.2
Zf.min (2)bc边动作阻抗整定：
’
0
d
c
R1
R
Uf . min sin ' R1 ' (cos ' ) If . max tg 2 R1 R1' KK KK 1.1
涌流特性
jx
涌流+负荷特性
负荷特性
0
R
四边形阻抗继电器
电 抗
涌流
X
负荷
Ф1 Ф1 ФL Ф2
0.1R
0
0.1X
R
电阻
பைடு நூலகம்
图中:Ф 1为整定的线路阻抗角，用于躲过机车运行及空投时的涌流， 通常取 70°～80°； Ф L是负荷角，通常取20°～40°； R，X分别是整定的保护线路电阻及电抗值。
2
利用牵引负荷特点构成的保护
具有谐波抑制的四边形保护特性：
面板阻抗保护开关投入位 KG.2=1/0 P/T断线 I2/I1≥KYL 阻抗在段动作区
1 1 Uf . min sin ' R1 ' (cos ' ) 1 K 235 KK If . max tg 2
KK ZJab= Zxl 1 K 235
1
机车的电流是非正弦的,含有大量高次谐波。三次谐波含量最高为 20﹪~30﹪。 牵引负荷是两个单相负荷，在三相系统中造成三相负荷不对称，不适 用利用复序分量保护。
牵引网短路电流波形基本上是正弦的（机车退出工作），三次谐波含 量不超过2﹪~3﹪ 。
2
交流牵引负荷的距离保护
通常采用方向阻抗继电器的距离保护作为主保护，一般设二段距离保护。
I I1 Kh (I 2 I3 I5 I 7 I9 ) I ZD KK I F max
其中：ＫＫ－可靠系数，通常取1.2；Ｋh－谐波抑制加权系数 △I1― △I9分别是当前周波与前一个周波间电流基波，2，3，5，7，9次的 差值 △IFmax－机车起动电流（IFmax跟机车类型有关）。
&
Tzk1
跳闸 信号
PT断线闭锁判据: U<Uzd and 0.5A≤I≤Izd 其中：U、I―――分别为馈线电压（二次值）、电流（二次值）； Isd ―――为过流速断起动值．
按电流增量构成的保护
• 正常负荷与故障状态下，短时间内电流的增量是不同的利用这 个差异可构成馈线保护的原理--△I型保护（电流增量保护） 除反应稳态最大电流外，还同时反应短时间内电流的增量。 可减小电流整定值，提高灵敏度，保护范围延长。 为了躲开励磁涌流，需增加保护的延时（≥300ms），动作时 间较长。 为改善△I型保护的性能，增加谐波制动功能功能。 增加二、三次谐波闭锁→降低启动电流→可扩大保护的范围→ 减小保护动作时间。
如果机车未装滤波装置，谐波电流含量较大，可采用带二次谐波制动的电 流增量保护。
I 2 I1 K