第4讲高速铁路牵引供电系统保护配置与整定计算

W1

W2
W2
I
变 压 器 微 机 保 护 装 置


I Mt
I Mf
单相三绕组变压器差动 保护原理接线图
35
差动电流:
1 ICDA I A k ph 1 ICDB I B k ph 1 I I C CDC k ph
I I
I I

差动电流
ISD
速断动作区 比率差动动作区
K2
制动区
IDZ I1 K1 I2
比率制动特性
制动电流:
1 1 0 I I CDA I A 2 k ph 1 1 I I CDB I B 2 k ph 1 1 I I C I I CDC 2 k ph
6
一、AT供电系统分析

I1

对牵引网AT变压器：
I2

U1
I com

U2
1 I1 2 I 2 I1 I com
7
I 2
IT 1
IT 2
x
I R1
I 2
I
IR2
T R F
IF
D
D
L
8
I 2
IT 1
IT 2
x
I R1
I 2
I
IR2
T R F
IF
D
D
L
X ZD K K X d .max
电阻边整定（按躲开最大负荷整定）：
RZD
0.9U n K k I F max
sin F cos F tg L

时限t 0.2s源自文库
29
(3)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 时限t 0.1s
20
(1)阻抗1段： 求供电臂最大短路电抗需要考虑下图中的几种情况 时的最大阻抗：
21
(2)电流速断（按躲开最大负荷电流整定）： 电流速断保护原理框图
信号
I ≥I
1
SD
t
SD
跳闸
整定计算：
I zd K k I F max
时限t 0.1s
22
(3)电流增量（按躲开1列机车启动电流整定）：
高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
高速铁路牵引供电系统运行方式 牵引网保护配置与整定计算 变压器保护配置与整定计算
2
第1节 供电系统运行方式
一、高铁牵引供电系统
京津城际示意图
3
二、高铁牵引供电系统运行方式
SS k1 1QF 上行 ATP1 3QF k7 k2 2QF 下行 4QF
SP ATS3
D3 D5
ATS4
ATS5 TSS2
ATS6
D7
D2
D4 D6
D8
D3、D4、D7、D8、所有AT所馈线保护配置： ◆失压保护 ◆线路有压自动合闸 （与正常供电时D3、D4相同）
31
第3节 变压器保护
一、牵引变压器保护
保护配置
差动保护 低压启动过电流保护 过负荷保护 非电量保护
23
(4)失压保护：
U zd 0.6－0.7U N
时限t 变电所保护最长时限＋（0.2-0.4）s
(5)线路有压自动合闸：
U zd 0.7 0.8U N
时限t 变电所保护最长时限＋（0.2-0.4）s
24
越区供电方式
ATS2 TSS1
D1
SP ATS3
D3 D5
ATS4
ATS5 TSS2
36
制动电流
整定原则：
差动电流 速断动作区 比率差动动作区
IDZ整定考虑不平衡与励磁 ISD 电流引起的误差。 K1考虑了流互和抽头导致 的误差。
K2
制动区
K1 I1 I2
比率制动特性
K2考虑了外部故障时大电 IDZ 流导致的流互饱和误差。
ISD按躲过励磁涌流整定。
0
制动电流
二次谐波闭锁15-20％
17
正常供电方式
TSS1
D1
ATS
SP
D3
D2
D4
D1、D2保护配置： ◆阻抗1段 ◆电流速断 ◆电流增量 ◆自动重合闸
D3、D4、AT所馈线保护配置： ◆失压保护 ◆线路有压自动合闸
18
(1)阻抗1段： 电抗边整定（按供电臂最大短路电抗整定）：
X ZD Kk * X d .max
电阻边整定（按躲开最大负荷整定）：
(4)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
(4)电流增量：
时限0.2s
与正常供电方式下的整定相同
I zd K k I F max
时限t 常规保护最长时限＋（0.2 0.4）s
30
馈线保护配置及整定 越区供电方式
ATS2 TSS1
D1
9
x ( z1 2 z2 z3 ) ( z1 z 2 ) DI IT 1 z1 2 z2 z3 x 接触线与正馈线截 ( z1 z2 ) D I 面相等对称悬挂 IT 2 z1 2 z2 z3 I F IT 2 1 3 x ( z1 2 z2 z3 ) 2( z1 z2 ) DI I R1 z1 2 z2 z3 x 2( z1 z2 ) I DI R2 z1 2 z2 z3
37
2.低压启动过电流保护:
电流按 I dz K K I e
K f n CT
整定
电压一般牵引网额定电压的60%～70%整定
高压侧低压启动过电流保护原理框图
Uα ≤UDY Uβ ≤UDY IA≥IGL IB≥IGL IC≥IGL
≥1 & ≥1
TGL
信号
跳两侧断路器
38
(2)低压启动过电流保护:
I 2
IT 1 I R1
IT 2
VT 2
VT 1
I 2
Z55 U VT 1 I CT 1 U VT 2 Z 27.5 I CT 2 I CT 3
I
IR2
T R F
IF
CT 3
Z55 4Z 27.5
13
京津城际短路阻抗曲线
14
京津城际短路电流曲线
42
(1)差动保护:
平衡关系:

IT IF


I T I F

IT
IF
变 压 器 微 机 保 护 装 置
整定原则: 按躲过最大不平衡电流整定。接触网对地和负馈线对地 故障时最大故障电流的10％为最大不平衡电流。 动作电流为0.125*Is.c max out 动作延时0ms 采用二次谐波闭锁励磁涌流，定值为15％
按分区所SP处短路电抗的85％整定：
X ZD 0.85 X d .SP1
电阻边整定（按躲开最大负荷整定）：
RZD
0.9U n K k I F max
sin F cos F tg L

时限t 0.1s （与机车保护和自耦变压器保护配合）
28
(2)阻抗2段： 电抗边整定 按越区时最大短路电抗整定：
甚反时限特性：
13.5 TGF t I 10 1 IGF
80 I 1 IGF
2
极度反时限特性： t
TGF 10
40
(4) 非电量保护
瓦斯保护
变压器内部故障时，由于短路电流和电弧的作用使附近的绝 缘物分解而产生气体，同时由于气体的上升会引起油流的变 化，利用这个特点构成瓦斯保护。
RZD
0.9U n K k I F max
sin F cos F tg L

时限t 0.1s （与机车保护和自耦变压器保护配合）
19
(1)阻抗1段： 当靠近保护安装处故障时，另一条非故障线路测量阻 抗非常大，需要故障线路先跳，非故障线路才能跳闸。也 可以通过联络信号使两线路同时跳闸。
压力保护
当变压器内部出现严重故障时，压力释放装置使油膨胀和分 解产生的不正常压力得到及时释放，以免损坏油箱，造成更 大的损失。
温度保护 非电量保护在变压器的继电保护配置中有着不可替 代的作用，是对常规配置的模拟量保护的重要补充。
41
二、自耦变压器保护
保护配置 差动保护 碰壳保护 非电量保护
15
三、全并联AT供电牵引网保护配置与整定计算
京津城际馈线距离保护示意图
京津城际馈线保护配置与整定原则：正常运行与 越区供电采用1套定值。
16
京津城际的馈线保护模式探讨： 优点：一套定值，越区供电时无需改变定值 缺点：正常运行时末端较大范围需要阻抗3段保护， 动作速度慢。
建议配置原则：
正常运行与越区供电时采用不同的保护配置 与整定。
电流增量原理框图
信号
I2/I1≥KYL
△I≥I△ZD
&
t
△ZD
跳闸
动作方程：
I I1 K A K I g I1h I1q K A K h I1h (1 K h )I ZD
整定计算：
I zd K k I F max
时限t 常规保护最长时限＋（0.2 0.4）s
AT1
k3 ATP2 5QF
k5 SP 7QF
AT3 AT5
AT2
k4 6QF
AT4k6
AT6
8QF
4
故障情况：
Ⅰ-a：正常运行时发生故障 Ⅰ-b：重合闸于永久故障时，所有AT所断开
Ⅱ-a：越区供电时发生故障
Ⅱ-b：越区供电时重合于故障，所有AT所断开
5
第2节 牵引网保护
距离保护 电流保护 电流增量保护
ATS6
D7
D2
D4 D6
D8
D1、D2保护配置： ◆阻抗1段 ◆阻抗2段 ◆电流速断 ◆过电流 ◆电流增量 ◆自动重合闸
D5、D6保护配置： ◆阻抗1段 ◆电流速断 ◆电流增量 ◆自动重合闸
（与正常供电时D1、D2相同）
25
合武线分区所主接线图
26
武广线分区所主接线图
27
(1)阻抗1段： 电抗边整定
z z
x IT 1 (1 2 D ) I I I x I F T2 2D I (1 x ) I R1 D x IR2 I D
10
7 6 5 4 3 2 1 0 0
TR或FR故障无 法用电抗法测距
牵引网短路阻抗Z(ohm)
T-R短路阻抗理论计算曲线 T-F短路阻抗理论计算曲线 5 10 15 20 短路点到牵引变电所的距离L(km) 25 30
IB

W1 W2
W1 W2
变 压 器 微 机 保 护 装 置
I

I





I Mt
I Mf
I Tf
I Tt
V/X变压器组差动保护 原理接线图
34


IA
IB
I IB A A IB I



平衡关系:
I A I B 1 I K ph I B I A I
IT 1 z1 x I R1 z2 x IT 2 z1 ( D x) I R 2 z2 ( D x) I F z3 D 0 I I I T1 T 2 z1 zT zTF 2 zTR IT 1 I R1 I F I I I z2 2 zR zTR zRF R2 T2 F IT 1 I F I z3 zF zTF 2 zRF
AT牵引网阻抗曲线
11
I 2
IT 1
IT 2
x
I R1
I 2
I
IR2
T R F
IF
D
D
L
x I R1 (1 D ) I I x I R2 D
IR2 x I R1 I R 2 D
AT供电方式常采用吸上电流比测距原理
12
二、互感器接线与短路阻抗
CT 1
CT 2
α相低压启动过电流保护原理框
信号
Uα ≤UDY Iα ≥IGL0
&
TGL0 跳α 相断路器
β相低压启动过电流保护原理框图
信号
Uβ ≤UDY Iβ ≥IGL0
&
TGL0 跳β 相断路器
39
3. 反时限过负荷保护
一般反时限特性： t
0.14 I IGF
0.02
1
TGF 10
32
7SJ62
7U612 7SJ64
7U612 7SJ64
京津城际变压器保护示意图
京津城际一组V/x变压器组采用2套主保护及3套后 备保护，国内厂商一般采用1套主保护1套后备保护。
33



IA
IC
IB
I A
IC


1. 差动保护: 平衡关系:
I A 1 0 1 I I B 0 1 k ph 1 1 I I C