趙文飛

摘 要：高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行是保證列車安全運(yùn)行的前提，繼電保護(hù)裝置是保障牽引供電系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的重要手段。針對(duì)我國(guó)高鐵廣泛采用的全并聯(lián)AT供電方式，從正常供電和越區(qū)供電兩個(gè)方面分析了饋線保護(hù)的要求，配置了相應(yīng)的保護(hù)方案并探討了整定計(jì)算的方法。

關(guān)鍵詞：AT供電；饋線保護(hù)；整定

1 全并聯(lián)AT供電方式

目前，我國(guó)高鐵通常采用全并聯(lián)AT供電方式，如圖1所示。其特點(diǎn)是在AT供電方式的基礎(chǔ)上，將上、下行接觸網(wǎng)在每個(gè)AT所都進(jìn)行一次橫向電連接。這種接線方式可減少接觸網(wǎng)單位長(zhǎng)度阻抗，減少電壓損失，增強(qiáng)供電能力，改善供電質(zhì)量，但是這種供電方式的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)較普通AT或其他供電方式要復(fù)雜，在故障情況下電氣參數(shù)變得更加復(fù)雜，使其對(duì)繼電保護(hù)提出了更高的要求。

2 全并聯(lián)AT供電方式饋線保護(hù)配置的總體思路

由于全并聯(lián)AT供電方式結(jié)構(gòu)的特殊性，保護(hù)配置方案與傳統(tǒng)的牽引網(wǎng)保護(hù)有所不同。在這里主要體現(xiàn)的一個(gè)設(shè)計(jì)思路就是：當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，繼電保護(hù)應(yīng)首先將復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)單化，將系統(tǒng)解裂，讓其變?yōu)椴徊⒙?lián)的單線供電臂，然后再利用各斷路器重合閘逐一排除故障，這樣就會(huì)大大簡(jiǎn)化保護(hù)的配置，快速鎖定故障范圍。

例如圖1所示的全并聯(lián)AT供電牽引網(wǎng)中，當(dāng)k1點(diǎn)發(fā)生暫時(shí)性短路故障時(shí)保護(hù)啟動(dòng)，首先應(yīng)將斷路器QF1、QF2分?jǐn)?，然后AT1所的斷路器QF3、QF4和分區(qū)所SP的斷路器QF5、QF6因失壓保護(hù)而分?jǐn)啵瑢⑾到y(tǒng)解裂讓其變?yōu)椴徊⒙?lián)的單線供電臂。QF5和QF6分?jǐn)嘁院螅?QF1和QF2自動(dòng)重合閘，饋線恢復(fù)供電。之后通過(guò)AT1所和分區(qū)所SP設(shè)置的檢有壓自動(dòng)重合閘裝置，將AT1所、分區(qū)所SP的QF3、QF4、QF5、QF6重合閘，系統(tǒng)恢復(fù)正常供電。當(dāng)k1點(diǎn)發(fā)生永久性短路故障時(shí)，應(yīng)首先跳開QF1和QF2，然后因失壓保護(hù)跳開QF3、QF4、QF5、QF6，重合閘整定時(shí)間到后QF1、QF2優(yōu)先重合閘，但由于是永久性短路故障，QF2重合后又跳閘而QF1重合閘成功，QF5因無(wú)壓不重合閘， QF6重合閘成功，QF3因無(wú)壓不重合閘，QF4重合閘成功，整個(gè)系統(tǒng)上行供電臂停止供電，下行供電臂恢復(fù)AT供電。

3 全并聯(lián)AT供電方式饋線保護(hù)的具體配置

3.1 牽引變電所饋線保護(hù)的配置及整定

3.1.1 正常供電時(shí)

根據(jù)以上分析及交流牽引負(fù)荷與全并聯(lián)AT供電系統(tǒng)短路參數(shù)的特點(diǎn)可知，反應(yīng)電流值變化的電流保護(hù)靈敏度系數(shù)較低，一般不能作為饋線的主保護(hù)。方向阻抗繼電器構(gòu)成的距離保護(hù)靈敏系數(shù)較高，可用作牽引變電所饋線的主保護(hù)。牽引網(wǎng)發(fā)生短路時(shí)，短路電流往往比負(fù)荷電流大很多，尤其是在離牽引變電所很近的距離，短路電流成負(fù)荷電流的倍數(shù)增大，距離保護(hù)不能動(dòng)作，因此饋線通常設(shè)置電流速斷保護(hù)以消除距離保護(hù)的死區(qū)。但是牽引網(wǎng)的電流速斷靈敏度非常低，保護(hù)范圍很小，有時(shí)甚至沒有保護(hù)范圍。在本方案中為提高電流保護(hù)的適應(yīng)性，增加靈敏度，設(shè)置了低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)與距離保護(hù)構(gòu)成了饋線保護(hù)的雙重主保護(hù)。低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)能針對(duì)近點(diǎn)短路時(shí)的短路電流大的特性，快速切除系統(tǒng)的嚴(yán)重故障，同時(shí)配置電流增量保護(hù)作為后備保護(hù)。此外，牽引系統(tǒng)故障中，大多數(shù)故障都是瞬時(shí)性故障。為提高供電的可靠性與連續(xù)性，快速恢復(fù)供電，應(yīng)裝設(shè)有自動(dòng)重合閘裝置。

①距離保護(hù)。

距離保護(hù)作為主保護(hù)，必須快速切除全線的故障，國(guó)內(nèi)一般采用四邊形或多邊形阻抗特性的繼電器作為阻抗元件，其動(dòng)作特性如圖2所示。牽引變電所應(yīng)配置一段自適應(yīng)距離保護(hù)，保護(hù)的范圍是從變電所SS到分區(qū)所SP之間的距離。根據(jù)四邊形或多邊形阻抗特性繼電器的要求，整定值計(jì)算從線路阻抗（ab邊）和負(fù)荷阻抗（be邊）兩個(gè)方面進(jìn)行。

式中，K一般取1.1，U為最大負(fù)荷時(shí)母線最低工作電壓，I為最大負(fù)荷電流，φ為功率因數(shù)最低時(shí)的負(fù)荷阻抗角，φ為線路阻抗角即bc邊的傾斜角。

動(dòng)作時(shí)限考慮與機(jī)車斷路器配合一般取0.ls。

②低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)。

式中，K為可靠系數(shù)，一般取1.2，Iq為機(jī)車的啟動(dòng)電流大小，與機(jī)車的類型有關(guān)。

作為后備保護(hù)，動(dòng)作時(shí)限應(yīng)比主保護(hù)多一個(gè)時(shí)間級(jí)差Δt=0.3s，一般取0.4s。

④自動(dòng)重合閘裝置。

自動(dòng)重合閘裝置時(shí)限按照取2s整定。

3.1.2 越區(qū)供電時(shí)

在相鄰變電所或開閉所發(fā)生故障時(shí)，就需要通過(guò)分區(qū)所的接線來(lái)實(shí)現(xiàn)越區(qū)供電。此時(shí)牽引變電所應(yīng)裝設(shè)兩端距離保護(hù)。Ⅰ段作為本線路即SS1-SP區(qū)間的主保護(hù)。Ⅱ段作為本線路的近后備，也作為被越區(qū)間（一般為SP-SS2區(qū)間）的遠(yuǎn)后備，同時(shí)也應(yīng)裝設(shè)低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)、電流增量保護(hù)和自動(dòng)重合閘裝置。

①距離保護(hù)。

距離Ⅰ段整定計(jì)算：整定值的計(jì)算與正常供電時(shí)一樣，用式（1）、式（2）分別計(jì)算線路阻抗（ab邊）和負(fù)荷阻抗（be邊），動(dòng)作時(shí)限也取0.ls。

式中，Krel為可靠系數(shù)，可取1.5，X為單位測(cè)量阻抗，L1為本線路（SS1-SP）全長(zhǎng)，L2為被越區(qū)間（一般為SP-SS2）長(zhǎng)度，n為饋線流互變比，n為27.5kV側(cè)壓互變比。

負(fù)荷阻抗（be邊）動(dòng)作值：與正常供電時(shí)一樣用式（2）計(jì)算。

作為整個(gè)線路的后備保護(hù)，動(dòng)作時(shí)限應(yīng)與電流增量保護(hù)配合而多一個(gè)時(shí)間級(jí)差Δt=0.3s，一般取0.7s。

②低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)、電流增量保護(hù)和自動(dòng)重合閘裝置的整定計(jì)算與正常供電時(shí)一樣。

3.2 AT所、分區(qū)所饋線保護(hù)的配置及整定

3.2.1 正常供電時(shí)

根據(jù)以上分析在牽引網(wǎng)上發(fā)生故障時(shí)，需要將AT所、分區(qū)所處與線路連接的斷路器斷開，將系統(tǒng)解列成為上下行相互獨(dú)立的直供系統(tǒng)后才能逐一排除故障。因此，根據(jù)在發(fā)生故障時(shí)，線路的電壓會(huì)降低的特點(diǎn)可在AT所、AT分區(qū)所饋線設(shè)置失壓保護(hù)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生瞬時(shí)故障，饋線處斷路器再次合閘后，AT所、分區(qū)所處的斷路器應(yīng)裝設(shè)檢有壓自動(dòng)重合閘裝置來(lái)保證供電的連續(xù)性和可靠性。

①失壓保護(hù)。

失壓保護(hù)按照發(fā)生故障后，并聯(lián)點(diǎn)的最大電壓進(jìn)行整定，并且考慮一定的裕度，一般取接觸額定網(wǎng)壓的40%。

按照解列的要求，失壓保護(hù)要保證在牽引網(wǎng)發(fā)生故障之后，重合閘重合之前動(dòng)作。但由于AT所、分區(qū)所處要進(jìn)行故障測(cè)距，按照運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)該保護(hù)動(dòng)作時(shí)限可取0.1s或0.2s。

②檢有壓重合閘。

檢有壓重合閘裝置只有在進(jìn)線電壓高于整定值時(shí)才能進(jìn)行重合閘，因而稱為檢有壓重合閘，按照進(jìn)線電壓高于額定電壓的85%進(jìn)行整定。

為避免AT所、分區(qū)所同時(shí)重合閘AT變壓器同時(shí)產(chǎn)生勵(lì)磁涌流，動(dòng)作時(shí)限應(yīng)在牽引變電所饋線重合閘時(shí)限上增加ls，而AT所與分區(qū)所重合閘時(shí)限應(yīng)相差1s，故AT所與分區(qū)所時(shí)限配合有兩種，即AT所取3s，分區(qū)所取4s，或AT所取4s，分區(qū)所取3s?？紤]到如果分區(qū)所先檢有壓重合閘，那么線路可以形成上、下行迂回供電模式，因此本文采取AT所3s，分區(qū)所4s的整定方式。另外，采用這種方式在越區(qū)供電時(shí)分區(qū)所的檢有壓重合閘動(dòng)作時(shí)限保持不變?yōu)?s，當(dāng)線路發(fā)生瞬時(shí)故障，饋線斷路器重合成功后，分區(qū)所處3s的檢有壓會(huì)比第一種方法提前1s恢復(fù)越區(qū)供電區(qū)間的供電。

3.2.2 越區(qū)供電時(shí)

越區(qū)供電時(shí)分區(qū)所應(yīng)裝設(shè)Ⅰ段距離保護(hù)，其保護(hù)范圍主要為被越區(qū)間（一般為SP-SS2）。同時(shí)也應(yīng)裝設(shè)低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)作為雙重主保護(hù)，裝設(shè)電流增量保護(hù)作為后備保護(hù)。

①距離保護(hù)。

負(fù)荷阻抗（be邊）整定值：與正常供電時(shí)牽引變電所Ⅰ段一樣用式（2）計(jì)算。

作為被越區(qū)間的主保護(hù)，時(shí)限也取0.1s。

②低電壓?jiǎn)?dòng)的過(guò)電流保護(hù)和電流增量保護(hù)：整定計(jì)算與正常供電時(shí)牽引變電所Ⅰ段一樣。

③失壓保護(hù)與檢有壓重合閘：整定計(jì)算與正常供電時(shí)一樣。

4 結(jié)語(yǔ)

全并聯(lián)AT供電方式作為我國(guó)高鐵的主要供電方式在多年的運(yùn)行中取得了良好的效果，但由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在配置保護(hù)時(shí)就應(yīng)從交流牽引負(fù)荷特點(diǎn)、牽引網(wǎng)本身短路特點(diǎn)、正?；蛟絽^(qū)供電方式以及運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)多方面進(jìn)行考慮以達(dá)到最佳保護(hù)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]譚秀炳.鐵路電力與牽引供電系統(tǒng)繼電保護(hù)[M].第三版.成都：西南交大出版社，2005.8.

[2]劉興學(xué).高速鐵路牽引變電所繼電保護(hù)方案探討[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2013（01）：88-91.

[3]仵宇寧.高鐵牽引供電系統(tǒng)保護(hù)配置與整定[D].西南交通大學(xué)，2015.

[4]劉興學(xué).高速鐵路牽引變電所繼電保護(hù)方案探討[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2013（01）：88-91.

[5]李麗雅.高鐵牽引網(wǎng)運(yùn)行方式及保護(hù)配置[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2011（6）：59-61.