呂 朝，吳向陽，李書全，劉 維

0 引言

隨著我國鐵路牽引供電和電力技術(shù)的發(fā)展，牽引變電所向量保護調(diào)試是一項關(guān)鍵的試驗項目，如何利用各種通流加壓技術(shù)的特點，發(fā)現(xiàn)潛在的繼電保護故障，提高供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時降低試驗成本，減輕現(xiàn)場試驗人員的工作量，做好保護調(diào)試工作是本文研究的重點。

1 現(xiàn)有技術(shù)方案介紹

1.1 直接帶載法

直接帶載法是在系統(tǒng)中接入額定工作電壓，在變壓器二次側(cè)接入大容量的無功負載（高壓并聯(lián)電容器或電抗器）或常規(guī)負荷，利用負載電流產(chǎn)生所需要的保護電流來判斷保護極性。

直接帶載法一般在變壓器或母線帶電運行后實施，對電力系統(tǒng)沖擊較大。該方法的特點是直接利用了系統(tǒng)工作電壓，產(chǎn)生的電流也為真實的系統(tǒng)電流，因此，其潛在的故障可能影響到供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，該方法存在較大的風險。

1.2 低壓短路法

低壓短路法是在系統(tǒng)中接入三相380 V 電源，利用變壓器低壓側(cè)短路形成短路電流[1]，然后采用三相電力參數(shù)測試儀逐一檢查流入保護裝置的電流幅值、相位極性。該方法的特點是簡單方便，易于實施，且試驗所需電源容量較小，對試驗電源的要求低。其缺點也非常明顯：抗干擾能力差，試驗電壓的品質(zhì)（如電壓波動、三相不對稱等）會對試驗造成影響；試驗電壓低，電壓互感器PT 二次回路電壓非常低，較難判別變比極性的正確性；產(chǎn)生的短路電流大小不可控，流過電流互感器的二次電流最小只有數(shù)毫安，在裝置零漂較大時不易判別。

1.3 變送器加量法

變送器加量法是利用繼電保護測試儀或交流變送器加量裝置，對交流電壓、電流二次回路進行加量并檢測。變送器加量法可以模擬任何電壓等級的繼電保護正常態(tài)和故障態(tài)[2]，但同樣存在局限性：一是繼電保護測試儀造價較昂貴，一般只在電氣設(shè)備交接試驗和預(yù)防性試驗中使用；二是無法滿足全所檢查的要求，只在互感器二次回路進行加量，最多只能檢查互感器二次回路至保護裝置這一層級的問題（如接線錯誤、開路、短路，檢查保護裝置參數(shù)設(shè)置是否正確），對保護裝置進行精度校驗、定值校驗及保護傳動，當出現(xiàn)一次接線錯誤，或互感器本身變比極性錯誤時，變送器加量法就顯得捉襟見肘。

1.4 一次模擬負荷法

一次模擬負荷法利用模擬帶負荷繼電保護向量檢測裝置，從牽引變電所一次回路直接加量（電壓電流分開加量），對母線差動保護、變壓器差動保護、饋線保護二次回路的正確性進行驗證。

模擬帶負荷繼電保護向量檢測裝置由主機、升壓轉(zhuǎn)換裝置、升流轉(zhuǎn)換裝置、阻抗匹配裝置、無線選頻伏安相位測試儀、試驗連接線及操作終端組成，裝置原理如圖1 所示。三相電源經(jīng)主機整流濾波、逆變?nèi)A濾波輸出穩(wěn)定的兩組三相電源，其相幅值、相位頻率均可調(diào)，一組至升壓轉(zhuǎn)換裝置接PT 一次，一組至阻抗變換裝置或升流轉(zhuǎn)換裝置接一次母線，可以模擬各種一次負荷。試驗參數(shù)可通過操作終端進行設(shè)置，配合無線選頻伏安相位測試儀，實現(xiàn)多種功能的試驗保護調(diào)試。

圖1 模擬帶負荷繼電保護向量檢測裝置原理

1.4.1 全所PT 加壓試驗

利用主機+升壓轉(zhuǎn)換裝置可以模擬高電壓，從PT 一次同時加量，試驗電壓可達10 kV，單相加壓時對PT 相序、變比、一次接線、二次回路接線的正確性，保護裝置變比參數(shù)設(shè)置，電壓采集情況進行檢查。三相加壓時可以對PT 極性、保護裝置采集的相位角進行驗證。表1 所示為某次PT 加壓測試的數(shù)據(jù)。

表1 PT 加壓測試記錄

1.4.2 母差保護試驗

母差保護試驗利用主機+升流轉(zhuǎn)換裝置，從母線任一支路通入試驗電流，其他支路經(jīng)地形成回路電流。圖2 為牽引變電所母差保護試驗示意圖。

如圖2 所示，103LH、104LH 分別為兩路進線流互，1LH、2LH 分別為兩路主變流互，試驗時103、104、1001、1002 閉合，試驗電流經(jīng)103LH極性端流入，經(jīng)過斷路器、母聯(lián)隔開后再經(jīng)過各支路的流互與地形成回路。根據(jù)母差保護原理，應(yīng)保證輸入母差保護裝置交流電流回路的流互一次繞組、二次繞組的電流極性一致，在保持現(xiàn)有流互一次極性不變的情況下，調(diào)換進線流互103LH、104LH 或主變流互1LH、2LH 二次極性，即可滿足母差保護要求。需要注意的是，調(diào)換極性時進線和主變流互極性只需選一種調(diào)整，但兩路應(yīng)同時調(diào)整，并在保護裝置上讀取保護電流的幅值、相位及差流，以確認保護向量正確。表2 所示為某牽引變電所母差保護加流測試數(shù)據(jù)。

圖2 牽引變電所母差保護試驗示意圖

表2 母差保護加流測試記錄

通過表2 數(shù)據(jù)可以看出，對于母差保護試驗，可以從母線一次直接施加電流，從保護裝置中可以同時直接讀出施加電流的幅值及相位角，以及母線差動制動的計算量，既檢查了流互的變比極性，又檢查了二次回路接線以及保護參數(shù)設(shè)置，當流互極性錯誤時，在裝置中可直接顯示，便于對錯誤及時進行改正。該試驗方法效率較高，且能有效檢查母差保護的正確性。

1.4.3 主變差動保護試驗

主變差動保護試驗利用主機+阻抗轉(zhuǎn)換裝置，根據(jù)變壓器阻抗大小，通過改變阻抗轉(zhuǎn)換裝置繞組的串并聯(lián)方式進行匹配，利用短路電流模擬一次差動電流。試驗可分為單相、兩相、三相試驗，對流互變比、極性、二次接線、保護配置進行檢查，從而檢查差動保護回路的正確性。圖3 為牽引變電所差動保護試驗示意圖。

如圖3 所示，1LH 為主變高壓側(cè)流互，201LH、202LH 分別為主變低壓側(cè)流互，試驗時101、201、202 閉合，經(jīng)過阻抗匹配，試驗電流經(jīng)101LH 極性端流入，經(jīng)過101 斷路器、主變感應(yīng)至低壓側(cè)，而后再經(jīng)過流互201LH、202LH 與地形成回路。

圖3 牽引變電所差動保護試驗示意圖

主變差動保護試驗在原理上與低壓短路法相似，但通過阻抗變換，增加了阻抗匹配的過程，增大了試驗電流，試驗電流可控，電流幅值、相位均可以自由調(diào)節(jié)。對于以電壓相位角判定相位的差動保護裝置，可以結(jié)合全所PT 加壓試驗同時進行。表3 所示為某所主變差動保護加流測試數(shù)據(jù)。

表3 主變差動保護加流測試記錄

通過表3 可以看出，經(jīng)過阻抗匹配后，主變差動保護試驗的電流明顯增大，同樣可以從保護裝置中直接讀出施加電流的幅值及相位角，以及差動制動的計算量，可有效檢查差動保護極性的正確性。

1.4.4 饋線保護試驗

饋線保護試驗可以在主變差動保護試驗的基礎(chǔ)上直接利用饋線接地產(chǎn)生短路電流，除接地外不需要更改試驗接線，試驗工作量相對較小，但試驗電流大小受變壓器短路阻抗影響。也可以參考母差保護試驗的方式，利用升流裝置對饋線一次側(cè)逐一進行加流，試驗電流增大，試驗工作量也有所增加。

2 方案對比分析

本節(jié)對現(xiàn)有幾種通流加壓技術(shù)方案進行對比，如表4 所示。

表4 幾種通流加壓技術(shù)對比

直接帶載法是唯一一個在牽引變電所送電后實施的帶負荷試驗方法，整個試驗過程均在系統(tǒng)電壓下實施，危險性較大，送電投運前若存在未發(fā)現(xiàn)的潛在繼電保護故障，極易對電力系統(tǒng)造成沖擊。

低壓短路法利用變壓器短路電流來驗證保護極性，試驗過程中沒有高電壓大電流，相對較為安全，試驗成本低，可操作性強，但試驗電流一般較小，且容易受到干擾，使用場景有限。

變送器加量法通常是按照單系統(tǒng)單間隔的方式進行調(diào)試，不能保證全所交流回路的正確性。雖然變送器加量試驗是電氣設(shè)備交接試驗中必不可少的一個環(huán)節(jié)，但因為加量法從原理上來說存在局限性，不能徹底發(fā)現(xiàn)全所的問題。

一次模擬負荷法的優(yōu)點是直接輸出高電壓大電流，既檢查了一次回路接線，又檢查了二次回路接線，可以較為真實地反映互感器在近似于額定工況下的狀態(tài)[3]。其特點包括：（1）因為模擬了較大的電壓、電流值，測量值和保護值均可以在保護裝置中直接讀出，并利用無線選頻伏安相位測試儀對向量正確性進行輔助確認。（2）可以模擬施加單相電壓電流值，以檢查互感器變比是否正確、電壓互感器二次回路接線有無短路、電流互感器二次回路接線有無開路以及保護裝置中變比參數(shù)設(shè)置的正確性；可以模擬施加三相電壓電流，以檢查相位極性的正確性，檢測流入保護裝置的電壓、電流幅值及相位的正確性；可以模擬施加兩相電壓電流，以檢查PT 二次開口三角接線的正確性及流入保護裝置的保護電壓是否正確。（3）可以對全所的PT 相序一致性進行檢查；對PT 零序電壓進行檢查。

3 技術(shù)展望

目前，直接帶載法由于其特殊性，在一段時期內(nèi)仍繼續(xù)存在一定應(yīng)用場景。低壓短路法因其簡單易行，雖然使用效果一般，仍得到了較為廣泛的應(yīng)用，但隨著一次模擬負荷法的推廣，其被淘汰也是大勢所趨。變送器加量法所使用的繼電保護測試儀也在向無線、模塊化、輕型化發(fā)展，如硬件方面采用分體設(shè)計、主從設(shè)計，電壓電流可隨意組合，主機、從機利用無線或GPS 同步技術(shù)；軟件方面可以跨平臺多終端操作，可利用程序?qū)崿F(xiàn)自動化測試，減少人為干預(yù)，同時也減少人為因素引起的問題。對于一次模擬負荷法，同樣需要走輕量化、模塊化、堆疊化、多功能化設(shè)計的發(fā)展路線。堆疊化設(shè)計有利于設(shè)備的裝卸運輸，模塊化設(shè)計有利于減少試驗前的準備時間，輕量化有助于降低現(xiàn)場試驗人員的勞動強度。增加多機同步功能，使得超遠距離的線路保護一次同步加量成為可能。隨著我國鐵路建設(shè)的發(fā)展，智能化變電所在鐵路牽引供電系統(tǒng)中得到了應(yīng)用[4]，對于智能化牽引變電所廣域保護調(diào)試中如何進行通流加壓試驗，是需要進一步深入研究的課題。

4 結(jié)語

本文針對鐵路牽引變電所向量保護調(diào)試需求，介紹了幾種所內(nèi)通流加壓技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)試經(jīng)驗和數(shù)據(jù)，對比分析了每種技術(shù)的特點，同時對通流加壓技術(shù)進行了展望。面對鐵路牽引供電系統(tǒng)的發(fā)展，如何充分利用現(xiàn)有技術(shù)，因地制宜地開展調(diào)試試驗，是一項需持續(xù)重點關(guān)注的工作。