客运专线牵引网保护方案设计

左 才，陈小川，李 波

0 引言

客运专线普遍采用全并联AT牵引供电系统，采用 2×27.5 kV（AT）供电方式，牵引变压器采用单相接线，外部电源采用 220 kV，接触网标称电压25 kV，长期最高电压 27.5 kV，短时（5 min）最高电压29 kV，设计最低工作电压20 kV；牵引变电所设2台（2×27.5 kV）单相变压器，二者互为备用；27.5 kV设备采用户内布置方式；27.5 kV侧母线采用电动隔离开关分段；馈线备用方式100%备用。

由于客运专线列车运行速度快、效率高、牵引负荷大、供电臂中负荷突变率高，因此为了保证高速客运专线牵引供电系统高效、可靠、安全地运行，牵引网需要配置新型保护装置。

1 馈线保护的配置

根据全并联 AT供电系统的牵引网特性，AT所和分区所并联于其中，为了满足继电保护的灵敏性、速动性、可靠性、选择性的要求，馈线保护配置如下：低电压启动过电流保护、I段阻抗保护、自动重合闸。

保护配置原理：

（1）低电压启动过电流。用于切除过电流的故障，对于不对称短路故障，由于要取用故障电流，故过流元件应装于电源侧，电压元件可取自牵引变压器低压侧。如电流大于整定值且时限大于动作时限时，则继电器动作。

（2）I段阻抗。距离保护是由阻抗继电器完成电压Uk和电流Ik的比值测量，根据比值的大小来判断故障的远近，并利用故障的远近确定动作时间的一种保护装置。通常将该比值称为阻抗继电器的测量阻抗，表示为Zk= Uk/ Ik（其中Zk为测量阻抗，Uk为测量电压，Ik为测量电流）。

I段阻抗保护瞬时动作，为保证选择性，保护区不能伸出该线路，即测量阻抗小于该线路阻抗时动作。可靠系数为0.8～0.85。

为了实现“前加速”，即接触网任何位置发生短路故障时，变电所的出口断路器都能瞬时动作，即实现I段阻抗保护，则需按供电线路全长的1.5倍整定阻抗。

2 AT所和分区所进线保护配置

AT所和分区所进线保护配置完全相同。根据全并联AT牵引供电系统中AT所的位置及断路器的设置，为了满足进线保护的四性要求并与馈线保护相配合，AT所进线保护配置如下：失压保护、检有压重合闸。

保护配置原理：

（1）失压保护。当接触网停电或因某种原因接触网电压降低过多（欠压）时（一般为额定电压的40%），小母线的断路器跳开，AT所和分区所被自动从接触网上切除，因而缩小了停电范围。

（2）检有压重合闸。即断路器跳闸后，根据断路器整定的时限进行检压，当检测到电压达到整定值时（一般为额定电压的85%），断路器重合闸。如果电压没有达到整定值，则不进行重合闸。

3 AT变压器的保护配置

AT所和分区所AT变压器保护配置完全相同。根据全并联AT牵引供电系统中AT所的作用及断路器的设置，并与馈线保护及进线保护相配合，AT所保护配置如下：过电流保护、差动保护、瓦斯保护、碰壳保护、通风和过热。

保护配置原理：

（1）过电流保护。由电流继电器，时间继电器和信号继电器组成，电流互感器和电流继电器组成测量元件，用来判断通过电流是否超过标准，时间继电器为防止变压器空载合闸时保护的误动。

正常运行时，电流继电器和时间继电器的触点都是断开的，当被保护区故障或电流过大时，电流继电器动作，通过其触点启动时间继电器，经过预定的延时，时间继电器触点闭合，将断路器跳闸线圈接通，断路器跳闸，故障线路被切除，同时启动信号继电器，发出告警信号。

（2）差动保护。在变压器励磁涌流中含有大量的 2次谐波分量，一般约占基波分量的 40%以上。利用差电流中2次谐波所占的比率K2作为制动系数，可以鉴别变压器空载合闸时的励磁涌流。在K2值小于D（D为2次谐波制动系数），同时满足比率差动其他判据时才允许保护动作。

（3）瓦斯保护。重瓦斯：设有相应开关输入量输入端子，以便通过该装置发送本地及中央信号，保护根据该开关量信号进行判定，动作时，发出跳闸或告警信号。轻瓦斯：设有相应开关输入量输入端子，以便通过该装置发送本地及中央信号，保护根据该开关量信号进行判定，动作时，发出告警信号。

（4）碰壳保护。即正常情况下不带电，而在绝缘材料损坏后或其他情况下可能带电的电器金属部分用导线与接地体可靠连接起来的一种保护接线方式。

把所有的一次电缆都穿过窗口TA，正常时TA相当于一个零序TA，只流过不平衡电流，当变压器绕组发生接地或碰壳时，流过的电流不再是不平衡电流，而是接地或碰壳电流，保护装置动作，否则不会动作。

（5）通风和过热。设有相应开关输入量输入端子，以便通过该装置发送本地及中央信号，保护根据该开关量信号进行判定，动作时，发出告警信号或启动通风装置。

4 结束语

针对客运专线全并联AT牵引供电系统的负荷电流值大、功率因数高及相对谐波含量少特点，本文提出的新型保护配置方案理论上可以保证牵引网保护之间的相互配合并满足保护的四性要求。为完善全并联AT牵引网的保护配置方案，还需要进行大量仿真和现场试验，并要与不同类型牵引变压器的保护互相配合，以便该保护方案能够应用于工程实践当中。

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