郑西高铁全并联越区供电时电流保护的改进

张桂林，刘晓路

0 引言

郑西高铁的牵引供电采用全并联AT 供电方式，但与之相配套的各种保护尚不成熟，大部分保护沿用了既有线的保护原理，需要在运行实践中检验，以进行有效改进，提高供电质量和可靠性。运行中，全并联AT 越区供电方式存在问题。越区供电时，会发生阻抗一段和变电所电流速断出口，所以在分区所设置电流速断保护是必要的，但原有的保护设计存在不足；同时分区所被越区段未设置低压电流速断保护，需要对原有设计进行优化改进。

1 电流速断保护的优化

1.1 原设计的电流速断保护

郑西高铁采用全并联AT 供电方式，全并联AT越区供电模型见图1。

郑西高铁原设计的电流速断保护工作原理：系统发生严重故障时为消除阻抗保护动作死区，设置该保护，对重负荷线路可以选择低电压闭锁、2 次谐波闭锁、谐波抑制特性。

郑西高铁原设计的越区供电时电流速断保护逻辑框图见图2。

依照原设计的电流速断保护原理，投入谐波抑制后，需要进行定值调整，其整定原则为

式中，Khr1为距离过流谐波加权系数，通过定值整定；I1、I3、I5分别为保护电流中的基波、3 次谐波、5 次谐波；50I0C、50I0C′分别为整定前后速断电流定值。

图1 全并联AT 越区供电模型图

图2 郑西高铁原设计电流速断保护逻辑框图

二次谐波闭锁电流速断保护：Kh1＜I2/ I1

低电压闭锁电流速断保护：U＜50I0V

50I0V= Udz= Umin/ KF×KK×ny

式中，Kh1为2 次谐波闭锁系数，通过定值整定；I2为2 次谐波；50I0V 为速断低压定值；KF为返回系数；KK为可靠系数；ny为电压互感器变比。

1.2 电流速断保护的改进

原设计保护原理存在的不合理之处在于该设计没有充分考虑郑西高铁运行动车的实际情况。郑西高铁线运行的动车组为CRH2 型高速动车，根据该动车注入电力系统谐波中3，5，7 次等较高频率的高次谐波含量很少的特点，所以原设计针对3，5，7 次等高次谐波的抑制功能已不起作用，应当剔除。

依据上述结果，原设计的电流速断应当做合适调整。

定值整定原则应调整为Idz= 50I0C

二次谐波闭锁电流速断保护：Kh1＜I2/ I1

低电压闭锁电流速断保护：U＜50I0V

区别于非高铁的牵引供电时的单侧电源供电，高铁的供电为双侧电源供电。为了保证全并联AT供电方式下保护动作的选择性，速断保护等均要求采用方向保护，这里速断保护可以参照原有设计选择的功率方向，功率方向公式为

方向继电器灵敏角α整定值取决于线路阻抗角，其方向特性见图3。

图3 功率方向特性图

依照上面电流速断保护的优化思路，改进后的电流速断保护逻辑框图见图4。

图4 改进后的电流速断保护逻辑框图

2 低压闭锁过流保护的改进

2.1 原设计的低压闭锁过流保护

全并联AT 越区供电方式下，当线路发生故障时，牵引变电所母线电压降低，如果母线电压低于低电压保护装置的动作电压，还应当给出低压信号，用于启动低压闭锁过流保护。

与原设计中电流速断保护相同，原保护原理没有充分考虑郑西高铁运行动车的实际情况，对于越区供电时的低压启动如同电流速断保护一样存在不足，原电流速断保护设计中未考虑全并联越区时电流速断的低压启动功能，从而在越区供电时会失去低电压启动功能，影响牵引供电系统的可靠性。

增加低压启动功能时，还应同时考虑电力系统谐波中3，5，7 次等较高频率的高次谐波含量很少而需要删除高次谐波抑制。

原设计的低压闭锁过流保护逻辑框图见图5。

图5 原设计的低压闭锁过流保护逻辑框图

从逻辑框图还可看出，在分区所处由于断路器273 和断路器274 的反方向短路，在增加低压启动功能时，还应去掉正功率方向功能；同时分区所处电流速断保护的时限t 可设为0 s，即变更为瞬时电流速断保护。

2.2 过流保护的改进

依照上面低压启动过流保护的优化思路，改进后的低压启动过流保护逻辑框图见图6。

图6 改进后的低压启动过流保护逻辑框图

过电流动作值：Idz= 1.2Ifmax/ KF×nL

式中，nL为分区所馈线电流互感器变比；Ifmax为最大负荷电流。

低电压启动值：Udz= Umin/ KF×KK×ny

式中，Umin为母线最低工作电压。

为了满足整定原则，过流保护装置动作电流确定后必须校验灵敏度km：

km= Idx/ nL/ Idz

式中，Idx为最大线路负荷电流。

越区时，如果最大负荷电流按一个供电臂上的最大电流整定，变电所馈线过流保护的灵敏度要求大于1.5，其实际灵敏度为2.5，那么在分区所越区时，其过流保护的灵敏度应大于变电所处的灵敏度，即：Km.SS>km.sp。同时，分区所过流保护的时限等级要比变电所处过流小一个差级，只有这样，当被越区段出现故障时，才能保证动作的有选择性和可靠性。

3 结语

在郑西高铁全并联AT 供电系统运行中，鉴于高铁牵引变电所在越区供电时出现的缺陷，曾经几度影响行车的实际情况，对既有设备进行了一系列改进。该过程中，通过对保护逻辑进行修改实现软件保护功能的改进和强化，并顺利移植入微机保护测控装置模块中。经实际运行检验，在灵敏度方面和选择性方面与牵引变电所其他保护装置能够有效地配合，模拟试验也非常成功，有效地解决了困扰郑西高铁越区供电的一个瓶颈，取得了预期的效果，对高速铁路全并联AT 供电方式的继电保护有着积极的推进作用。

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