对客运专线全并联AT供电方式馈线保护整定的探讨

汪国林

（上海铁路局 建设处，上海200071）

对客运专线全并联AT供电方式馈线保护整定的探讨

汪国林

（上海铁路局 建设处，上海200071）

通过对直供、AT供电和全并联AT供电方式的接触网阻抗以及测量阻抗的比较，分析客运专线接触网在不同运行方式下需要保护的范围，并结合上海铁路局客运专线牵引供电专业的运行实践，探索接触网阻抗变化规律，寻求接触网馈线保护的整定方法来提高其保护装置的性能。当电气化铁路的接触网一旦出现故障，馈线保护装置能够迅速将故障设备与供电系统隔开，避免扩大故障范围。

接触网；全并联AT供电；测量阻抗

客运专线的接触网采用全并联AT供电方式以满足列车牵引负荷大和运行密度高的要求，牵引变电所采用两路互为热备用的220 k V线路变压器组，每组由2台单相牵引变压器构成V/X结线，变电所出口不安装AT，同一方向上、下行接触网由不同的断路器分别供电，在AT所、分区所通过不同的断路器连接到AT上。但是这种供电方式在故障时的情况比较复杂，因此掌握它的各种故障特性，使综合自动化装置满足保护的精确性、可靠性、灵敏性和速动性等要求，对确保牵引供电系统的安全十分重要。

1 全并联AT供电方式的故障类型

当接触网发生故障，馈线保护装置启动断路器跳闸，AT失压解列，如果是瞬时故障，则牵引变电所断路器一次重合闸成功，此时接触网是直供方式，AT所、分区所断路器检有压重合闸成功，恢复正常供电；如果是永久故障，故障侧馈线断路器重合闸动作后，馈线保护装置再次启动断路器跳闸，AT所、分区所检测到接触网无压，重合闸不启动，此时故障侧接触网被隔离，而非故障侧重合闸动作接触网恢复AT供电方式。由此可见，全并联AT供电方式的接触网在故障时出现直供、AT供电方式，因此馈线保护装置必须同时满足直供、AT和全并联AT供电方式的保护需求才能保证牵引供电系统安全。

AT供电网络中有T－R、F－R和T－F 3种短路形式，其中F－R短路故障和T－R短路故障的分析基本相同，只是将当量电路中的F和R互换，在计算当量阻抗Z1、Z2和Z3时将T、F线的阻抗互换就得到F－R阻抗，因此下面重点分析T－R和F－T短路参数。

2 AT供电方式故障分析

（1）T－R故障

（2）测量电流、电压和阻抗

图1 简化的单线AT当量电路及电参数测量接线

（3）T－F故障

在变压器V/X结线系统中，图2是直供或AT供电方式T－F短路的实际电路，U1＝E－I1Xb1；U2＝E

图2 直供或单线AT供电方式T－F短路实际电路

3 全并联AT供电方式故障分析

这种供电方式在整个供电臂范围内短路情况不尽相同，应按下列2种情况来进行分析。

（1）牵引变电所和第一个AT所之间T－R故障图3是当量电路，牵引网总阻抗

图3 牵引变电所和AT所之间T－R故障的AT网络当量电路

图4 牵引变电所和AT所之间的T－F故障的AT网络实际电路

（2）牵引变电所和第一个AT所之间T－F故障

图4是实际电路，可列关系式（1），式（2）

（3）AT所与AT所或分区所之间T－R故障

图5 AT所与AT或分区所之间的T－R故障AT网络当量电路

图6 AT与AT所或分区所之间T－F故障AT网络实际电路

（4）AT所与AT所或分区所之间T－F故障

图6是实际电路，计算得IT1＝IT2＝IF1＝IF2＝

（5）直供方式T－R故障

在全并联AT供电方式下，距牵引变电所L，km处发生T－R、F－R故障时，仅故障线路有测量电流，I测＝I，测量阻抗Z测＝KIZDL/KU，ZD为单位阻抗。

4 接触网馈线保护

按照高铁设计规范接触网馈线保护有阻抗、过电流和电流增量保护。

（1）阻抗保护

图7 接触网馈线保护阻抗特性

图8 各种运行方式的测量阻抗曲线

（2）过电流保护

按躲过馈线最大负荷电流整定，I＝KKIFHmax。

（3）电流增量保护

按躲供电臂最大机车启动电流来整定。

5 馈线保护整定存在问题分析

由于全并联AT供电方式复杂，在确定接触网馈线保护定值时，设计往往没有考虑其所有故障类型，运行中发生故障，保护装置可能拒动，这将危及供电系统安全。

（1）案例

下面是客运专线上进行金属性T－R、F－R人工短路试验结果，系统最小短路容量4 926 MVA，变压器Xb＝3.78Ω，L1、L2（含供电线）分别是12.7，14.6 km，短路点L＝22.14 km。设计定值是阻抗Ⅰ段电抗58.46Ω，0.1 s；负荷阻抗55.65Ω，过电流2 071 A，0.1 s；电流增量880 A，0.7 s。T－R永久短路，阻抗Ⅰ段和重合闸动作正常；F－R永久短路，阻抗Ⅰ段动作，一次重合闸启动后，故障侧电流增量保护动作，过电流和阻抗Ⅰ段均未动作。

（2）原因分析

依据接触网材质和安装参数并根据计算［2］的接触网单位阻抗见表1，根据和接触网短路总阻抗计算短路电流［3］，表2、表3分别为计算、试验实测的短路电流及短路电抗数据。设计仅依据T－R的单位电抗0.34Ω/km来整定X边，Kk取1.2。而F－R单位电抗是0.47Ω/km，X计算＝56.8Ω，X实测＝60.2Ω，X实测大于整定值58.46Ω，阻抗Ⅰ段保护不动作；I计算＝1 873 A，I实测＝1 845 A，均小于整定值2 071 A，过电流保护不动作，所以保护不能正确动作的原因是整定值不合理。

表1 不同运行方式的接触网阻抗

表2 各种情况下的电流 A

表3 各种情况下的电抗（Ω，并包含电流、电压比） Ω

（3）保护整定

X应取直供、AT及全并联AT供电方式的T－R、F－R和T－F故障出现的最大测量电抗，比较表1各种故障类型的电抗，直供F－R故障电抗最大，需按此来整定X。设计定值仅设阻抗Ⅰ段保护到分区所位置，Kk按照设计规范“50 km以下线路不小于1.5”的要求，X应为105。

6 结束语

（1）对全并联AT供电方式，设计应提供直供、AT和全并联AT供电方式的T－R、F－R和F－T故障的接触网阻抗，对各种故障情况下的阻抗进行比较来确定合适的定值。图8是根据表1数据和直供、AT和全并联AT供电方式F－R、T－R及F－T间测量阻抗所绘制的测量阻抗与故障位置的关系曲线。可见同一种运行方式下F－R、T－R和F－T类型故障的测量阻抗由大变小；通过一个AT后，AT和全并联AT方式在同一种故障情况下测量的长回路阻抗相等，但是全并联AT方式的段中阻抗比AT方式的段中阻抗大。

（2）在案例中，过电流定值是2 071 A，从表2可知，T－R、F－R短路的最小短路电流分别是2 021 A、1 599 A，过电流保护并不能可靠保护整个供电臂的TR、F－R故障，所以，此时选择合理的阻抗保护就显得尤其重要。

①正常供电：阻抗仅设Ⅰ段保护时，电抗值应取整个供电臂各种故障出现的最大电抗；如按照接触网TR电抗来整定阻抗Ⅰ段保护，应增设阻抗Ⅱ段保护，取F－R故障的最大电抗来整定，时间级差取0.2 s。

②越区供电：越区供电时馈线要保护到相邻的牵引变电所位置，其中相邻牵引变电所和最远的AT之间为直供方式。阻抗Ⅰ段按照保护到相邻牵引变电所的全并联AT方式的T－R电抗来整定，阻抗Ⅱ段必须按照覆盖整个供电范围所有故障的最大电抗来整定。

（3）运营中，各条供电臂的最大负荷电流时刻被跟踪，就电流保护而言，以实际的最大负荷电流来整定过电流保护比较好，特别在线路开通初期，牵引负荷没有达到设计最大值，而根据现状确定过电流定值，定值不大，则保护范围扩大，作为阻抗的后备保护功能更强。

（4）从图8的测量阻抗曲线可以看出，全并联AT供电方式在靠近变电所位置、供电臂末段或最大电抗位置的T－R、F－R和F－T故障的测量阻抗比较大，在客运专线开通前，选取这些处所做短路试验对验证设计定值比较有代表性，为今后运营提供比较可靠的数据。

［1］ 辛成山.AT供电系统等值电路推导方法［J］.电气化铁道，1999，（1）：17-20，35.

［2］ 电气化铁道设计手册－牵引供电系统［M］.北京：中国铁道出版社，1988.

［3］ 贺威俊，简克良.电气化铁道供变电工程［M］.北京：中国铁道出版社，1982.

Discussion About the Adjusting the Feeding-line Protection in All-parallel AT Traction System in Railway Line for Passenger Traffic

WANG Guolin
（Department of Construction，Shanghai Railway Bureau，Shanghai 200071，China）

Based on the comparison of the impedance and measured impedance in direct feeding system，AT Traction system and all-Parallel AT traction system，protected Scope of traction network of High speed dedicated passenger line under different operation mode is analyzed.Combined with professional practice in railway line for passenger traffic，researching the regular pattern of impedance，looking for the method of adjusting the feeding-line protection，the property of the protection equipment is enhanced.Once the fault in the traction electric network occurs，the feeding-line protection equipment will rapidly separate the broken equipment from the electric traction supply system to avoid enlarging the fault.

overhead contact system；all-parallel AT traction system；measured impedance

U233.6

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.02.29

1008－7842（2014）02－0116－05

5—）男，高级工程师（

2013－09－26）