全并联AT供电方式下馈线保护的配置与整定

赵文飞

摘 要：高速铁路牵引供电系统的安全可靠运行是保证列车安全运行的前提，继电保护装置是保障牵引供电系统安全可靠运行的重要手段。针对我国高铁广泛采用的全并联AT供电方式，从正常供电和越区供电两个方面分析了馈线保护的要求，配置了相应的保护方案并探讨了整定计算的方法。

关键词：AT供电；馈线保护；整定

1 全并联AT供电方式

目前，我国高铁通常采用全并联AT供电方式，如图1所示。其特点是在AT供电方式的基础上，将上、下行接触网在每个AT所都进行一次横向电连接。这种接线方式可减少接触网单位长度阻抗，减少电压损失，增强供电能力，改善供电质量，但是这种供电方式的拓扑结构较普通AT或其他供电方式要复杂，在故障情况下电气参数变得更加复杂，使其对继电保护提出了更高的要求。

2 全并联AT供电方式馈线保护配置的总体思路

由于全并联AT供电方式结构的特殊性，保护配置方案与传统的牵引网保护有所不同。在这里主要体现的一个设计思路就是：当发生故障时，继电保护应首先将复杂的网络简单化，将系统解裂，让其变为不并联的单线供电臂，然后再利用各断路器重合闸逐一排除故障，这样就会大大简化保护的配置，快速锁定故障范围。

例如图1所示的全并联AT供电牵引网中，当k1点发生暂时性短路故障时保护启动，首先应将断路器QF1、QF2分断，然后AT1所的断路器QF3、QF4和分区所SP的断路器QF5、QF6因失压保护而分断，将系统解裂让其变为不并联的单线供电臂。QF5和QF6分断以后， QF1和QF2自动重合闸，馈线恢复供电。之后通过AT1所和分区所SP设置的检有压自动重合闸装置，将AT1所、分区所SP的QF3、QF4、QF5、QF6重合闸，系统恢复正常供电。当k1点发生永久性短路故障时，应首先跳开QF1和QF2，然后因失压保护跳开QF3、QF4、QF5、QF6，重合闸整定时间到后QF1、QF2优先重合闸，但由于是永久性短路故障，QF2重合后又跳闸而QF1重合闸成功，QF5因无压不重合闸， QF6重合闸成功，QF3因无压不重合闸，QF4重合闸成功，整个系统上行供电臂停止供电，下行供电臂恢复AT供电。

3 全并联AT供电方式馈线保护的具体配置

3.1 牵引变电所馈线保护的配置及整定

3.1.1 正常供电时

根据以上分析及交流牵引负荷与全并联AT供电系统短路参数的特点可知，反应电流值变化的电流保护灵敏度系数较低，一般不能作为馈线的主保护。方向阻抗继电器构成的距离保护灵敏系数较高，可用作牵引变电所馈线的主保护。牵引网发生短路时，短路电流往往比负荷电流大很多，尤其是在离牵引变电所很近的距离，短路电流成负荷电流的倍数增大，距离保护不能动作，因此馈线通常设置电流速断保护以消除距离保护的死区。但是牵引网的电流速断灵敏度非常低，保护范围很小，有时甚至没有保护范围。在本方案中为提高电流保护的适应性，增加灵敏度，设置了低电压启动的过电流保护与距离保护构成了馈线保护的双重主保护。低电压启动的过电流保护能针对近点短路时的短路电流大的特性，快速切除系统的严重故障，同时配置电流增量保护作为后备保护。此外，牵引系统故障中，大多数故障都是瞬时性故障。为提高供电的可靠性与连续性，快速恢复供电，应装设有自动重合闸装置。

①距离保护。

距离保护作为主保护，必须快速切除全線的故障，国内一般采用四边形或多边形阻抗特性的继电器作为阻抗元件，其动作特性如图2所示。牵引变电所应配置一段自适应距离保护，保护的范围是从变电所SS到分区所SP之间的距离。根据四边形或多边形阻抗特性继电器的要求，整定值计算从线路阻抗（ab边）和负荷阻抗（be边）两个方面进行。

式中，K一般取1.1，U为最大负荷时母线最低工作电压，I为最大负荷电流，φ为功率因数最低时的负荷阻抗角，φ为线路阻抗角即bc边的倾斜角。

动作时限考虑与机车断路器配合一般取0.ls。

②低电压启动的过电流保护。

式中，K为可靠系数，一般取1.2，Iq为机车的启动电流大小，与机车的类型有关。

作为后备保护，动作时限应比主保护多一个时间级差Δt=0.3s，一般取0.4s。

④自动重合闸装置。

自动重合闸装置时限按照取2s整定。

3.1.2 越区供电时

在相邻变电所或开闭所发生故障时，就需要通过分区所的接线来实现越区供电。此时牵引变电所应装设两端距离保护。Ⅰ段作为本线路即SS1-SP区间的主保护。Ⅱ段作为本线路的近后备，也作为被越区间（一般为SP-SS2区间）的远后备，同时也应装设低电压启动的过电流保护、电流增量保护和自动重合闸装置。

①距离保护。

距离Ⅰ段整定计算：整定值的计算与正常供电时一样，用式（1）、式（2）分别计算线路阻抗（ab边）和负荷阻抗（be边），动作时限也取0.ls。

式中，Krel为可靠系数，可取1.5，X为单位测量阻抗，L1为本线路（SS1-SP）全长，L2为被越区间（一般为SP-SS2）长度，n为馈线流互变比，n为27.5kV侧压互变比。

负荷阻抗（be边）动作值：与正常供电时一样用式（2）计算。

作为整个线路的后备保护，动作时限应与电流增量保护配合而多一个时间级差Δt=0.3s，一般取0.7s。

②低电压启动的过电流保护、电流增量保护和自动重合闸装置的整定计算与正常供电时一样。

3.2 AT所、分区所馈线保护的配置及整定

3.2.1 正常供电时

根据以上分析在牵引网上发生故障时，需要将AT所、分区所处与线路连接的断路器断开，将系统解列成为上下行相互独立的直供系统后才能逐一排除故障。因此，根据在发生故障时，线路的电压会降低的特点可在AT所、AT分区所馈线设置失压保护。当系统发生瞬时故障，馈线处断路器再次合闸后，AT所、分区所处的断路器应装设检有压自动重合闸装置来保证供电的连续性和可靠性。

①失压保护。

失压保护按照发生故障后，并联点的最大电压进行整定，并且考虑一定的裕度，一般取接触额定网压的40%。

按照解列的要求，失压保护要保证在牵引网发生故障之后，重合闸重合之前动作。但由于AT所、分区所处要进行故障测距，按照运行经验该保护动作时限可取0.1s或0.2s。

②检有压重合闸。

检有压重合闸装置只有在进线电压高于整定值时才能进行重合闸，因而称为检有压重合闸，按照进线电压高于额定电压的85%进行整定。

为避免AT所、分区所同时重合闸AT变压器同时产生励磁涌流，动作时限应在牵引变电所馈线重合闸时限上增加ls，而AT所与分区所重合闸时限应相差1s，故AT所与分区所时限配合有两种，即AT所取3s，分区所取4s，或AT所取4s，分区所取3s。考虑到如果分区所先检有压重合闸，那么线路可以形成上、下行迂回供电模式，因此本文采取AT所3s，分区所4s的整定方式。另外，采用这种方式在越区供电时分区所的检有压重合闸动作时限保持不变为3s，当线路发生瞬时故障，馈线断路器重合成功后，分区所处3s的检有压会比第一种方法提前1s恢复越区供电区间的供电。

3.2.2 越区供电时

越区供电时分区所应装设Ⅰ段距离保护，其保护范围主要为被越区间（一般为SP-SS2）。同时也应装设低电压启动的过电流保护作为双重主保护，装设电流增量保护作为后备保护。

①距离保护。

负荷阻抗（be边）整定值：与正常供电时牵引变电所Ⅰ段一样用式（2）計算。

作为被越区间的主保护，时限也取0.1s。

②低电压启动的过电流保护和电流增量保护：整定计算与正常供电时牵引变电所Ⅰ段一样。

③失压保护与检有压重合闸：整定计算与正常供电时一样。

4 结语

全并联AT供电方式作为我国高铁的主要供电方式在多年的运行中取得了良好的效果，但由于其结构复杂，在配置保护时就应从交流牵引负荷特点、牵引网本身短路特点、正常或越区供电方式以及运营经验多方面进行考虑以达到最佳保护效果。

参考文献：

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