牵引变电站站域快速后备保护应用研究

中铁二院工程集团有限责任公司 付 莉

中铁二局电务公司 王永恒

牵引变电站既有保护采用面向设备一对一的元件保护，其后备保护通常按阶梯时限来整定，保护动作时限长，不能快速切除故障，同时不同元件的保护相互独立，信息不共享，基于本地信息的保护决策也难以对各类故障做出最优判断，不能满足目前高速铁路对继电保护更高、更严的要求。

针对既有保护的不足，借鉴电力系统层次化保护中的站域保护思想，本文探讨了牵引变电站站域后备保护方案，并通过数字继电保护测试仪PNF803、以太网交换机和PC机搭建的软件测试平台，对站域保护相关功能进行测试。

保护误动作不能及时识别、闭锁。当牵引供电系统出现异常情况时，馈线可能会出现过电流等非正常的运行状态，导致相应母线误动作。

由上可知，基于信息共享的新型保护研究具有实际意义。本文探讨的牵引变电站站域后备保护也是基于该思想。

1 既有保护方案及分析

典型牵引变电站保护装置配置如表1。低电压启动过电流保护将切除故障，但是按照整定时限，其往往要过1s左右才动作，动作时限长，不能实现故障的快速切除。

表1 典型牵引变电站的保护配置

（2）保护装置缺乏全局信息，缺乏对某些故障的快速识别。如：牵引网发生故障时，馈线保护不能识别出故障供电臂，因而两条供电臂都会暂时先断电，扩大了停电范围；当牵引网出现异相短路时，单个IED的保护不能快速识别出该故障。

（3）当断路器失灵时，上级断路器在检测到故障时，可以跳闸切除故障，一般要延时0.4～0.5s，动作时间长。

（4）保护误动作不能及时识别、闭锁。当牵引供电系统出现异常情况时，馈线可能会出现过电流等非正常的运行状态，导致相应母线误动作。

由上可知，基于信息共享的新型保护研究具有实际意义。本文探讨的牵引变电站站域后备保护也是基于该思想。

2 牵引变电站站域后备保护方案

2.1 站域后备保护的冗余信息

站域保护是指面向牵引变电站，能够获得覆盖整个牵引变电站

表1 中保护装置能够满足牵引变电站基本运行要求，但由于各保护装置彼此间相互独立，缺乏有效协调，存在一定的不足：

（1）后备保护动作时限长，不能实现某些故障的快速切除。如27.5kV侧低电压启动过电流保护，该保护是牵引变压器的后备保护，同时也是相应馈线的远后备保护，因此，其动作时限比馈线保护最长时限还要高出一个∆t。当馈线发生故障且馈线主保护拒动时，低压侧各个方面的信息，可以利用共享信息进行综合判断、集中决策，实现保护功能的优化，实现对就地层保护的冗余，同时也作为广域保护的子站。站域后备保护的冗余信息如图1所示。

图1 站域后备保护的冗余信息

为获得牵引变电站全站的信息，需要对其合并单元和智能单元进行配置，可参考电力系统智能变电站中采用的间隔配置方法。

2.2 站域后备保护中的新型保护功能

牵引变电站站域后备保护基于全站共享的冗余信息，其整体保护配置如表2。

从表2知，牵引变电站站域后备保护不仅配置了牵引供电系统应用成熟的保护原理，同时也考虑了基于站域信息的新型保护功能。

表2 牵引变电站站域后备保护的保护配置

3 站域后备保护功能验证测试

3.1 测试平台的构建

采用智能继电保护测试仪PNF803来搭建测试环境，主要包括1台继电保护测试仪PNF803；2台PC机，一台用于运行保护测试仪PNF803的Power Test，一台用于运行保护程序；1台以太网交换机；1台光电转换器。

3.2 母线快速保护功能测试

以某牵引变电站的计算参数为基础：牵引变压器容量为40000kVA，高压侧母线电压为220kV，高压侧三相额定电流分别为181.82A、314.92A、181.82A，低压侧母线额定电压为27.5kV，低压侧母线最低工作电压22kV，低压侧α相、β相额定电流为1454.55A、1454.55A，牵引变压器高压侧、低压侧CT接线系数均为1，牵引变压器高压侧CT、PT变比分别为500、2200，牵引变压器低压侧CT、PT变比分别为2500、275，差流速断保护可靠系数为1.20，过电流保护的可靠系数为1.20，低电压保护返回系数为1.05。

运行保护程序，运行结果如图2，跳闸信息以GOOSE形式发送出去。

图2 低压侧α相母线保护的测试结果二

从测试结果看出，当母线发生故障时，母线快速保护启动自身低电压过电流保护判别，若该判别成立且没有收到相应馈线主保护的动作信号时，迅速判断出母线故障，经整定时限，母线保护在启动后0.1s实现保护出口，发出相应跳闸信号，实现了母线快速保护。

结论：随着技术发展，不同间隔间实现了信息共享，如何有效利用共享的信息研究新的保护方案及保护算法，对牵引供电系统继电保护来说是一件有实际意义的工作。站域后备保护配置集中后备保护，可以利用站域信息快速判断故障，可以避免既有继电保护中多个后备保护间的相互配合，将后备保护动作时间由既有1s及以上缩短到0.2s，实现快速后备保护。同时，基于站域信息的新型保护功能应用对于牵引变电所安全可靠运行提供更有力的保障。