高速铁路牵引变电所继电保护方案优化研究

徐金龙

摘要：目前经济的发展，城镇化进程的加快，促进交通建设项目的增多。随着我国经济社会的不断发展，对交通的要求也越来越高，其中高速铁路为了适应时代的发展也在不断提高自身的建设质量，通过创新引进新技术，逐渐满足了人们的日常出行混入交通运输的需求。但是高速铁路的发展带来的不仅仅是优势，还会出现一些新问题，特别是在高速铁路牵引变电所继电保护方案方面常常会出现管理不当设计不当的问题。本文就高速铁路牵引变电所继电保护方案优化展开探讨。

关键词：高速铁路;牵引供电系统;继电保护

引言

继电保护是牵引变电所的心脏，其作用是在牵引供电系统发生故障或异常情况时进行报警、快速切除和隔离，以减小停电范围、缩小故障停电时间，从而提高牵引供电系统运行的可靠性。按照继电保护的基本要求，必须满足选择性、速动性、灵敏性和可靠性。一旦继电保护装置发生故障退出，将严重威胁牵引供电系统的安全运行，轻则使牵引供电设备得不到保护，重则造成设备和财产损失，导致牵引变电所的解列退出，影响正常行车秩序。

1高速铁路牵引变电所在220kV电网中位置分析

根据《高速铁路设计规范》，电力系统向高速铁路牵引变电所提供两路独立电源，并且线路中间不允许T接其它负荷，牵引变电所是电力系统的终端负荷。无论是牵引变电所电源进线故障还是牵引变电所内部故障，都不会影响220kV电网中的其它电力用户。此外，高速铁路牵引变电所一般不存在穿越功率。由高速铁路牵引变电所在220kV电网中的位置及其特点可以看出，高铁用户不同于电力系统的220kV一般用户，其保护配置也有别于电力系统220kV变电站传统保护配置。同时，为牵引变电所供电的220kV线路保护也应该根据牵引用户的特点进行配置，在满足用户需求和电网要求的前提下尽量简化配置。

2高速铁路牵引变电所继电保护方案优化

2.1电力系统线路保护

现如今我国一般的各项运用电能的设备都是应用电压为220kV左右的线路，在高速铁路上所应用的是在220kV以上的电压，主要传播途径是光纤传播，并且通过它來进行线路电流差动保护。光纤电流差动保护具有选择性好、解决问题效果好的优势，对与解决保护区内的故障有着明显的效果。但是电流差动保护的进行是具有一定条件的，是必须要保证电力负荷在被保护线路的区域以外，这样才能够使牵引网进行差动保护工作的时候躲过最大负荷电流。

2.2变压器过热负荷保护

牵引变压器作为电气化铁路中的一个主要供电设备，对铁路运行的经济性和安全性均有较大影响。当长时间出现热状态下，会导致变压器绝缘材料的弹性丧失，影响电气强度。为了延长变压器的使用年限，确保其在过热情况下不至于损坏变压器绝缘，我国的变压器标准明确规定了变压器的温升限制。当前，主要使用定时限过负荷来对牵引变压器进行保护，并利用过电流动作和过电流倍数来实现。这种保护方案的适用性比较小，当负荷定值整定比较高时，会使变压器持续保持在过负荷的状态下，影响变压器的使用年限。而当整定值过低时，会使变压器频繁出现跳闸情况，对变压器过负能力的发挥有比较大的影响。导致这种情况出现的根本原因是保护方案无法将变压器温升反映出来，使变压器实际的过负荷能力和保护方式不匹配。而使用热点温度来限制负荷，可以更加准确、真实地将变压器内部的热状态反映出来，可以提升牵引变压器过负荷的能力。在测量温度时，可以使用间接测量和直接测量的方式来进行测量，其中间接测量是利用变压器时间对电流的特性曲线来将内部温升反映出来的，而直接测量是使用温度传感器设备安装在内部发热体上来实现的。由于铁路牵引负荷具有持续时间长、负荷电流大等特点，当前使用的定时限过负荷己经不能再满足实际运行的要求，在未来会使用热过负荷保护取代时限保护。

2.3馈线热过负荷保护

馈线热过负荷保护的工作原理主要是通过采集外界环境温度和接触线电流，通过内部程序计算，将计算结果与接触线的固有特性相比较，在不同情况下发出报警、跳闸命令，从而达到保护接触网的目的。馈线热过负荷保护的保护对象是接触线。接触线有其自身固有的热特性，是一条以电流为变量的反时限曲线。这就要求保护装置整定的曲线与接触线的固有曲线进行配合。同时，保护装置的整定曲线还应与馈线的电流保护进行配合。触线的通过电流及其持续时间表现为接触线温升及其对接触线机械性能的影响。也就是说接触线的耐热能力的强弱表现为接触线允许持续电流的大小。在一定意义上可以认为确定接触线的热特性就是确定接触线的允许持续电流。接触线包括由变电所馈线断路器至接触网上网处的供电线、接触网。供电线的允许持续电流由供电线的材质决定，接触网的允许持续电流则由接触导线和承力索共同决定。流经供电线的电流经接触导线和承力索分流，因此接触网的允许持续电流为接触导线的允许持续电流与此时承力索中电流之和。在接触导线和承力索的材质确定后可以通过计算算出接触网的允许持续电流。比较接触网允许持续电流和供电线允许持续电流的大小，选择较小的作为接触线的允许持续电流，并由此确定接触线的热特性。高铁和客运专线牵引负荷具有负荷电流大、持续时间长的特点，现有的定时限过负荷保护已经不适应当前的运行要求，在将来的工程中将采用热过负荷保护替代定时限保护。

结语

综上所述，促进我国高速铁路的正常运行和使用寿命，必须要在牵引变电所继电保护方面加大力度，其能够保证高速铁路在运行的时候，电力供电系统的正常运转。但是由于我国高速铁路发展时间短、发展速度快，相关保护技术跟不上发展速度，只能沿用普通铁路的保护原理和措施，不能有效地满足高速铁路牵引供电系统。所以，加强高速铁路牵引变电所继电保护方案的提出是如今促进高速铁路发展的重要措施。

参考文献

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