牵引变保护装置多边形特性距离保护的动作边界测试方法研究

殷照华 赵雪 闫承志 侯喆

摘要：距离保护作为牵引变馈线的主保护，采用的是多边形特性阻抗元件。目前，各检测机构将多边形的特性曲线校验作为测试时必不可少的试验项目，但缺少继电保护测试仪测试过程的指导文档。现介绍了距离保护多边形特性的整定计算以及使用ONLLY继电保护测试仪测试多边形阻抗边界的过程，该方法应用于测试工作，可使计算距离保护多边形动作特性变得简单可靠，提升了测试效率，取得了良好的效果。

关键词：牵引变电所;距离保护;多边形特性;ONLLY继电保护测试仪

中图分类号：TP273    文献标志码：A    文章编号：1671-0797（2022）10-0001-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.10.001

0    引言

电气化铁路牵引供电系统将电力系统区域变电站送来的110 kV（220 kV）三相工频交流电，经牵引变压器变换为27.5 kV的单相工频交流电后，馈给沿线的牵引网，50 Hz的工业频率保持不变。牵引变电所是牵引供电系统的心脏[1]。NSR-3611DT电铁馈线保护测控装置适用于220 kV及以下电气化铁路牵引网保护，此保护装置采用多边形特性的阻抗元件，它可以克服在整定值较大时会导致测量元件误动作的缺点，能够同时兼顾耐受过渡电阻的能力和躲负荷的能力。

根据用户提出的测试需求，距离保护试验动作特性需测试多边形特性动作曲线，以检查装置程序是否符合电铁用户对电气化铁路保护装置的精度、特性要求。

1    牵引变多边形距离保护原理

距离保护是根据故障点到保护安装处的距离而动作的保护，它利用短路点处的电压、电流同时变化的特点，反映出测量电压与电流的比值，即测量阻抗的值[2]。距离保护只与短路点到保护安装处的测量阻抗有关，而与系统的运行方式、短路类型等无关。距离保护可以实现高电压等级复杂网络快速、有选择性地切除故障元件[3-4]。

距离保护是牵引变馈线保护装置的主保护，为三段式距离保护，每段保护可以整定为正方向、反方向和正反向距离保护。距离保护元件动作特性曲线可采用如图1所示的阻抗特性。

此装置距离保护的计算受AT供电方式和直供供电方式这两种供电方式的影响，在AT供电方式下，■=|■P1-■P2|，其中■P1为T线电流，■P2为F线电流。当装置用于直供线路时，需将■P2的输入短接。距離保护计算电压固定采用■1，在AT供电方式下，发生T线PT断线时采用F线电压■2进行阻抗计算。

电抗边（AB边）的整定：当保护范围末端短路时，继电器应能可靠动作，即：

Xzd=Kk·Xxl                          （1）

式中：Kk为可靠系数，取1.1～1.2;Xxl为保护范围末端短路电抗。

其中，K2357为综合谐波含量，其计算公式为：

K2357=（I2+I3+I5+I7）/I1                     （2）

电阻边（BC边）的整定：按基波最小负荷阻抗Zflmin整定，即：

Rzd=Kk·Zflmin·（cos Ψ-sin Ψ/tan θ）          （3）

式中：Kk为可靠系数;Ψ为功率因数差时的负荷阻抗角;θ为BC边的倾斜角，即线路阻抗角，范围为60°～85°。

复阻抗计算公式：

Z=■/■=R+j（X1-Xc）=R+jX                （4）

图1中，躲涌流偏移角为85°，容性阻抗偏移角为15°。

（1）距离保护程序已进行抗CT饱和处理，如果CT饱和，程序会修复阻抗测量值。

（2）装置阻抗边界扫描试验时，如扫描边界过程中电流保持不变且电流值小于过流保护电流整定值，装置需要采集跳位信号，如此在保护整组复归时间到后才不至于影响边界扫描。

（3）距离保护电流需满足大于厂家保护定值中的“电流突变量启动距离保护电流定值”或“过流启动距离保护电流定值”的条件，并且距离Ⅰ段电流需大于0.4In，距离Ⅱ段、距离Ⅲ段电流需大于0.3In。

当保护装置安装在上下行并联的分区所或AT所时，可根据需要投入“距离Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ段方向”控制字，投入后原先整定的阻抗特性按照原点对称的方式扩大保护范围，将反向对称区域包括在内。

2    多边形边界的测试方法

2.1    搭建多边形动作特性曲线

利用ONLLY昂立测试仪的阻抗特性测试模块，可以对投入的距离保护进行动作边界扫描测试。测试项目菜单如图2所示，设置好保护类别、测试项目、故障类型、测试仪输出方式。

在阻抗特性测试界面右侧坐标图区域，单击鼠标右键，选择阻抗特性图定义选项，会弹出阻抗特性—保护区段界面，在此界面的新增栏下，点击自定义选项按钮，会弹出自定义—保护区段界面，如图3所示。

在自定义界面选择多边形选项，点击新增按钮，会弹出多边形—直线图元参数界面，如图4所示，继续设置坐标系为直角坐标系（笛卡儿坐标）。设置完成坐标及直线倾角后点击“确定”按钮，此界面自动关闭。

自动回到自定义—保护区段界面，如图5所示，投入距离Ⅰ段正向保护，保护定值设置为：电阻R=8 Ω，电抗X=8 Ω，阻抗角θ=60°，动作时间设置为0 s。参考图1，由设置的保护定值可以得出与图1相似的正方向多边形曲线，利用ONLLY昂立测试仪的自定义—保护区段功能，可以很精准地定义出多边形区域。

如图5所示，图5下方界面序号1对应图1直线DA，公式（4），其中R=0 Ω，X=0 Ω，可以得出Z=0+j0，直线倾角（直线与R轴夹角）85°;序号2对应图1直线AB，公式（4），其中X=8 Ω，R=X/tan 85°，求出R≈0.7 Ω，可以得出Z=

0.7+j8，直线倾角0°;序号3对应图1直线BC，公式（4），R=8 Ω，X=0 Ω，可以得出Z=8+j0，直线倾角60°;序号4对应图1直线CE，公式（4），其中，R=8 Ω，X=0 Ω，可以得出Z=8+j0，直线倾角-90°;序号5对应图1直线ED，公式（4），其中，R=0 Ω，X=0 Ω，可以得出Z=0+j0，直线倾角-15°。

设置完成上述步骤，点击“确定”按钮，会弹出阻抗特性—保护区段界面，可以看到显示了一条定义的多边形阻抗特性图，选中此条记录后，点击“确定”按钮，完成多边形阻抗特性图的搭建。

2.2    ONLLY昂立测试仪边界扫描设置方法

在图2测试项目菜单中，测试项目右侧点击“添加”按钮，会弹出阻抗边界特性界面，设置如图6所示。可以取阻抗特性图中间位置辐射式扫描动作边界，多边形边界扫描结果如图7所示。设置好阻抗特性图后，可以设置边界扫描曲线。

反方向多边形阻抗特性如图8所示，它与正方向多边形阻抗特性关于原点对称。反方向不改变阻抗幅值，阻抗角比正方向+180°，可以参考测试仪搭建正方向多边形动作特性曲线的方法。

图9下方界面序号1对应图8直线DA，公式（4），其中R=0 Ω，X=0 Ω，可以得出Z=0+j0，直线倾角265°;序号2对应图8直线AB，公式（4），其中X=-8 Ω，R=X/tan 85°，求出R≈-0.7 Ω，可以得出Z=-0.7-j8，直线倾角180°;序号3对应图8直线BC，公式（4），R=-8 Ω，X=0 Ω，可以得出Z=-8+j0，直线倾角240°;序号4对应图8直线CE，公式（4），其中，R=-8 Ω，X=0 Ω，可以得出Z=-8+j0，直线倾角90°;序号5对应图8直线ED，公式（4），其中，R=0 Ω，X=0 Ω，可以得出Z=0+j0，直线倾角165°。

利用测试仪模板的保存功能，可以方便地编辑、保存、修改、调用测试仪模板文件，灵活地修改保护定值，减少了复杂的计算过程，提高了测试效率。

3    结语

本文总结了基于ONLLY测试仪的距离保护多边形动作阻抗特性曲线的测试方法，利用测试仪模板保存和调用功能，在已搭建的测试仪模板基础上，可灵活改动保护定值参数，此方法既节约了检测试验的时间，又提高了测试效率。

[参考文献]

[1] 李群湛，解绍锋，张丽，等.电气化鐵路供电系统及其电能质量控制技术[M].北京：中国电力出版社，2015.

[2] 张保会，尹项根.电力系统继电保护[M].北京：中国电力出版社，2005.

[3] 姜越，李彦吉，林汪洋.牵引变电所距离保护阻抗四边形特性值计算及程序设计[J].铁道技术监督，2017，45（6）：43-45.

[4] 陈启迪，南东亮，冯小萍，等.计及牵引供电的地区电网距离保护整定计算研究[J].电器与能效管理技术，2020（12）：105-108.

收稿日期：2022-02-17

作者简介：殷照华（1981—），男，江苏南京人，工程师，研究方向：电力系统保护及自动化。

通信作者：赵雪（1982—），女，吉林人，硕士研究生，高级工程师，研究方向：控制理论与控制工程。