對客運專線全并聯AT供電方式饋線保護整定的探討

汪國林

（上海鐵路局 建設處，上海200071）

對客運專線全并聯AT供電方式饋線保護整定的探討

汪國林

（上海鐵路局 建設處，上海200071）

通過對直供、AT供電和全并聯AT供電方式的接觸網阻抗以及測量阻抗的比較，分析客運專線接觸網在不同運行方式下需要保護的范圍，并結合上海鐵路局客運專線牽引供電專業的運行實踐，探索接觸網阻抗變化規律，尋求接觸網饋線保護的整定方法來提高其保護裝置的性能。當電氣化鐵路的接觸網一旦出現故障，饋線保護裝置能夠迅速將故障設備與供電系統隔開，避免擴大故障范圍。

接觸網；全并聯AT供電；測量阻抗

客運專線的接觸網采用全并聯AT供電方式以滿足列車牽引負荷大和運行密度高的要求，牽引變電所采用兩路互為熱備用的220 k V線路變壓器組，每組由2臺單相牽引變壓器構成V/X結線，變電所出口不安裝AT，同一方向上、下行接觸網由不同的斷路器分別供電，在AT所、分區所通過不同的斷路器連接到AT上。但是這種供電方式在故障時的情況比較復雜，因此掌握它的各種故障特性，使綜合自動化裝置滿足保護的精確性、可靠性、靈敏性和速動性等要求，對確保牽引供電系統的安全十分重要。

1 全并聯AT供電方式的故障類型

當接觸網發生故障，饋線保護裝置啟動斷路器跳閘，AT失壓解列，如果是瞬時故障，則牽引變電所斷路器一次重合閘成功，此時接觸網是直供方式，AT所、分區所斷路器檢有壓重合閘成功，恢復正常供電；如果是永久故障，故障側饋線斷路器重合閘動作后，饋線保護裝置再次啟動斷路器跳閘，AT所、分區所檢測到接觸網無壓，重合閘不啟動，此時故障側接觸網被隔離，而非故障側重合閘動作接觸網恢復AT供電方式。由此可見，全并聯AT供電方式的接觸網在故障時出現直供、AT供電方式，因此饋線保護裝置必須同時滿足直供、AT和全并聯AT供電方式的保護需求才能保證牽引供電系統安全。

AT供電網絡中有T－R、F－R和T－F 3種短路形式，其中F－R短路故障和T－R短路故障的分析基本相同，只是將當量電路中的F和R互換，在計算當量阻抗Z1、Z2和Z3時將T、F線的阻抗互換就得到F－R阻抗，因此下面重點分析T－R和F－T短路參數。

2 AT供電方式故障分析

（1）T－R故障

（2）測量電流、電壓和阻抗

圖1 簡化的單線AT當量電路及電參數測量接線

（3）T－F故障

在變壓器V/X結線系統中，圖2是直供或AT供電方式T－F短路的實際電路，U1＝E－I1Xb1；U2＝E

圖2 直供或單線AT供電方式T－F短路實際電路

3 全并聯AT供電方式故障分析

這種供電方式在整個供電臂范圍內短路情況不盡相同，應按下列2種情況來進行分析。

（1）牽引變電所和第一個AT所之間T－R故障圖3是當量電路，牽引網總阻抗

圖3 牽引變電所和AT所之間T－R故障的AT網絡當量電路

圖4 牽引變電所和AT所之間的T－F故障的AT網絡實際電路

（2）牽引變電所和第一個AT所之間T－F故障

圖4是實際電路，可列關系式（1），式（2）

（3）AT所與AT所或分區所之間T－R故障

圖5 AT所與AT或分區所之間的T－R故障AT網絡當量電路

圖6 AT與AT所或分區所之間T－F故障AT網絡實際電路

（4）AT所與AT所或分區所之間T－F故障

圖6是實際電路，計算得IT1＝IT2＝IF1＝IF2＝

（5）直供方式T－R故障

在全并聯AT供電方式下，距牽引變電所L，km處發生T－R、F－R故障時，僅故障線路有測量電流，I測＝I，測量阻抗Z測＝KIZDL/KU，ZD為單位阻抗。

4 接觸網饋線保護

按照高鐵設計規范接觸網饋線保護有阻抗、過電流和電流增量保護。

（1）阻抗保護

圖7 接觸網饋線保護阻抗特性

圖8 各種運行方式的測量阻抗曲線

（2）過電流保護

按躲過饋線最大負荷電流整定，I＝KKIFHmax。

（3）電流增量保護

按躲供電臂最大機車啟動電流來整定。

5 饋線保護整定存在問題分析

由于全并聯AT供電方式復雜，在確定接觸網饋線保護定值時，設計往往沒有考慮其所有故障類型，運行中發生故障，保護裝置可能拒動，這將危及供電系統安全。

（1）案例

下面是客運專線上進行金屬性T－R、F－R人工短路試驗結果，系統最小短路容量4 926 MVA，變壓器Xb＝3.78Ω，L1、L2（含供電線）分別是12.7，14.6 km，短路點L＝22.14 km。設計定值是阻抗Ⅰ段電抗58.46Ω，0.1 s；負荷阻抗55.65Ω，過電流2 071 A，0.1 s；電流增量880 A，0.7 s。T－R永久短路，阻抗Ⅰ段和重合閘動作正常；F－R永久短路，阻抗Ⅰ段動作，一次重合閘啟動后，故障側電流增量保護動作，過電流和阻抗Ⅰ段均未動作。

（2）原因分析

依據接觸網材質和安裝參數并根據計算［2］的接觸網單位阻抗見表1，根據和接觸網短路總阻抗計算短路電流［3］，表2、表3分別為計算、試驗實測的短路電流及短路電抗數據。設計僅依據T－R的單位電抗0.34Ω/km來整定X邊，Kk取1.2。而F－R單位電抗是0.47Ω/km，X計算＝56.8Ω，X實測＝60.2Ω，X實測大于整定值58.46Ω，阻抗Ⅰ段保護不動作；I計算＝1 873 A，I實測＝1 845 A，均小于整定值2 071 A，過電流保護不動作，所以保護不能正確動作的原因是整定值不合理。

表1 不同運行方式的接觸網阻抗

表2 各種情況下的電流 A

表3 各種情況下的電抗（Ω，并包含電流、電壓比） Ω

（3）保護整定

X應取直供、AT及全并聯AT供電方式的T－R、F－R和T－F故障出現的最大測量電抗，比較表1各種故障類型的電抗，直供F－R故障電抗最大，需按此來整定X。設計定值僅設阻抗Ⅰ段保護到分區所位置，Kk按照設計規范“50 km以下線路不小于1.5”的要求，X應為105。

6 結束語

（1）對全并聯AT供電方式，設計應提供直供、AT和全并聯AT供電方式的T－R、F－R和F－T故障的接觸網阻抗，對各種故障情況下的阻抗進行比較來確定合適的定值。圖8是根據表1數據和直供、AT和全并聯AT供電方式F－R、T－R及F－T間測量阻抗所繪制的測量阻抗與故障位置的關系曲線。可見同一種運行方式下F－R、T－R和F－T類型故障的測量阻抗由大變小；通過一個AT后，AT和全并聯AT方式在同一種故障情況下測量的長回路阻抗相等，但是全并聯AT方式的段中阻抗比AT方式的段中阻抗大。

（2）在案例中，過電流定值是2 071 A，從表2可知，T－R、F－R短路的最小短路電流分別是2 021 A、1 599 A，過電流保護并不能可靠保護整個供電臂的TR、F－R故障，所以，此時選擇合理的阻抗保護就顯得尤其重要。

①正常供電：阻抗僅設Ⅰ段保護時，電抗值應取整個供電臂各種故障出現的最大電抗；如按照接觸網TR電抗來整定阻抗Ⅰ段保護，應增設阻抗Ⅱ段保護，取F－R故障的最大電抗來整定，時間級差取0.2 s。

②越區供電：越區供電時饋線要保護到相鄰的牽引變電所位置，其中相鄰牽引變電所和最遠的AT之間為直供方式。阻抗Ⅰ段按照保護到相鄰牽引變電所的全并聯AT方式的T－R電抗來整定，阻抗Ⅱ段必須按照覆蓋整個供電范圍所有故障的最大電抗來整定。

（3）運營中，各條供電臂的最大負荷電流時刻被跟蹤，就電流保護而言，以實際的最大負荷電流來整定過電流保護比較好，特別在線路開通初期，牽引負荷沒有達到設計最大值，而根據現狀確定過電流定值，定值不大，則保護范圍擴大，作為阻抗的后備保護功能更強。

（4）從圖8的測量阻抗曲線可以看出，全并聯AT供電方式在靠近變電所位置、供電臂末段或最大電抗位置的T－R、F－R和F－T故障的測量阻抗比較大，在客運專線開通前，選取這些處所做短路試驗對驗證設計定值比較有代表性，為今后運營提供比較可靠的數據。

［1］ 辛成山.AT供電系統等值電路推導方法［J］.電氣化鐵道，1999，（1）：17-20，35.

［2］ 電氣化鐵道設計手冊－牽引供電系統［M］.北京：中國鐵道出版社，1988.

［3］ 賀威俊，簡克良.電氣化鐵道供變電工程［M］.北京：中國鐵道出版社，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，高級工程師（

2013－09－26）