鐵路交通樞紐區(qū)段繼電保護(hù)的配合

孫曉環(huán)++梁龍龍++王聯(lián)歡

摘要：隨著鐵路系統(tǒng)的屢次大提速，鐵路樞紐地區(qū)接觸網(wǎng)供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，所亭間保護(hù)配合問題日漸突出。文章簡要介紹了天津鐵路樞紐地區(qū)供電系統(tǒng)的運(yùn)行方式，針對保護(hù)整定過程中遇到的諸多配合問題提出了相應(yīng)解決方案，為復(fù)雜的鐵路樞紐站場分場分束供電保護(hù)提供參考。

關(guān)鍵詞：鐵路供電；繼電保護(hù)；整定；距離保護(hù)；電流速斷；電流增量

中圖分類號(hào)：TM922文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）21-0141-03

天津樞紐處于京滬、京山、津秦等線路的交匯點(diǎn)，是京津冀地區(qū)鐵路樞紐區(qū)段，站場多、股道復(fù)雜，為確保供電的可靠性和停電檢修靈活性，在此區(qū)段設(shè)有變電所、開閉所以實(shí)現(xiàn)分場分束供電。文章首先分析了天津鐵路樞紐地區(qū)的特點(diǎn)，并從各所繼電保護(hù)方面進(jìn)行研究，重點(diǎn)分析該樞紐各所饋線保護(hù)的配合關(guān)系影響因素，并提出解決問題的技術(shù)措施，為此類復(fù)雜站場繼電保護(hù)間的配合提供整定范例。

1京滬線天津鐵路樞紐地區(qū)供電系統(tǒng)運(yùn)行方式特點(diǎn)

京滬線某地區(qū)站場多，共有四個(gè)中轉(zhuǎn)站、兩個(gè)機(jī)務(wù)段，還有出發(fā)場、到達(dá)場、調(diào)車線等十幾個(gè)站場，分別由甲變電所、乙分區(qū)兼開閉所、丙開閉所、丁分區(qū)兼開閉所、戊開閉所供電，供電示意圖如下：

圖1

通過該供電示意圖可以看出，該區(qū)段線路復(fù)雜，站場、股道繁多，變電所、開閉所層級(jí)關(guān)系復(fù)雜。繼電保護(hù)整定是否合理，是否能達(dá)到樞紐區(qū)段安全供電的最終目的，與電網(wǎng)運(yùn)行方式密切相關(guān)。文章以天津南倉地區(qū)這一典型案例，對繼電保護(hù)方面進(jìn)行分析研究，以得到最佳配合方案。

2保護(hù)的整定原則

京滬線天津鐵路樞紐地區(qū)各所保護(hù)配置主要有距離保護(hù)、電流速斷保護(hù)、過電流保護(hù)、電流增量保護(hù)。保護(hù)定值的配合包括定值的配合及動(dòng)作時(shí)限的配合。

2.1距離保護(hù)

距離保護(hù)采用阻抗四邊形整定原則，一般配置Ⅰ段距離保護(hù)、Ⅱ段距離保護(hù)、Ⅲ段距離保護(hù)，阻抗特性如圖2，距離I段保護(hù)線路全長的85%，距離Ⅱ段保護(hù)本段線路全長及下一線路全長。

圖2

2.2電流速斷保護(hù)

電流速斷保護(hù)，作為阻抗四邊形后備保護(hù)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，用以消除阻抗保護(hù)動(dòng)作死區(qū)，整定原則為躲過線路末端最小短路電流。

2.3過電流保護(hù)

過電流保護(hù)，按躲過線路最大負(fù)荷電流整定。正常運(yùn)行時(shí)，該保護(hù)不會(huì)動(dòng)作，電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，一般情況下故障電流比最大負(fù)荷電流大得多，所以過電流保護(hù)具有較高的靈敏性，因此，過電流保護(hù)不僅能保護(hù)線路全長，而且還能保護(hù)相鄰線路全長甚至更遠(yuǎn)。

2.4電流增量保護(hù)

電流增量保護(hù)在電力電網(wǎng)運(yùn)用不多，但在鐵路接觸網(wǎng)供電領(lǐng)域運(yùn)用較廣，其主要有以下四個(gè)配置：電流增量保護(hù)電流定值、電流增量保護(hù)時(shí)間定值、增量保護(hù)電流閉鎖定值、增量保護(hù)諧波加權(quán)系數(shù)。整定原則是躲過機(jī)車啟動(dòng)電流，用于線路上對高阻接地的保護(hù)。其中電流增量保護(hù)電流定值判據(jù)取故障前后兩時(shí)刻基波電流變化幅度；增量保護(hù)電流閉鎖定值按電流值總量達(dá)到設(shè)定的增量保護(hù)電流閉鎖定值整定。兩者的區(qū)別在于電流增量保護(hù)電流定值是變化速度值，增量保護(hù)電流閉鎖定值是保護(hù)門限值。

2.5時(shí)間級(jí)差

為了滿足繼電保護(hù)裝置的速動(dòng)性和選擇性，繼電保護(hù)各層級(jí)間要設(shè)置一定的時(shí)間級(jí)差△t，時(shí)間級(jí)差為了躲過開關(guān)的跳閘時(shí)間、保護(hù)裝置時(shí)間原件的誤差、保護(hù)裝置的惰性誤差、裕度時(shí)間的影響。

3保護(hù)配合問題

天津鐵路樞紐地區(qū)站場、股道繁多，從而多級(jí)開閉所供電運(yùn)行方式應(yīng)運(yùn)而生，導(dǎo)致其保護(hù)定值配合問題突出。

3.1開閉所進(jìn)線與饋線間保護(hù)配合問題

對于不同供電臂，饋線選取的保護(hù)略有不同，根據(jù)線路長短可設(shè)置Ⅰ段距離保護(hù)、Ⅱ段距離保護(hù)或不設(shè)置距離保護(hù)。例如乙開閉所主要向站場供電，各條供電臂長度普遍不超過4km，且一支供電臂上多于兩個(gè)股道，由于線路較短，阻抗較小，距離保護(hù)在1.2可靠系數(shù)下整定得出的保護(hù)范圍小靈敏性降低，故不對此類饋線設(shè)置距離保護(hù)。通常Ⅰ段距離保護(hù)動(dòng)作時(shí)限為0.1s、Ⅱ段距離保護(hù)動(dòng)作時(shí)限為0.4s。另外還設(shè)置電流速斷保護(hù)作為饋線距離保護(hù)的后備保護(hù)，設(shè)置過電流保護(hù)在過負(fù)荷情況下延時(shí)切斷過負(fù)荷區(qū)段、電流增量保護(hù)對高阻接地故障有效保護(hù)。

開閉所進(jìn)線作為該所饋線近后備保護(hù)，在保證可靠性的前提下起到對母線設(shè)備的保護(hù)。進(jìn)線一般不超過1km，出于同樣的原因，開閉所進(jìn)線不設(shè)置距離保護(hù)、速斷保護(hù)和電流增量保護(hù)，由過電流保護(hù)作為母線的主保護(hù)及饋線的后備保護(hù)。

3.2變電所饋線直供開閉所情況下保護(hù)的配合

圖3圖4圖5

以圖3甲變電所+乙分區(qū)所較簡單的層級(jí)配合分析，甲變電所8#、9#饋線即為乙分區(qū)所的進(jìn)線，且僅為乙分區(qū)所進(jìn)線，不帶接觸網(wǎng)。變電所饋線和分區(qū)所饋線設(shè)置距離保護(hù)、速斷保護(hù)、過電流保護(hù)、電流增量保護(hù)。時(shí)限配合方面，共有變電所饋線、分區(qū)所進(jìn)線、開閉所饋線3層級(jí)差。開閉所進(jìn)線只設(shè)置了過電流保護(hù)，需要占用一層級(jí)差，共3層，根據(jù)DL/T 584-2002標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，時(shí)間級(jí)差△t最少應(yīng)為0.3s，變電所饋線過電流保護(hù)時(shí)間將達(dá)到0.9s，不符合GB/T 14285-2006標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的過電流保護(hù)時(shí)限不大于0.5～0.7s的要求?？s短時(shí)間級(jí)差是非常必要的，也是可行的。天津鐵路樞紐地區(qū)各所均采用高性能32位微處理器和高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)成的完善的饋線保護(hù)測量和控制一體化裝置，動(dòng)作時(shí)間誤差1s以下≤±15ms，1s以上≤±1.5%，由此可知縮短動(dòng)作時(shí)間可以滿足誤差要求，實(shí)際整定過程中，對2s以下的保護(hù)，可采用0.2～0.3s的級(jí)差，據(jù)此，將時(shí)間級(jí)差△t設(shè)定為0.2s。甲變電所和乙分區(qū)所在實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，還沒有因?yàn)閯?dòng)作時(shí)間級(jí)差較小導(dǎo)致越級(jí)動(dòng)作的情況出現(xiàn)。其他保護(hù)只有兩級(jí)級(jí)差能滿足要求。

3.3開閉所從變電所饋出的接觸網(wǎng)上梯接情況下保護(hù)的配合

以圖4甲變電所+丁開閉所較復(fù)雜的層級(jí)配合分析，甲變電所4#、6#饋線向北京方向接觸網(wǎng)供電，供電區(qū)段總長度13.8km，在6.7km處梯接出丁開閉所，丁開閉所饋線最長距離為2.1km。從距離上分析，丁開閉所全部供電范圍都在甲變電所饋線長度85%范圍內(nèi)，由此導(dǎo)致丁開閉所在甲變電所距離Ⅰ段保護(hù)范圍內(nèi)，當(dāng)丁開閉所饋出線路上有短路故障，甲變電所4#、6#的距離Ⅰ段保護(hù)會(huì)越級(jí)跳閘，影響甲變電所向接觸網(wǎng)供電的可靠性；同時(shí)甲變電所4#（假定為丁開閉所主用進(jìn)線）饋線上有故障，引起跳閘，將會(huì)使丁開閉所進(jìn)線失壓，導(dǎo)致開閉所全所停電。此問題可以通過時(shí)限配合及對丁開閉所進(jìn)線保護(hù)設(shè)置，將影響范圍降至最低。

甲變電所饋線出現(xiàn)越級(jí)跳閘，失去選擇性。解決的方法為：在丁開閉所饋線上設(shè)置電流速斷保護(hù)，時(shí)限與甲變電所饋線距離Ⅰ段保護(hù)啟動(dòng)時(shí)間同為0.1s，并在丁開閉所饋線保護(hù)中設(shè)置重合閘前加速，以及時(shí)切除故障線路，當(dāng)線路上為永久性故障時(shí)，丁開閉所饋線不能重合成功，滿足了選擇性。

當(dāng)甲變電所向丁開閉所供電的線路（假定為4#饋線）上有故障，甲變電所4#饋線跳閘，如果線路上是可立即消除的故障，丁開閉所可以不跳閘或倒備用，解決的方法為：設(shè)定丁開閉所失壓保護(hù)啟動(dòng)時(shí)間為3s，比甲變電所饋線重合時(shí)間延長1s，即甲變電所饋線重合成功后，丁開閉所失壓保護(hù)將不動(dòng)作；若甲變電所4#饋線重合失敗，丁開閉所進(jìn)線啟動(dòng)備自投功能，用6#饋線為丁開閉所供電。

備自投判據(jù)為本側(cè)進(jìn)線壓互失壓，對側(cè)進(jìn)線壓互有壓；低電壓保護(hù)判據(jù)為PT二次無壓，進(jìn)線無流，開口無電壓，以剔除PT斷線的干擾。

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3.4開閉所饋線上梯接出第二級(jí)開閉所情況下保護(hù)的配合

以圖5甲變電所+丙開閉所+戊開閉所最復(fù)雜的層級(jí)配合分析，該案例的解決重點(diǎn)是逐級(jí)保護(hù)間的配合，防止越級(jí)跳閘以及消除死區(qū)。

該情況下所亭層級(jí)多，保護(hù)的時(shí)間配置上為滿足選擇性而犧牲了速動(dòng)性。如過電流保護(hù)，共5級(jí)時(shí)差，設(shè)定過電流保護(hù)級(jí)差△t為0.2s，在甲變電所2#、7#饋線上過電流保護(hù)時(shí)間定值達(dá)到1s。實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，各級(jí)保護(hù)在過負(fù)荷情況下能夠可靠動(dòng)作，還沒有因?yàn)閯?dòng)作時(shí)間級(jí)差較小以及保護(hù)時(shí)間定值過大而導(dǎo)致越級(jí)動(dòng)作和燒傷設(shè)備情況出現(xiàn)。

通過距離保護(hù)分級(jí)對設(shè)備予以保護(hù)，消除保護(hù)死區(qū)。在甲變電所2#、7#、丙開閉所4#、5#、戊開閉所饋線上分別設(shè)置不同段數(shù)的距離保護(hù)，如在甲變電所2#、7#饋線上設(shè)置距離Ⅰ段、距離Ⅱ段、距離Ⅲ段，距離Ⅰ段電阻、電抗值按甲變電所饋線長度85%整定，時(shí)間0.1s；距離Ⅱ段電阻、電抗值按變電所2#、7#饋線出口到丙開閉所進(jìn)線梯接點(diǎn)+丙開閉所4#、5#饋線全長整定，時(shí)間0.4s；距離Ⅲ段電阻、電抗值從變電所2#、7#饋線出口到戊開閉所饋線末端全長整定，時(shí)間0.7s。同樣的，丙開閉所4#、5#饋線設(shè)置兩段距離保護(hù)；戊開閉所設(shè)置一段距離保護(hù)。通過分級(jí)距離保護(hù)的設(shè)置，由上一級(jí)饋線為下一級(jí)饋線提供遠(yuǎn)后備保護(hù)，同時(shí)作為主保護(hù)，靈敏性和選擇性均能滿足運(yùn)行要求。

4結(jié)論

對多層級(jí)所亭間繼電保護(hù)配置、整定的問題及措施進(jìn)行了分析，并通過各種不同復(fù)雜情況下繼電保護(hù)整定的范例對問題進(jìn)行解決。

參考文獻(xiàn)

[1]3kV～110kV電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行整定規(guī)程（DL/T 584-2007）[S]．北京：中國電力出版社，2008.

[2]繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程（GB/T 14285-2006）[S]．北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

[3]常鳳然，周紀(jì)錄．縮短繼電保護(hù)時(shí)間級(jí)差的分析

[J]．河北電力技術(shù)，1998，17（4）．

[4]易亞文，易娜．復(fù)雜廠用電系統(tǒng)繼電保護(hù)定值配合

[J]．水電自動(dòng)化與大壩監(jiān)測，2009，33（4）．

作者簡介：孫曉環(huán)（1984－），女，河北石家莊人，中鐵電氣化局集團(tuán)有限公司運(yùn)營維護(hù)管理公司北京維管段助理工程師，研究方向：鐵路供電繼電保護(hù)；梁龍龍（1988-），男，河北井陘人，中鐵電氣化局集團(tuán)有限公司運(yùn)營維護(hù)管理公司北京維管段中級(jí)工程師，研究方向：鐵路接觸網(wǎng)供電；王聯(lián)歡（1984-），男，河北清河人，中鐵電氣化局集團(tuán)有限公司運(yùn)營維護(hù)管理公司北京維管段助理工程師，研究方向：鐵路供電繼電保護(hù)。

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3.4開閉所饋線上梯接出第二級(jí)開閉所情況下保護(hù)的配合

以圖5甲變電所+丙開閉所+戊開閉所最復(fù)雜的層級(jí)配合分析，該案例的解決重點(diǎn)是逐級(jí)保護(hù)間的配合，防止越級(jí)跳閘以及消除死區(qū)。

該情況下所亭層級(jí)多，保護(hù)的時(shí)間配置上為滿足選擇性而犧牲了速動(dòng)性。如過電流保護(hù)，共5級(jí)時(shí)差，設(shè)定過電流保護(hù)級(jí)差△t為0.2s，在甲變電所2#、7#饋線上過電流保護(hù)時(shí)間定值達(dá)到1s。實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，各級(jí)保護(hù)在過負(fù)荷情況下能夠可靠動(dòng)作，還沒有因?yàn)閯?dòng)作時(shí)間級(jí)差較小以及保護(hù)時(shí)間定值過大而導(dǎo)致越級(jí)動(dòng)作和燒傷設(shè)備情況出現(xiàn)。

通過距離保護(hù)分級(jí)對設(shè)備予以保護(hù)，消除保護(hù)死區(qū)。在甲變電所2#、7#、丙開閉所4#、5#、戊開閉所饋線上分別設(shè)置不同段數(shù)的距離保護(hù)，如在甲變電所2#、7#饋線上設(shè)置距離Ⅰ段、距離Ⅱ段、距離Ⅲ段，距離Ⅰ段電阻、電抗值按甲變電所饋線長度85%整定，時(shí)間0.1s；距離Ⅱ段電阻、電抗值按變電所2#、7#饋線出口到丙開閉所進(jìn)線梯接點(diǎn)+丙開閉所4#、5#饋線全長整定，時(shí)間0.4s；距離Ⅲ段電阻、電抗值從變電所2#、7#饋線出口到戊開閉所饋線末端全長整定，時(shí)間0.7s。同樣的，丙開閉所4#、5#饋線設(shè)置兩段距離保護(hù)；戊開閉所設(shè)置一段距離保護(hù)。通過分級(jí)距離保護(hù)的設(shè)置，由上一級(jí)饋線為下一級(jí)饋線提供遠(yuǎn)后備保護(hù)，同時(shí)作為主保護(hù)，靈敏性和選擇性均能滿足運(yùn)行要求。

4結(jié)論

對多層級(jí)所亭間繼電保護(hù)配置、整定的問題及措施進(jìn)行了分析，并通過各種不同復(fù)雜情況下繼電保護(hù)整定的范例對問題進(jìn)行解決。

參考文獻(xiàn)

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[4]易亞文，易娜．復(fù)雜廠用電系統(tǒng)繼電保護(hù)定值配合

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作者簡介：孫曉環(huán)（1984－），女，河北石家莊人，中鐵電氣化局集團(tuán)有限公司運(yùn)營維護(hù)管理公司北京維管段助理工程師，研究方向：鐵路供電繼電保護(hù)；梁龍龍（1988-），男，河北井陘人，中鐵電氣化局集團(tuán)有限公司運(yùn)營維護(hù)管理公司北京維管段中級(jí)工程師，研究方向：鐵路接觸網(wǎng)供電；王聯(lián)歡（1984-），男，河北清河人，中鐵電氣化局集團(tuán)有限公司運(yùn)營維護(hù)管理公司北京維管段助理工程師，研究方向：鐵路供電繼電保護(hù)。

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3.4開閉所饋線上梯接出第二級(jí)開閉所情況下保護(hù)的配合

以圖5甲變電所+丙開閉所+戊開閉所最復(fù)雜的層級(jí)配合分析，該案例的解決重點(diǎn)是逐級(jí)保護(hù)間的配合，防止越級(jí)跳閘以及消除死區(qū)。

該情況下所亭層級(jí)多，保護(hù)的時(shí)間配置上為滿足選擇性而犧牲了速動(dòng)性。如過電流保護(hù)，共5級(jí)時(shí)差，設(shè)定過電流保護(hù)級(jí)差△t為0.2s，在甲變電所2#、7#饋線上過電流保護(hù)時(shí)間定值達(dá)到1s。實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，各級(jí)保護(hù)在過負(fù)荷情況下能夠可靠動(dòng)作，還沒有因?yàn)閯?dòng)作時(shí)間級(jí)差較小以及保護(hù)時(shí)間定值過大而導(dǎo)致越級(jí)動(dòng)作和燒傷設(shè)備情況出現(xiàn)。

通過距離保護(hù)分級(jí)對設(shè)備予以保護(hù)，消除保護(hù)死區(qū)。在甲變電所2#、7#、丙開閉所4#、5#、戊開閉所饋線上分別設(shè)置不同段數(shù)的距離保護(hù)，如在甲變電所2#、7#饋線上設(shè)置距離Ⅰ段、距離Ⅱ段、距離Ⅲ段，距離Ⅰ段電阻、電抗值按甲變電所饋線長度85%整定，時(shí)間0.1s；距離Ⅱ段電阻、電抗值按變電所2#、7#饋線出口到丙開閉所進(jìn)線梯接點(diǎn)+丙開閉所4#、5#饋線全長整定，時(shí)間0.4s；距離Ⅲ段電阻、電抗值從變電所2#、7#饋線出口到戊開閉所饋線末端全長整定，時(shí)間0.7s。同樣的，丙開閉所4#、5#饋線設(shè)置兩段距離保護(hù)；戊開閉所設(shè)置一段距離保護(hù)。通過分級(jí)距離保護(hù)的設(shè)置，由上一級(jí)饋線為下一級(jí)饋線提供遠(yuǎn)后備保護(hù)，同時(shí)作為主保護(hù)，靈敏性和選擇性均能滿足運(yùn)行要求。

4結(jié)論

對多層級(jí)所亭間繼電保護(hù)配置、整定的問題及措施進(jìn)行了分析，并通過各種不同復(fù)雜情況下繼電保護(hù)整定的范例對問題進(jìn)行解決。

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作者簡介：孫曉環(huán)（1984－），女，河北石家莊人，中鐵電氣化局集團(tuán)有限公司運(yùn)營維護(hù)管理公司北京維管段助理工程師，研究方向：鐵路供電繼電保護(hù)；梁龍龍（1988-），男，河北井陘人，中鐵電氣化局集團(tuán)有限公司運(yùn)營維護(hù)管理公司北京維管段中級(jí)工程師，研究方向：鐵路接觸網(wǎng)供電；王聯(lián)歡（1984-），男，河北清河人，中鐵電氣化局集團(tuán)有限公司運(yùn)營維護(hù)管理公司北京維管段助理工程師，研究方向：鐵路供電繼電保護(hù)。

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