鐵路10 kV電力配電所繼電保護的配置及保護動作分析

周 齊 中國鐵路上海局集團有限公司南京供電段

在科學技術快速發展支持下，自動化控制在我國各領域實現了較為廣泛的應用，鐵路供電變配電所自動化程度也因此不斷提升，這便對繼電保護提出了更高的要求。為了保證繼電保護較好滿足鐵路供電變配電所的自動化發展需要、推動我國鐵路電力領域的進一步發展，本文圍繞鐵路10 kV配電所繼電保護的配置及保護動作開展具體研究。

1 鐵路10 kV配電所繼電保護的配置分析

1.1 配置原則

為保證繼電保護配置較好服務于鐵路10 kV配電所，以下幾方面配置原則必須得到關注：（1）迅速性。為保證繼電保護裝置能夠在最短時間內做出反應，迅速性原則必須在繼電保護配置中得到貫徹，由此即可實現故障波及范圍的減小，繼電保護效用也將實現最大化發揮。（2）選擇性。為保證繼電保護裝置可快速、正確地做出切斷設備連接的選擇，選擇性原則也需要得到重點關注和貫徹。（3）安全性。該原則要求鐵路10 kV配電所繼電保護裝置能夠在故障發生時擁有速度較快、效率較高、方法可靠的切短連接動作，并以此避免誤動、拒絕動問題的出現。

1.2 常見保護措施

在鐵路10 kV配電所繼電保護中，繼電保護裝置的維修和檢查均屬于較為常見的鐵路10 kV配電所繼電保護措施，具體措施應用如下所示：繼電保護裝置的維修和檢查。①通過履歷簿更新、生產信息系統的運用及時調整和更換繼電保護裝置。②注重日常巡視、檢修和故障處理，及時了解保護裝置運行狀態，關注可能引發的短暫停電現象。③每年開展設備狀態維修和預防性試驗檢測，對定值、壓板、控制字整理和分析，即可保證繼電保護裝置較好服務于鐵路10 kV配電所。

1.3 配置實例分析

1.3.1 實例概況

為提升研究的實踐價值，本文選擇了集團公司轄區內的高速鐵路10 kV變配電所作為研究對象，其與電力貫通線路組成了高鐵電力貫通供電系統，10 kV供電變配電所饋出2條10 kV電力線路沿鐵路敷設，以此滿足鐵路區間負荷點供電需要，高速鐵路10 kV供電變配電所設有調壓器和補償裝置，區間負荷供電質量由此得到了較好保障。

1.3.2 繼電保護配置

為保證高速鐵路10 kV供電變配電所較好服務于區間負荷點供電，集團公司為其配備了電流速斷與過電流保護、低電壓與定時限低電壓保護、零序電流速斷與過電流保護三種保護方式，典型配置如下所示：（1）電流速斷與過電流保護。10 kV線路電流速斷保護裝置的動作電流設置為：Iopk=KrelKjxI2k3maxA/nTA，靈敏度系數則設置為：Ksen=Ilk2min/Iopk≥2，其中Krel、Kjx、I2k2max、nTA分別為可靠系數、接線系數、最大運行方式下線路末端三相短路超瞬態電流、電流互感器變比，其中Krel一般取1.3。考慮到10 kV貫通線路為單獨運行，為提升電流速斷保護的范圍和靈敏度，采取了減小整定值方法；10kV線路過電流保護裝置的動作電流設置為：Iopk≤KrelKjxIghA/KrnTA，靈敏度系數則設置為：Ksen=I2k2min/Iopk≥2，其中 Igh、Kr分別為線路過負荷電流、繼電器返回系數，其中Igh在由電動機時取額定電流的2～3倍、無電動機時取額定電流的1.3～1.5倍，Kr取0.85。（2）低電壓與定時限低電壓保護。保護裝置的動作電壓設置為：Uopk=UminV/(KrelKrnTA)，這一設置基于正常運行時可能出現的最低工作電壓整定確定，其中 Krel、Kr、Umin、nTA分別為可靠系數、繼電器返回系數、可能出現的最低工作電壓、電壓互感器變比，其中 Krel、Kr、Umin分別取1.2、1.15、0.5～0.7倍額定電壓。用于貫通饋線回路的低電壓保護二次側整定值設置為25V、動作時限為0s，定時限低電壓保護與其類似，但二者的Umin取值存在一定差別，定時限低電壓保護的Umin一般取額定電壓的0.7倍，其整定值一般為70V、動作時間整定為1s。

2 鐵路10 kV配電所繼電保護的保護動作分析

2.1 保護動作過程

結合鐵路10 kV配電所繼電保護實際，可將其保護動作分為啟動、判斷、閉鎖三個階段，具體階段劃分如下所示：（1）啟動。在鐵路10 kV配電所正常運行狀態下，繼電保護裝置的啟動元件處于閉鎖各個出口的狀態，而在相應故障出現后，響應啟動元件將獲得啟動條件，相應出口也將由此啟動。（2）判斷。在獲得啟動條件的支持后，繼電保護裝置將進行故障的分析和判斷，其邏輯判斷部分將在其中發揮關鍵性作用，前期輸入繼電保護裝置的“整定值”則屬于其中起到決定性作用的評判標準，如該環節滿足整定值要求，繼電保護裝置將由此進入閉鎖階段。（3）閉鎖。在鐵路10 kV配電所的繼電保護裝置整定值得到滿足后，閉鎖階段將進行相關附加條件的自行判斷，在確定附加條件也同時得到滿足后，繼電保護裝置便能夠實現保護動作。

2.2 提高保護動作準確性的策略建議

為提高鐵路10 kV配電所繼電保護動作的準確性，筆者結合自身工作經驗總結了如下提高保護動作準確性的策略建議：（1）冗余技術。作為一種運用系統并聯模型增強系統可靠性的技術方法，冗余技術的應用需關注硬件、軟件等信息的合理利用，如應用信息包含技術、防火墻技術實現的信息冗余便屬于其中典型，增加信息位數、實現自動糾錯同樣屬于信息冗余范疇。此外，時間冗余同樣屬于冗余技術的應用形式之一，運用裝置可預測性即可實現故障地點查找、故障發生率降低，鐵路10 kV配電所繼電保護水平將由此實現長足提升。（2）保護整定注意事項。可以選擇距離保護作為鐵路10 kV配電所饋線的主要保護措施，通過綜合判斷電流及電壓數據，減少干擾導致保護誤動，而電流速斷保護、過電流保護、電流增量保護則作為后備保護。考慮到饋線最大負荷電流與最小短路電流在很多時候較為接近，必要時可基于常規規定提高電流保護靈敏度，如饋線保護裝置由不同公司提供，需關注不同廠家存在的不同PT斷線判斷依據。（3）熱過負荷保護。饋線熱過負荷保護、變壓器過熱負荷保護同樣直接關系著鐵路10 kV配電所繼電保護動作準確性，前者保護的實現需在收集外界環境溫度、接觸線電流的基礎上進行計算，并開展接觸線固有特性與計算結果的對比，考慮到接觸線耐熱能力直接受到接觸線運行持續通過電流大小影響，且電線材質在其中發揮著決定性作用，相關保護的設置必須圍繞接觸導線、承力索材質展開；后者保護是為了延長變壓器使用年限、保護鐵路10 kV配電所運行穩定性，但早保護方案無法反映變壓器溫升的情況下，定時限過負荷保護往往存在適用性較小、影響變壓器使用年限、變壓器跳閘頻繁等不足，因此本文建議變壓器使用熱過負荷保護，由此即可為鐵路10 kV配電所繼電保護動作準確性的提升提供有力支持，本文研究的實踐價值也能夠得到較好證明。

3 結束語

綜上所述，鐵路10 kV配電所繼電保護配置具備較高現實意義，在此基礎上，本文涉及的電流速斷與過電流保護、繼電保護配置、保護整定注意事項、熱過負荷保護等內容，提供了可行性較高的鐵路10 kV配電所繼電保護配置路徑，而為了實現更高水平的繼電保護，調度中心與供電變配電所通信信道的優化、調度中心后臺軟件完善、調度員業務知識培訓也應成為業內人士關注的焦點。