接觸網跳閘保護與后備保護配合的優化

周永光

（南寧鐵路局調度所 工程師 廣西 南寧 530029）

1 問題提出

2016年5月9日,柳南客專南寧東變電所饋線跳閘重合成功但后備保護仍然跳閘導致停電事故擴大,影響了行車秩序。對于這一有悖供電保護工作原理的現象，我們通過如下深入分析，力求切實找準成因，有針對性地制定措施，防止此類事故再次發生。

1.1 運行方式 2016年5月9日柳南客專線南寧東變電所2號主變A相帶211至226饋線運行；B相帶227-230共饋線運行，供電臂范圍內AT所、分區所并聯斷路器投入運行。南寧東變電所主接線圖見圖1。

圖1 變電所、AT所、分區所接線圖

1.2 故障現象 2016年5月9日21時48分28秒，柳南線下行228 QF電流速斷、南廣線下行230 QF阻抗及過流保護動作跳閘，均重合成功，204 QF低壓啟動過流保護動作跳閘，跳閘數據見表1-1和表1-2。

表1-1 故障數據及整定值表

表1-2 故障數據及整定值表

1.3 存在問題 228 QF、230 QF跳閘均重合成功，說明故障已排除，但作為饋線后備保護的204 QF仍然跳閘，造成中斷行車擴大停電范圍。這種不符合邏輯的現象如不解決，雨季長、雷擊多、接觸網跳閘頻繁的行車秩序將受到嚴重干擾，經濟、社會效益受到惡劣影響。

2 原因分析

針對存在的問題，我們組織故障發生時的當班職工和有關技術管理人員及設備維修者座談，聯系既往工作實際，從理論和實踐結合的角度，重點從以下方面對故障原因進行分析。

2.1 228 QF電流速斷保護動作分析 從表1所列故障數據及整定值可以清楚知道，饋線228 QF故障電流=1 960+2 812 A=4772 A大于4 170 A（電流速斷整定值），且延時時間為100 ms，滿足動作條件。21時48分22秒251毫秒228 QF電流速斷保護動作出口，推算21時48分22秒151毫秒保護啟動。

2.2 230 QF保護動作跳閘分析

2.2.1 阻抗保護動作分析 結合阻抗段保護動作特性對阻抗保護動作進行分析，圖2為阻抗段保護動作特性示意圖。其分析過程：將跳閘阻抗等數據及二次電阻保護整定值91.40 Ω、二次電抗保護整定值168.64 Ω、保護動作值：R=22.5 Ω、X=56.4 Ω代入阻抗動作邊界四邊形（如圖2所示）,可見故障數據在四邊形內，滿足阻抗保護動作條件。

圖2 阻抗段保護動作特性圖

2.2.2 過電流保護動作分析 由表1可知230 QF故障電流=2+2 233 A=2 335＞2 025 A（過流整定值），延時時間400 ms，滿足動作條件。

230 QF實測阻抗滿足阻抗動作條件，實測故障電流滿足過電流保護動作條件，且400 ms延時動作，21時48分22秒685毫秒保護口驅動230QF跳閘，推算21時48分22秒285毫秒過電流保護啟動。

2.3 204 QF保護動作跳閘分析 當故障電流Iβ=29 85 A＞2 175 A（過流整定值）,故障電壓Uβ=20.75 kV＜20.95 kV（電壓整定值），低電壓啟動過電流保護整定時間為700 ms。

204 QF故障數據滿足低電壓啟動過電流保護動作條件，經700 ms延時，21時48分22秒670毫秒保護出口，驅動204 QF跳閘，推算21時48分21秒970毫秒204 QF保護啟動。

2.4 227 QF、229 QF不跳閘分析 當接觸網發生故障時，牽引變電所饋線保護均應可靠動作驅動斷路器跳閘。南寧東變跳閘當天，227饋線、228饋線、229饋線、230饋線所在供電臂的AT所、分區所均并聯斷路器投入運行，227 QF、229 QF裝置保護不動作，但204 QF低壓啟動過流保護動作跳閘。故障測距裝置采集數據見表2。

2.5 227 QF保護不動作分析 當電流速斷整定值為4 170 A，時限0.1 S；過電流保護整定值為2 025

表2 故障測距裝置量數據及整定值表

A，時限為0.4 S；227饋線故障電流為1 035+971=2 006 A既小于4 170 A（速斷整定值）也小于2 025 A（過流整定值）；因此227 QF電流速斷和過電流保護均不啟動。

2.6 229 QF保護不動作分析 過電流保護整定值為2025A，時限0.4 S；229饋線故障電流為223+226=449 A＜2025A（過流整定值）；因此229 QF保護不啟動。

2.7 AT所和分區所失壓保護動作 AT所和分區失壓保護定值=13.75 kV，時間為0.3 S；故障電壓U=1.34 kV小于13.75 kV(低壓整定值)；AT所、分區所并聯斷路器失壓保護均采樣接在下行228 kx及230饋線的電壓互感器，故跳閘時電壓低于失壓定值，經0.3 S后AT所、分區所并聯斷路器跳閘。而227 QF、229 QF保護裝置采集電流均未滿足動作條件，AT所、分區所并聯斷路器保護裝置采集電壓滿足動作條件且動作出口，跳閘切除故障電流，因此227 QF、229 QF不跳閘。

3 故障錄波及邏輯分析

在對有關電器元件作用與故障關聯進行分析的基礎上，我們還對故障錄波及邏輯做如下分析。圖3、圖4、圖5分別為228饋線、230饋線、204QF保護裝置故障錄波示意圖。

圖3 228饋線故障電流錄波

圖4 230饋線故障電流錄波

圖5 204QF故障電流錄波

查看故障錄波，結合跳閘報文，繪出故障電流持續時間及斷路器分閘時間示意見圖6，由故障電流波形圖3、圖4、圖5及圖6得知，21：48′21.970″，228饋線保護裝置過電流啟動I=3 750 A，同時主變低壓側β相（204 QF）過電流啟動。 21：48′22.251″，228饋線保護裝置電流速斷出口動作;228 QF跳閘過程中，即 21：48′22.285″，230饋線保護裝置阻抗啟動、過電流啟動I=2 614 A，主變后備保護裝置故障過流仍持續，直到 21：48′22.670″，低于啟動過流保護動作出口;在204 QF分閘過程中，即21：48′22.685″,230饋線保護裝置阻抗、過電流保護出口。

圖6 故障電流及跳閘示意圖

根據饋線斷路器、母線斷路器保護整定時間，228 QF電流速斷保護動作出口時間為21：48′22.251″，230 QF 阻抗、過電流保護保護動作出口時間為 21：48′22.685″，204 QF 過電流保護動作出口時間為 21：48′22.670″，204 QF 保護出口在前，230 QF保護出口在后，兩者時間相差15ms，所以盡管230 QF跳閘并重合成功，204 QF仍然跳閘。

4 保護解決方案

一般饋線電流速斷時限整定T1=0.1 s；阻抗保護時限整定T2=0.4 s；主變低壓啟動過電流保護時限比饋線阻抗保護延時一個級差△T=0.3，母線斷路器保護時限T3=0.7s，能夠保證選擇性的可靠。但是如果考慮接觸網供電臂上下行發生故障延時的疊加，饋線總時限Tk=2 T2=0.4+0.4=0.8 s，大于后備保護整定時限，則保護無選擇性，如本文案例。因此解決方案有以下選擇：

4.1 增大主變低壓啟動過電流保護時限 南寧東牽引變β相母線供電至柳南客專和南廣高鐵上下行接觸網即227、228、229、230饋線同時接在β相母線，饋線阻抗保護及過電流保護時限不變，則主變低壓啟動過電流保護整定時限整定為：

T=4T 2=4×0.4=1.6 s

這樣主變高壓側過流保護及上一級電網保護則分別增加時限，而實際運行中四線故障延時疊加機率太低可以忽略，該方案可行性不高。

4.2 壓縮饋線阻抗保護時限 將饋線阻抗保護時限整定由，T2=0.460.3 s，考慮本線上下線故障保護延時疊加'T3=2T2=2×0.3 s，后備保護級差△T=0.2，主變母線低壓啟動過電流保護時限T=0.8 s，這樣既兼顧故障保護的復雜性，又保障了保護的選擇性，最大限度減少對動車運輸秩序的影響。

5 結束語

“5.9”南寧東變電所越級跳閘案例奇特，其現象難以用電氣知識解釋，研究并找出其原因從根本上防范此類故障很有必要，而本文從理論與實踐的結合上提出對樞紐地區的變電所繼電保護系統進行整定值配合的優化建議具有較強的指導性，期望能為相關設備使用、維護單位和人員解決類似問題提供參考和借鑒。

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