從高速動車組牽引供電系統角度略議繼電器的保護模式

高龍

摘 要：高速鐵路是人們普遍認可的交通工具之一，為了不斷滿足人們的交通需求，我們需要不斷提升高速鐵路動車組牽引供電系統的工作效率，采取科學的對策落實繼電器的保護工作。為了保障車輛牽引供電系統的供電穩定性，我們應該認真了解牽引供電系統的供電工作現狀，采取科學的對策確保高速動車組的正常運營。基于此，本文主要論述了高速動車組牽引供電系統的繼電器保護現狀，然后從不同供電模式角度探究了牽引網和變壓器的繼電保護方法，希望能夠有效提升繼電器的保護工作質量，并推動高速動車組牽引供電系統的長遠健康發展。

關鍵詞：高速動車組 ；牽引供電系統 ；繼電器；保護

引言

在高速運行的過程中，動車組車輛會受到機械振動、接觸線滑動等各種因素的影響，從而導致車輛牽引供電系統容易產生故障。而想要確保系統的正常運行，還要加強系統繼電器保護配置，從而使系統在出現故障時維持持續供電，以確保車輛正常運行。因此，還應加強對高速動車組車輛牽引供電系統的繼電器保護分析，從而更好的推動我國高速鐵路的發展。

1 高速動車組車輛牽引供電系統概述

從組成上來看，高速動車組車輛牽引供電系統由牽引網、電力機車組和牽引變電所構成。利用牽引變電所完成電能轉化后，系統能夠利用獨立電源進線將電能傳送給牽引網，從而為車輛供電。而由于牽引負荷為單相負荷，所以需要利用特別變壓器將負荷均勻分配到系統三相中。在高速動車組上，則通常采用 V/x 接線等牽引變壓器[1]。在供電方式上，系統主要采用全并聯 AT 供電方式，設置有多個供電回路，所以在故障發生時會產生多個回路給短路點供電，對繼電保護有特殊要求。此外，高速動車組車輛采用交 - 直 - 交電力機車，電路諧波成分等有一定差異，因此也將影響繼電器保護功能的發揮。

2 高速動車組車輛牽引供電系統的繼電器保護

2.1 牽引網既有保護

從牽引網采用的既有保護方法上來看，其沿用了過電流保護、距離保護等傳統保護方案。首先，牽引網主要采用距離保護方式，根據負荷中綜合諧波含量完成四邊形動作特性邊界的自動調整，以減少負荷電流下的保護誤動作。其次，系統將根據牽引網供電方式進行過電流保護的提供，完成 1-3 段配置，并采用激勵涌流閉鎖和綜合諧波抑制方法提供繼電保護。再者，在機車正常運行過程中，牽引網流量增加量應小于單個車輛電流最大值。所以一旦超出該數值，說明牽引網發生故障，系統需要提供電流增量保護。此外，在高速動車組車輛運行的過程中，重載車輛在 300-350km/h 的時速下，將達到 600-1000A 的牽引電流。為防止牽引網穩定性降低，系統需完成熱過負荷保護的設置，即利用熱模型完成接觸網溫度的實時計算，并在超出溫度設定值時啟動跳鬧回路，進而達到斷開饋線斷路器的控制目標。但是，目前高速動車組車輛牽引供電系統采用的是全并聯 AT 供電方式，采用既有繼電器保護方式，系統將會在牽引網故障發生后將兩條供電臂跳開，進而導致大面積停電。因此，還要重新進行系統繼電器保護分析，以便使非故障供電臂保持正常供電，進而更好的滿足動車組車輛的運行需求。

2.2 牽引網聯跳保護

為牽引網提供距離保護，需要對故障點到繼電器安裝點間的距離進行反映。而從牽引網的距離保護動作特性上來看，其四邊形特性方向性明顯，即在測量阻抗為第一象限值的情況下，繼電器才能執行距離保護動作。針對這一特性，還要加強系統供電阻抗特征分析，然后結合特征實現牽引網聯跳保護。從牽引網故障發生情況來看，在 AT 所至分區出現故障，將得到相同的變電所保護測量阻抗，繼而導致采取既有保護方案的系統無法識別故障供電臂的保護 1、2。采用聯跳保護方案，可以將保護 1、3、5 和 2、4、6 分別設置為上行和下行供電臂整體保護，一旦發現故障則要將對應斷路器跳開，并向對應供電臂發送聯跳指令。而供電臂在接收到命令后，應立即跳開對應斷路器。借助供電臂的上下行對稱性，則能增強繼電器保護的選擇性[2]。采取該種保護方式，只要有斷路器斷開，系統的并聯支路機會減少，進而導致測量電抗增大。因此，只有在電抗和電阻同時滿足保護條件時，繼電器才會執行保護動作。所以在保護 1 通過聯跳斷開后，保護 2 的電抗將會變大，進而導致其不會發生動作。采取該種繼電保護方案，可以使同一供電臂保護成為一個整體，并在保護檢出故障時將對應斷路器跳開，進而實現對牽引網的快速保護。

2.3 變壓器差動后備保護

變壓器在工作的過程中，通常需要提供過流保護。但在高速動車組車輛的牽引供電系統中，變壓器繼電器保護容易受到不平衡電流的影響，所以還要提供差動后備保護。從原理上來看，過電流保護即繼電器在電流大于整定值時動作。但在牽引系統中，牽引負荷沖擊性較強，要求變壓器在 3 倍額定負荷電流下保持 2min 工作。針對這一情況，還要在變壓器高、低壓側完成低電壓啟動的配置，以提供后備保護。牽引網在正常運行過程中，電壓將保持在 19k V 以上。所以在低壓側母線電壓設計上，應設定為24k V。如果系統工作正常，母線電壓將比低電壓整定值壓低，所以即便負荷電流比動作電流整定值要大，繼電器也不會發生誤動作。在系統發生故障的情況下，變壓器漏阻抗將隨之減小，母線電壓則會不斷增大。但由于低壓啟動過電流保護可能出現拒動的情況，所以還要加強變壓器后備距離保護的整定計算，即通過測量短路阻抗和負荷阻抗完成合理保護配置，進而使變壓器高、低壓距離保護正常動作。

2.4 變壓器過負荷保護

對于高速動車組車輛來講，由于行車密度較低，并且牽引供電系統需要提供大牽引功率，所以采用的牽引變壓器需要長期處在過負荷狀態，容易出現老化的問題。針對這一情況，還要加強對變壓器的過負荷保護，以延長變壓器的使用壽命。從既有保護方案上來看，鐵路通常采用三段式定時限特性提供過負荷保護。但在負荷電流位于保護整定值之間時，繼電器保護動作并不減小，進而導致繼電保護無法滿足變壓器過負荷保護要求。針對這一情況，還要為變壓器提供反時限特性的過負荷保護，即要根據負荷電流變化情況完成繼電器保護動作的時限調整，以確保變壓器穩定工作。一旦系統發生故障，由于產生的短路電流基本保持不變，所以可以利用反時限特性的過負荷保護滿足變壓器工作需求。在實際應用該種方法時，需在變壓器上進行油溫傳感器的安裝，并通過將測量數據轉換為信號輸入繼電保護裝置中。而裝置在完成過負荷保護計算后，則將根據設定值判斷是否執行動作，進而為變壓器提供有效的繼電保護。

3 結論

通過分析可以發現，牽引供電系統為高速動車組車輛的重要動力裝置，還要加強系統繼電器保護配置，以確保機車的安全、穩定運行。而高速動車組車輛與鋪速機車在繼電保護上的要求不同，因此還應結合車輛實際需求研究系統繼電保護問題，并結合問題提出有效的繼電器保護配置方案，繼而更好的推動高速鐵路的發展。

參考文獻：

[1] 王佩剛 . 高速鐵路牽引供電系統繼電保護研究 [J]. 中國高新技術企業 ，2017，（02）：104-105.

[2] 王永 . 淺析繼電保護、牽引供電系統在長期超負荷狀態下的對策 [J]. 科技資訊 ，2011，（29）：164-166.

[3] 高秀琴.高速鐵路中關于供電系統的保護配置分析與研究[J].電子測試，2017（11）：114+113.

[4] 陳惠娟. 地鐵牽引供電系統仿真與分析[D].福州大學，2010.