牽引變電站站域快速后備保護應用研究

中鐵二院工程集團有限責任公司 付 莉

中鐵二局電務公司 王永恒

牽引變電站既有保護采用面向設備一對一的元件保護，其后備保護通常按階梯時限來整定，保護動作時限長，不能快速切除故障，同時不同元件的保護相互獨立，信息不共享，基于本地信息的保護決策也難以對各類故障做出最優判斷，不能滿足目前高速鐵路對繼電保護更高、更嚴的要求。

針對既有保護的不足，借鑒電力系統層次化保護中的站域保護思想，本文探討了牽引變電站站域后備保護方案，并通過數字繼電保護測試儀PNF803、以太網交換機和PC機搭建的軟件測試平臺，對站域保護相關功能進行測試。

保護誤動作不能及時識別、閉鎖。當牽引供電系統出現異常情況時，饋線可能會出現過電流等非正常的運行狀態，導致相應母線誤動作。

由上可知，基于信息共享的新型保護研究具有實際意義。本文探討的牽引變電站站域后備保護也是基于該思想。

1 既有保護方案及分析

典型牽引變電站保護裝置配置如表1。低電壓啟動過電流保護將切除故障，但是按照整定時限，其往往要過1s左右才動作，動作時限長，不能實現故障的快速切除。

表1 典型牽引變電站的保護配置

（2）保護裝置缺乏全局信息，缺乏對某些故障的快速識別。如：牽引網發生故障時，饋線保護不能識別出故障供電臂，因而兩條供電臂都會暫時先斷電，擴大了停電范圍；當牽引網出現異相短路時，單個IED的保護不能快速識別出該故障。

（3）當斷路器失靈時，上級斷路器在檢測到故障時，可以跳閘切除故障，一般要延時0.4～0.5s，動作時間長。

（4）保護誤動作不能及時識別、閉鎖。當牽引供電系統出現異常情況時，饋線可能會出現過電流等非正常的運行狀態，導致相應母線誤動作。

由上可知，基于信息共享的新型保護研究具有實際意義。本文探討的牽引變電站站域后備保護也是基于該思想。

2 牽引變電站站域后備保護方案

2.1 站域后備保護的冗余信息

站域保護是指面向牽引變電站，能夠獲得覆蓋整個牽引變電站

表1 中保護裝置能夠滿足牽引變電站基本運行要求，但由于各保護裝置彼此間相互獨立，缺乏有效協調，存在一定的不足：

（1）后備保護動作時限長，不能實現某些故障的快速切除。如27.5kV側低電壓啟動過電流保護，該保護是牽引變壓器的后備保護，同時也是相應饋線的遠后備保護，因此，其動作時限比饋線保護最長時限還要高出一個?t。當饋線發生故障且饋線主保護拒動時，低壓側各個方面的信息，可以利用共享信息進行綜合判斷、集中決策，實現保護功能的優化，實現對就地層保護的冗余，同時也作為廣域保護的子站。站域后備保護的冗余信息如圖1所示。

圖1 站域后備保護的冗余信息

為獲得牽引變電站全站的信息，需要對其合并單元和智能單元進行配置，可參考電力系統智能變電站中采用的間隔配置方法。

2.2 站域后備保護中的新型保護功能

牽引變電站站域后備保護基于全站共享的冗余信息，其整體保護配置如表2。

從表2知，牽引變電站站域后備保護不僅配置了牽引供電系統應用成熟的保護原理，同時也考慮了基于站域信息的新型保護功能。

表2 牽引變電站站域后備保護的保護配置

3 站域后備保護功能驗證測試

3.1 測試平臺的構建

采用智能繼電保護測試儀PNF803來搭建測試環境，主要包括1臺繼電保護測試儀PNF803；2臺PC機，一臺用于運行保護測試儀PNF803的Power Test，一臺用于運行保護程序；1臺以太網交換機；1臺光電轉換器。

3.2 母線快速保護功能測試

以某牽引變電站的計算參數為基礎：牽引變壓器容量為40000kVA，高壓側母線電壓為220kV，高壓側三相額定電流分別為181.82A、314.92A、181.82A，低壓側母線額定電壓為27.5kV，低壓側母線最低工作電壓22kV，低壓側α相、β相額定電流為1454.55A、1454.55A，牽引變壓器高壓側、低壓側CT接線系數均為1，牽引變壓器高壓側CT、PT變比分別為500、2200，牽引變壓器低壓側CT、PT變比分別為2500、275，差流速斷保護可靠系數為1.20，過電流保護的可靠系數為1.20，低電壓保護返回系數為1.05。

運行保護程序，運行結果如圖2，跳閘信息以GOOSE形式發送出去。

圖2 低壓側α相母線保護的測試結果二

從測試結果看出，當母線發生故障時，母線快速保護啟動自身低電壓過電流保護判別，若該判別成立且沒有收到相應饋線主保護的動作信號時，迅速判斷出母線故障，經整定時限，母線保護在啟動后0.1s實現保護出口，發出相應跳閘信號，實現了母線快速保護。

結論：隨著技術發展，不同間隔間實現了信息共享，如何有效利用共享的信息研究新的保護方案及保護算法，對牽引供電系統繼電保護來說是一件有實際意義的工作。站域后備保護配置集中后備保護，可以利用站域信息快速判斷故障，可以避免既有繼電保護中多個后備保護間的相互配合，將后備保護動作時間由既有1s及以上縮短到0.2s，實現快速后備保護。同時，基于站域信息的新型保護功能應用對于牽引變電所安全可靠運行提供更有力的保障。