高速鐵路牽引變電所繼電保護方案優化研究

徐金龍

摘要：目前經濟的發展，城鎮化進程的加快，促進交通建設項目的增多。隨著我國經濟社會的不斷發展，對交通的要求也越來越高，其中高速鐵路為了適應時代的發展也在不斷提高自身的建設質量，通過創新引進新技術，逐漸滿足了人們的日常出行混入交通運輸的需求。但是高速鐵路的發展帶來的不僅僅是優勢，還會出現一些新問題，特別是在高速鐵路牽引變電所繼電保護方案方面常常會出現管理不當設計不當的問題。本文就高速鐵路牽引變電所繼電保護方案優化展開探討。

關鍵詞：高速鐵路;牽引供電系統;繼電保護

引言

繼電保護是牽引變電所的心臟，其作用是在牽引供電系統發生故障或異常情況時進行報警、快速切除和隔離，以減小停電范圍、縮小故障停電時間，從而提高牽引供電系統運行的可靠性。按照繼電保護的基本要求，必須滿足選擇性、速動性、靈敏性和可靠性。一旦繼電保護裝置發生故障退出，將嚴重威脅牽引供電系統的安全運行，輕則使牽引供電設備得不到保護，重則造成設備和財產損失，導致牽引變電所的解列退出，影響正常行車秩序。

1高速鐵路牽引變電所在220kV電網中位置分析

根據《高速鐵路設計規范》，電力系統向高速鐵路牽引變電所提供兩路獨立電源，并且線路中間不允許T接其它負荷，牽引變電所是電力系統的終端負荷。無論是牽引變電所電源進線故障還是牽引變電所內部故障，都不會影響220kV電網中的其它電力用戶。此外，高速鐵路牽引變電所一般不存在穿越功率。由高速鐵路牽引變電所在220kV電網中的位置及其特點可以看出，高鐵用戶不同于電力系統的220kV一般用戶，其保護配置也有別于電力系統220kV變電站傳統保護配置。同時，為牽引變電所供電的220kV線路保護也應該根據牽引用戶的特點進行配置，在滿足用戶需求和電網要求的前提下盡量簡化配置。

2高速鐵路牽引變電所繼電保護方案優化

2.1電力系統線路保護

現如今我國一般的各項運用電能的設備都是應用電壓為220kV左右的線路，在高速鐵路上所應用的是在220kV以上的電壓，主要傳播途徑是光纖傳播，并且通過它來進行線路電流差動保護。光纖電流差動保護具有選擇性好、解決問題效果好的優勢，對與解決保護區內的故障有著明顯的效果。但是電流差動保護的進行是具有一定條件的，是必須要保證電力負荷在被保護線路的區域以外，這樣才能夠使牽引網進行差動保護工作的時候躲過最大負荷電流。

2.2變壓器過熱負荷保護

牽引變壓器作為電氣化鐵路中的一個主要供電設備，對鐵路運行的經濟性和安全性均有較大影響。當長時間出現熱狀態下，會導致變壓器絕緣材料的彈性喪失，影響電氣強度。為了延長變壓器的使用年限，確保其在過熱情況下不至于損壞變壓器絕緣，我國的變壓器標準明確規定了變壓器的溫升限制。當前，主要使用定時限過負荷來對牽引變壓器進行保護，并利用過電流動作和過電流倍數來實現。這種保護方案的適用性比較小，當負荷定值整定比較高時，會使變壓器持續保持在過負荷的狀態下，影響變壓器的使用年限。而當整定值過低時，會使變壓器頻繁出現跳閘情況，對變壓器過負能力的發揮有比較大的影響。導致這種情況出現的根本原因是保護方案無法將變壓器溫升反映出來，使變壓器實際的過負荷能力和保護方式不匹配。而使用熱點溫度來限制負荷，可以更加準確、真實地將變壓器內部的熱狀態反映出來，可以提升牽引變壓器過負荷的能力。在測量溫度時，可以使用間接測量和直接測量的方式來進行測量，其中間接測量是利用變壓器時間對電流的特性曲線來將內部溫升反映出來的，而直接測量是使用溫度傳感器設備安裝在內部發熱體上來實現的。由于鐵路牽引負荷具有持續時間長、負荷電流大等特點，當前使用的定時限過負荷己經不能再滿足實際運行的要求，在未來會使用熱過負荷保護取代時限保護。

2.3饋線熱過負荷保護

饋線熱過負荷保護的工作原理主要是通過采集外界環境溫度和接觸線電流，通過內部程序計算，將計算結果與接觸線的固有特性相比較，在不同情況下發出報警、跳閘命令，從而達到保護接觸網的目的。饋線熱過負荷保護的保護對象是接觸線。接觸線有其自身固有的熱特性，是一條以電流為變量的反時限曲線。這就要求保護裝置整定的曲線與接觸線的固有曲線進行配合。同時，保護裝置的整定曲線還應與饋線的電流保護進行配合。觸線的通過電流及其持續時間表現為接觸線溫升及其對接觸線機械性能的影響。也就是說接觸線的耐熱能力的強弱表現為接觸線允許持續電流的大小。在一定意義上可以認為確定接觸線的熱特性就是確定接觸線的允許持續電流。接觸線包括由變電所饋線斷路器至接觸網上網處的供電線、接觸網。供電線的允許持續電流由供電線的材質決定，接觸網的允許持續電流則由接觸導線和承力索共同決定。流經供電線的電流經接觸導線和承力索分流，因此接觸網的允許持續電流為接觸導線的允許持續電流與此時承力索中電流之和。在接觸導線和承力索的材質確定后可以通過計算算出接觸網的允許持續電流。比較接觸網允許持續電流和供電線允許持續電流的大小，選擇較小的作為接觸線的允許持續電流，并由此確定接觸線的熱特性。高鐵和客運專線牽引負荷具有負荷電流大、持續時間長的特點，現有的定時限過負荷保護已經不適應當前的運行要求，在將來的工程中將采用熱過負荷保護替代定時限保護。

結語

綜上所述，促進我國高速鐵路的正常運行和使用壽命，必須要在牽引變電所繼電保護方面加大力度，其能夠保證高速鐵路在運行的時候，電力供電系統的正常運轉。但是由于我國高速鐵路發展時間短、發展速度快，相關保護技術跟不上發展速度，只能沿用普通鐵路的保護原理和措施，不能有效地滿足高速鐵路牽引供電系統。所以，加強高速鐵路牽引變電所繼電保護方案的提出是如今促進高速鐵路發展的重要措施。

參考文獻

[1]印同慶.高速鐵路牽引變電所繼電保護方案探討[J].城市建設理論研究（電子版），2019（01）：3845-3846.

[2]賈宗帥.高速鐵路牽引變電所繼電保護方案探討[J].建筑工程技術與設計，2019（21）：1881.

[3]馬兆彭.牽引變電所保護裝置誤動現象探析[J].技術與市場，2020（10）：103-104.