關于主變低電壓啟動過電流定值的探討

王松平 王林林

（中鐵電氣化鐵路運營管理有限公司上海維管處合肥維管段，安徽 六安 237000）

電氣化鐵路牽引變電主變低電壓啟動過電流的低電壓定值存在因不同線路、不同設計院設計、不同微機保護廠家裝置，資料移交時給出的定值大小不同，現上海鐵路局管內幾條線路的定值書里此定值有76.19v、61v、83.12v、66v、69v 不一樣的數據，不深究容易茫然不知所措，同時不合適的定值在低電壓啟動過電流保護動作時會存在誤動作現象，會干擾正常的電氣化鐵路運行秩序，所以有必要對此定值的計算進行梳理和探討，以便更好地指導生產。

變壓器繼電保護分為主保護和后備保護。主保護有差動速斷和比率差動保護，有的線路主保護還設有零序保護；后備保護有三相過電流、單相過電流、低壓啟動過電流、過負荷、失壓、過電壓、油溫告警、跳閘等保護。

在這里主要探討的是主變低電壓啟動過電流保護和不同線路關于此定值的不同計算方式，同時針對個別線路定值不妥進行分析和提出建議。

低電壓啟動過電流分為主變高壓側低電壓啟動過電流保護和主變低壓側低電壓啟動過電流保護，具體保護原理如下：

1 主變低電壓啟動過電流保護

1.1 主變高壓側低電壓啟動過電流保護原理

1.1.1 平衡變壓器三相低電壓啟動過電流原理圖如圖1。

圖1 主變高壓側低電壓啟動過電流保護

1.2 主變低壓側α、β 相低電壓啟動過電流原理

1.2.1 平衡變壓器三相低電壓啟動過電流原理圖如圖2。

圖2 中：

圖2 主變低壓側α、β 相低電壓啟動過電流保護

Iα、Iβ為低壓側α、β 相電流；

IGLO為低壓側過流電流定值；

Uα、Uβ為α、β 相電壓值；

UDY為低電壓整定值。

1.2.2 原理說明

當低壓側α、β 相電壓值有一相低于其整定電壓值，且對應相別的電流值超過整定電流值時，經一定時限TGLO發出對應斷路器跳閘命令和保護啟動告警信號。

綜上所述，低電壓啟動過電流低電壓定值UDY對數據判定分為主變高壓側和低壓側過流兩種：一、高壓側A 或B 或C 相過流時對低壓側Uα、Uβ、Uab 任一項的二次電壓取值判定；二、低壓側過流時，α 相判定Uα二次電壓值、β 相判定Uβ二次電壓值，不判定Uab 值。

（Uab 是α、β 相的線電壓，Uab 是裝置根據Uα、Uβ矢量和計算求得。正常運行時Uα、Uβ相位角為60°，Uα、Uβ、Uab均為100V 左右。）

2 低電壓啟動過電流低電壓定值UDY 的整定方式

引言里提到的不同線路給出了不同的低電壓啟動過電流低電壓定值，比如浙贛線為76.19v、京滬線為61v、合寧線為83.12v、合武線為66v、鄭徐線為69v,這些數據表達的意思和想實現的保護功能都是一樣的，它的整定方式均為：UDY=Umin/Ny/ Kk/ Kf，但由于各條線路給出的最小運行方式27.5kv 母線電壓不同，可靠系數、返回系數不同，造成了最后得出的定值不同，具體歸納如下：

2.1 浙贛線低電壓啟動過電流低電壓定值UDY76.19v 計算方式為:

UDY= Umin/ Ny/ Kk/ Kf

UDY=22000/275/1.05/1≈76.19v。

Umin: 最小運行方式27.5kv 母線電壓22000v

Ny:電壓互感器變比:275

Kk：可靠系數:1.05；

Kf:返回系數:1。

2.2 京滬線低電壓啟動過電流低電壓定值UDY61v 計算方式為:

UDY= Umin/ Ny/ Kk/ Kf

UDY=24000/275/1.2/1.2≈61v

Umin: 最小運行方式27.5kv 母線電壓24000v

Ny:電壓互感器變比:275

Kk：可靠系數:1.2；

Kf:返回系數:1.2。

2.3 合寧線低電壓啟動過電流低電壓定值UDY83.12v 計算方式為:

UDY= Umin/ Ny/ Kk/ Kf

UDY=24000/275/1.05/1≈83.12v

Umin: 最小運行方式27.5kv 母線電壓24000v

Ny:電壓互感器變比:275

Kk：可靠系數:1.05；

Kf:返回系數:1。

2.4 合武線低電壓啟動過電流低電壓定值UDY66v 計算方式為:

UDY= Umin/ Ny/ Kk/ Kf

UDY=24000/275/1.05/1.25≈66v

Umin: 最小運行方式27.5kv 母線電壓24000v

Ny:電壓互感器變比:275

Kk：可靠系數:1.05；

Kf:返回系數:1.25。

2.5 鄭徐線低電壓啟動過電流低電壓定值UDY69v 計算方式為:

UDY= Umin/ Ny/ Kk/ Kf

UDY=24000/275/1.2/1.05≈69v

Umin: 最小運行方式27.5kv 母線電壓24000v

Ny:電壓互感器變比:275

Kk：可靠系數:1.2；

Kf:返回系數:1.05

經對比浙贛線（UDY：76.19V）和合寧線（UDY：83.12V）的低電壓定值偏高，如果該保護動作，浙贛線的實時電壓低于20952.25v 開始動作；合寧線的實時電壓低于22858v 開始動作，會干擾正常的運輸秩序。

3 分析低電壓啟動過電流低電壓定值偏高，饋線保護不動作而主變低壓啟動過電流誤動作現象

3.1 牽引變電所饋線保護一般由距離保護、電流速斷等組成。如果主變低電壓啟動過電流的低壓定值設置不合理會造成饋線側阻抗保護不動作，而主變側低壓啟動過電流動作，分析如下。

阻抗保護的動作原理如圖3 所示。

圖3 饋線阻抗保護原理圖

圖3 中：

A-B 段為線路阻抗動作邊界，與X 軸平行；

B-C 段為負荷阻抗動作邊界，與X 軸的夾角為70°；

A-D 為負X 軸的動作邊界，與X 軸的夾角為70°；

D-C 為負Y 軸的動作邊界，與X 軸平行。

3.2 通過上面阻抗保護原理指引，找一個變電所進行驗證，驗證當低電壓定值設置偏高時，饋線保護正常不動作，而主變低壓啟動過電流保護誤動作。

3.3 以衢州變電所為例

后溪街下行距離一段電阻R=9.16，電抗X=7.83，

由此得出最大動作阻抗Z=15.76,

通過分析發現有一個饋線保護不啟動而低壓啟動過電流保護啟動區域。假設線路電壓為低于低壓啟動過電流低電壓定值20952.25v 的19250KV，I=888A。

衢州變電所電壓互感器變比為275:1，電流互感器主變低壓側為200:1，

饋線電流互感器變比為150:1，

通過計算得出：

3.3.1 此時線路阻抗為零界值，阻抗保護不啟動；

3.3.2 線路電流速斷整定值6.01 也就是901.5A，電流速斷保護也不啟動；

3.3.3 主變低壓側低電壓啟動過電流啟動。此時就會造成越級跳閘誤動作現象。

3.4 實例說明

2008 年1 月24 日、2 月28 日衢州變電所2#主變高、低壓側102DL、202ADL、202BDL 同時跳閘，實例證明了主變低電壓啟動過電流低電壓定值偏大造成誤動作的存在。

3.4.1 故障電量，見表1。

表1

3.4.2 分析：此跳閘屬于主變高壓側A 相低電壓啟動過電流保護動作

3.4.2.1 從饋線電流負荷曲線分析，每一條饋線電流沒有超過各自電流速斷定值（一次值1200A），所以饋線斷路器沒有跳閘屬于正常，饋線過流保護設計院設計不投。

3.4.2.2 此跳閘不屬于主變低壓側低壓啟動過電流保護動作動作原理：

α 相過流跳開α 相斷路器。

啟動條件：α 相電流、時間均大于α 相定值；α 相電壓低于低電壓定值。

β 相過流跳開β 相斷路器。

啟動條件：β 相電流、時間均大于β 相定值；β 相電壓低于低電壓定值。

分析1 月24 日18：40、2 月28 日18：22 和19：14 三次跳閘數據如下：

β 相數據均沒有達到跳閘定值。

二次電流分別為：0.02A、0.013A、0.013，均小于電流定值2.73A；

二次電壓分別為：102.4V、103.1V、103.1V，均大于電壓定值76.19V。

所以β 相斷路器屬于正常不動作。

α 相數據電流達到了跳閘定值，但電壓沒有低于跳閘電壓定值。

二次電流分別為：4.16A、3.799A、4.465A，均大于電流定值2.18A，達到跳閘電流條件；

二次電壓分別為：102.4V、103.1V、103.1V，均大于電壓定值76.19V，沒有達到跳閘電壓條件。

所以α 相斷路器屬于正常不動作。

3.4.2.3 此跳閘屬于主變高壓側三相過流保護動作中的其中A 相動作，主變高、低壓側斷路器同時跳閘。

動作原理：

高壓側A、B、C 三相任一相二次電流大于跳閘電流定值（2.18A）；

過流時間大于跳閘時間定值(0.7S)；

主變低壓側Ua、Ub、Uab 任一值低于低電壓定值UDY(76.19V)。

分析1 月24 日18：40、2 月28 日18：22 和19：14 三次跳閘數據如下：

二次電流分別為：4.08 A、3.734A、4.437A，均高于電流定值2.18A。

Uab 電壓分別為：72.4V、75.2V、72.07V，均低于低電壓定值76.19V。

所以三次跳閘均符合高壓側A 相低電壓啟動過電流動作條件，102DL、202ADL、202BDL 同時跳閘屬于保護正常動作。

經分析1 月24 日與2 月28 日兩天的三次跳閘信息基本一致，跳閘時間段也大致相同，認定跳閘原因為α 相（衢州站、后溪街-衢州區間區間上、下行）饋線電力機車車流量大、負荷大，保護裝置的低電壓定值偏高。在短時過負荷的情況下，主要是α、β 相的線電壓Uab 值低于低電壓定值UDY，引起保護動作。

4 結論

在上述理論和實例的探討中，我們應該認識到保護定值關系到牽引供電設備故障切除的正確與失誤，尤其是對于主變低電壓啟動過電流低電壓定值的統一應從多方面完善，比如：計算公式的統一、最小運行方式27.5kv 母線電壓的統一、可靠系數和返回系數的統一等問題。另應對同一定值、不同設計單位設計原理進行分析學習，以便更好地指導生產、服務于生產。