電氣化鐵路牽引變電所繼電保護探討

張祖華

中鐵十一局集團電務工程有限公司 湖北 武漢 430070

引言

鐵路運輸經濟對社會經濟的可持續發展具有非同凡響的意義，對社會經濟運轉周期的提高做出了重要的貢獻。而在鐵路運輸系統中，電氣化鐵路在其中更是有著其他鐵路運輸方式所不具有的優勢。對于電氣化鐵路而言，要想完整的運轉起電氣化鐵路的運輸系統就需要依靠相對應的牽引系統來實現其中的各類功能和作用，而牽引系統又需要牽引繼電保護來實現其安全可靠的運轉，因此無論是對于鐵路系統經濟的可持續發展，或者是實現鐵路運輸系統的穩定構建和安全可靠的運行，相關專業人員對電氣化鐵路牽引變電所繼電保護做出相應的研究，提出解決其中問題的辦法和措施就具有非常重要的現實意義和經濟價值。

1 電氣化鐵路概述

1.1 牽引變電所

在電氣化鐵路系統運轉過程中，其牽引變電所作為牽引供電系統最為核心的裝置主要作用是將經過升壓和降壓處理后的三相高壓電轉變為低壓、穩定、可持續輸入的可以供給當前在鐵路線上行駛的機車的單相交流電。在目前實際情況中大部分牽引變電所所使用的牽引供電設備主要分為一次設備和二次設備兩類供電裝置，一次設備主要包含電力傳感器、電力傳輸母線、電力保護裝置等，以此來實現電力資源在電氣化鐵路系統中的傳輸、分配、分流和使用等，從而使機車能夠在鐵路線上安全穩定的工作。二次設備則是通過現代化網絡信息技術實現專業人員對牽引變電所的遠程控制和交互，為牽引變電所提供現代化技術方面的管理支持，從而形成智能化、信息化、自動化、集成化的先進牽引變電所運轉系統。另外，運用在電氣化鐵路系統中的牽引變電所還可以對設備內的電器進行控制，提高對鐵路線上機車的供電質量和效率，保證機車運轉安全，同時還會采用牽引變電設備的雙備份模式，在發生問題時可以通過設備之間的轉換和連接使用來為機車源源不斷地提供電力，減少鐵路系統中電力網的運載負荷，保障牽引變電所的功能安全和效率，實現電氣化鐵路系統的機械化和自動化運行。

1.2 電氣化鐵路牽引供電原理

傳統鐵路系統的運轉需要依靠大量的電力資源和煤炭、石油等自然資源來維持，消耗資源量很大且往往效率不高，而和其相比電氣化鐵路就不需要投入能源，而是需要構建合理完善的牽引供電系統來為電氣化鐵路系統提供運轉動力。在鐵路經過鐵路線時，由于在鐵路線周邊地區往往會建設大大小小、規模不同的牽引變電站，這些變電站內會設有相應的電流變壓器，當外界高壓電經過一次升壓后會進入到降壓器中，在對這些電流降低電壓達到正常使用水平后就可以通過電力牽引裝置例如牽引網、牽引器等給電氣化鐵路系統中的機車進行供電工作，從而保證機車能夠源源不斷的擁有電力支持，實現鐵路系統的持續運行。另一方面，傳統牽引變電站中的供電方式大多都采用雙線雙變供電，一般是指在變電站負荷上設置的電源有兩個，負載正常運行時由其中一個電源供電，另一個處于備供狀態，而在電氣化鐵路系統中使用的牽引變壓器為單向式牽引變壓，一旦在鐵路線出現停電或小規模供電短缺的情況時就可以通過使用閘門將牽引器開關打開使一條鐵路線上的相鄰的牽引變電站對機車實行供電服務[1]。

2 牽引變電所繼電保護存在的問題

經過大量走訪調查研究發現，就目前情況而言在實際運用中大部分的電氣化鐵路系統雖然構建趨于完善，但其中的牽引變電所繼電保護還存在各種各樣的問題，雖然相應的繼電保護裝置都能正常運轉實現對牽引變電所的繼電保護，但是由于這類保護僅僅使用雙套距離保護裝置來實現保護作用，沒有后續的完善保護和對牽引變電所相關設備的維修更新，因此在牽引變電所繼電保護中仍然存在大量急需解決的問題。

2.1 線路繼電保護配置存在的問題

由于目前實際應用中在電氣化鐵路系統的路線牽引繼電保護分配上沒有針對實際線路所設置的繼電保護裝置，且就算存在相應的繼電保護裝置也往往達不到安全穩定的維護電氣化鐵路系統正常運行的標準和要求，因此就需要引入光纖電流差動保護等先進的繼電保護技術來對電氣化鐵路系統的鐵路線繼電保護進行管理運營。在實行對電氣化鐵路系統供電線路的保護中最重要的就是使用三相電源來進行，三相電源產生的電壓經過牽引變壓后傳送到鐵路線中供給機車運行，并按照電流線路保護標準和要求來對繼電保護裝置進行維護更新。其次，光纖差動保護相對于傳統的線路架空模式而言可以有效減少為了對鐵路線路進行保護而造成的土地資源和空曠地帶的浪費，并且在實際應用中可以做到防微杜漸，根據光纖差動保護模式中所發現的問題提出有效的解決手段和措施，并在出現問題時能夠在第一時間通過網絡技術反映給接收端，還能準確地讓專業人員判斷出故障發生地點，從而實現對鐵路線路的緊急維護。另一方面，由于在電氣化鐵路系統中電力資源的電源端數據是不斷發生變化的，而這類數據和信息的多變性就給相關管理人員帶來了一定的工作難度，難以對電氣化鐵路牽引變電所繼電保護的電流保護和距離保護做出相對應的選擇和判斷，而光纖差動保護技術的引用就可以充分保障電氣化鐵路電網線路的安全使用，并有效解決上述問題。因此現階段在線路繼電保護配置方面存在的問題就是繼電保護技術不先進，不能有效解決牽引變電所繼電保護過程中出現的各類問題，從而不能穩定的實現電氣化鐵路系統的安全持續運行[2]。

2.2 牽引變壓器保護配置存在的問題

目前在電氣化鐵路系統線路的牽引變壓器保護配置中，往往采用的是單一牽引變壓器保護，這種模式不僅在出現問題時不能第一時間發現并解決，而且還不能擁有有效的后備能源來對鐵路進行后續供電，因此就需要雙重化保護裝置來對牽引變壓器保護配置實行更新，這樣在鐵路運行過程中如果出現電力資源不足的情況就可以使用另外的后備變壓器來進行供電。

3 牽引變電所差動保護措施

3.1 將流互變比線圈接入正確

在牽引變電所的繼電保護中，由于電路高壓特和低壓側存在一定的電壓差，而這種電壓差就會在電力供給中導致電流不平衡的現象，為了消除這種電壓差并減小電流不平衡對電力供給的影響，就需要選定適當的流互變化對高壓端和低壓端進行電壓補償，這就需要相關專業人員在對線路進行差動保護工作時，就需要接入正確的流互交比線圈，從而確保牽引器電保護設備的正常運行[3]。

3.2 將流互極性接入正確

在牽引變電所的繼電保護中，需要將流互極性接入正確，如果極性相反，就會造成電流和電壓的不平衡現象，矢量無法達到設計要求，從而引發電流保護裝置最終導致跳閘，對電氣化鐵路系統造成影響。這就要求接入線圈的專業人員需要根據電路知識中的基爾霍夫原理來對接入的流互電路進行矢量和的求取，確保電流極性方向的正確。

3.3 矯正接線方式

在進行電氣化鐵路牽引變電所繼電保護過程中使用的傳統的接線方式是人工設計電路圖、人工擰線接線的方式，這種方式在接線過程中施工人員難免會因自身知識或經驗的欠缺而導致接線錯誤，從而導致后續問題的發生，因此為了矯正接線方式，就需要引入先進的自動化和機械化設備，對繼電保護的電路接線方式實行基礎和設備上的更新，并在繼電保護中采用數字式變壓器差動保護裝置，對其工作過程中的接線組別實行星形連接，就可以保證電流和電壓的平衡，實現對電氣化鐵路系統線路的可持續供電[4]。

3.4 減少流互二次側接地點

在牽引變電所的流互二次側如果出現多點接地的現象就會導致線路電壓和電流的不平衡，引起差動誤動現象，阻礙后續供電工作的進行。 因此就這些問題而言，就需要相關專業人員在接入繼電保護線路時減少流互二次側接地點，或者實行單點接地，這樣就可以使接地點之間無法構成有效的電流回路，從而避免差動誤動現象的發生[5]。

4 結束語

綜上所述，電氣化鐵路牽引變電所繼電保護工作作為鐵路電力系統中的重要保護成分對保護電氣化鐵路電力系統安全穩定的運行有著巨大的作用和重要的意義，而在現階段中牽引變電所繼電保護仍存在許多問題，這就需要相關專業人員對繼電保護技術不斷的實行更新和發展，完善繼電保護裝置，更新繼電保護設備，政府和企業方面也應該加大資金投入，對鐵路牽引供電系統的繼電保護進行不斷的研究和深入，從而加快電氣化鐵路系統的構建，改善民生出行質量和貨物運輸方式，推動鐵路經濟的可持續發展。