姚世军

摘 要：重载铁路是世界经济不断发展的产物，因此重载铁路安全稳定的运行是经济发展的巨大推动力。本文对我国典型的重载铁路——大秦线重载铁路，它的沿线变电所亭馈出线路采用的相关保护情况进行了相关的说明分析。

关键词：阻抗保护；过电流；电流速断；电流增量（高阻）

1 馈线保护方式

牵引网馈线的主保护是距离（阻抗）保护，采用灵敏度高的四边形特性，主要有方向性四边形特性，平行四边形偏移特性。牵引网馈线保护还有：过电流、电流速断、电流增量（高阻）等。

偏移平行四边形特性整定分两种情况：一种是作为线路保护呈纵长特性时的整定方法，另一种是作为保护安装地点近端短路为躲过过渡电阻影响的横长特性的整定方法。

1.1 纵长特性整定方法

1.1.1 X边（ab边）的整定

ab边的整定原则是：当保护范围末端短路时，继电器应能可靠动作。根据保护线路的电抗值整定。

X1= Kk×X

Kk——可靠系数取1.2；

X——被保护线路的电抗值

1.1.2 R边（bc边）的整定

bc边的整定是按照正常情况下出现最小负荷阻抗时（负荷电流最大，母线工作电压最低）继电器不动作整定。

1.2 横长特性整定方法

1.2.1 X边（ab边）的整定

ab边的整定是按照正常情况下出现最小负荷阻抗时，继电器不误动整定。

1.2.2 R边（bc边）的整定

bc边是为了防止出现过渡电阻时保护拒动，因此整定时应根据最大过渡电阻整定，但是故障点的电弧电阻无法计量，所以一般按照线路上高压电气设备外壳的接地电阻整定。

Kk——可靠系数取1.2；

R——高压设备外壳接地电阻

对复线末端并联供电时，过渡电阻在故障点靠近分区所附近位置时会增大2倍：

大秦线变电所馈线保护采用两段平行四边形阻抗保护，距离Ⅰ段保护电抗值按不超过分区所的电抗值整定，距离Ⅱ段保护电抗值按不超过分区所一段保护的范围来整定。阻抗保

护的电阻值按躲过最小负荷电阻整定。馈线阻抗继电器保护特性整定为平行四边形特性，阻抗边的角度按照75°整定，偏移电阻和偏移电抗按1Ω整定。

馈线电流增量保护

线路距离保护主要保护线路的金属性短路故障，是为躲过线路的最大负荷而设置， 其保护范围最大为40多欧。而在实际运行时，距离保护整定要考虑躲过馈线最大负荷，保护整定值一般为10欧左右，当线路短路故障接地电阻比较大时，保护就无法正常动作，降低了供电系统的可靠性。此时要求装置设置电流增量保护。

电流增量保护可以不受机车再生负荷的影响，在线路电流基波增量很大、高次谐波增量很小时，利用高次谐波抑制、二次谐波闭锁等功能作为线路距离保护的后备保护切除线路故障点。

大秦线经常出现多辆机车在同一个供电臂运行，因此牵引所内馈线流过电流中三次谐波含量有可能达到20%左右，特别是当机车下坡运行再生制动时，线路中三次谐波的含量将更高；在AT变和机车变压器投入运行时，产生的励磁涌流也会含有很高的直流和二次谐波成分。在这样的条件下设置二次谐波闭锁，三次谐波抑制，电流增量保护也能正确的选择故障电流进行保护启动。

电流增量保护整定，是按照运行区间运行一列车的最大电流值的两倍而整定。大秦线按照现运行设备实际运行负荷监测情况基本满足要求，实际运行电流绝大部分在1000A以下。一般情况下按一台机车的最大启动电流的1.3倍整定。

电流增量保护原理：

式中：Khr2——增量保护谐波加权系数，通过定值整定；

Kh1——二次谐波闭锁系数，通过定值整定；

50DIC——增量保护电流定值；

I1h、I1q——故障前、故障后两时刻基波电流；

Igh、Igq——故障前、故障后两时刻三、五次谐波电流之和；

I1、I2——故障后基波、二次谐波电流。

定值整定：

Izl= Kk ×Iqd

Kk——可靠系数取1.3；

Iqd——机车启动电流

3 馈线过电流保护

线路上有机车运行时，馈线电流是不断变化的。而故障电流只要一旦产生，就会一直持续到故障切除后。

因此故障类型可以根据故障电流持续时间加以鉴别。鉴于这一原理线路保护可以采用具有阶梯型的三段过电流保护，具体整定是根据实际的负荷电流时间曲线进行整定。过流保护一般常作为馈线的后备保护。

三段过流保护均可以选择谐波抑制和二次谐波闭锁功能，具体功能同电流速断保护，馈线过电流保护整定一般按最大负荷电流的1.2倍整定：

Igl=（1.2×Ifmax）/Kk

式中：Kk——可靠系数取0.9。

4 馈线电流速断保护

瞬时动作或动作延时较短的电流保护即电流速断保护。电流速断保护是为消除阻抗保护动作死区，避免当系统发生严重故障时不能及时切断线路电源而设置。对负荷较大的运行线路可以选择低电压闭锁、二次谐波闭锁、谐波抑制特性。一般按保护范围末端最大短路电流整定。

Isd=Kk（Umin/nYH）/（X×L）

式中，Kk——可靠系数取1.2；

X——线路单位电抗；

L——供电臂长度。

为消除阻抗保护动作死区，保护供电臂近端短路大电流故障，可按额定电流的3倍整定，5A流互系统为15A。

5 PT断线报警及闭锁阻抗保护

PT 断线告警即是在阻抗保护未启动的情况下，保护装置装置设置有PT断线告警的功能，可以通过控制字投退。投入PT断线后，检测到电压低于30V、电流大于0.25A（额定电流为5A）或0.05A（额定电流为1A），延时3S告警，点亮面板告警灯。只有当电压恢复到大于30V时，告警自动解除，面板告警灯熄灭，告警返回。判据为：

U<30V

I>0.05In

PT断线故障将闭锁线路距离保护。当线路距离保护没有启动时，如果发生了PT断线则闭锁线路距离保护；线路距离保护启动后，PT断线闭锁距离保护的判据与保护未启动时的判据不一样：

|X|+|R|<1（额定电流为5A）或|X|+|R|<5（额定电流为1A）

I<74PTBLC

式中，74PTBLC为PT断线闭锁电流定值，可以整定。

阻抗保护的动作是当测量到阻抗值Z（Z=U/I）等于或小于整定值时动作，即测量到电压降低，电流增大，相当于阻抗Z减小，当Z等于或小于整定值时阻抗保护动作。

线路突然失压、电压互感器二次回路断线（电压消失），线路上还有机车取流，会造成阻抗保护误动作，设置PT断线闭锁距离保护。

PT断线闭锁距离保护功能应检测线路电流的大小，当线路发生接地短路故障时，电压降低，电流为短路电流，这时也会达到PT断线的判据条件，此时应不能闭锁距离保护，即PT断线闭锁电流定值小于短路电流值。

6 馈线重合闸

从保护跳闸后开始计时，到重合闸延时时间后，发出重合闸命令。分区所、开闭所检有压重合闸，到重合闸延时时间时检是否有压，有压则发重合闸命令，无压则不发重合闸命令。

变电所重合闸延时应与电力机车保护相配合，一般为2S。变电所断路器重合成功，为保证分区所、开闭所检有压重合闸成功，可将分区所、开闭所检有压重合闸延时设为3S。当断路器在分位，手合（遥合）断路器于故障线路时，加速跳闸，不发重合命令。

有些综自厂家还设有手合（遥合）闭锁功能，当馈线发生永久性故障时，断路器重合保护装置加速跳闸后（重合失败），启动手合（遥合）闭锁功能，闭锁手合（遥合）断路器。还有些厂家可设置大电流闭锁重合闸，当保护装置出口动作，开关跳闸时，线路保护装置检测到的故障电流如果大于大电流闭锁重合闸整定电流值，重合闸则不启动。铁路牵引变电所馈线保护设置大电流跳闸闭锁重合闸的功能，虽对牵引变电所线路保护跳闸后恢复送电有一定影响，但可以减少大电流对主变压器等一次设备的冲击。

变电所馈线设置大电流跳闸不启动重合闸功能，应考虑将分区所重合检有压取消，这样当变电所上行馈线断路器不重合时，可由分区所并联断路器重合由下行馈线向上行线路试送电。

7 结束语

正确的采用相关继电保护能够有效保护牵引变电所供电稳定安全。馈线保护时所亭馈出线路采用的相关保护，正确设置保护类型、保护定值对于所亭馈出线、线路接触网供电安全都有积极的意义，今后要继续加强实际观测、相关故障分析，不断对大秦线牵引所亭馈出线路相关保护进行优化改进。

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