1、164 EPEM 2023.7 下电力工程Electric Engineering电气化铁路供电体系中继电保护整定分析中国铁路乌鲁木齐局集团有限公司若羌基础设施段 康正波摘要：本文概述电气化铁路供电体系，分析电气化铁路当中继电保护整定的原则，介绍电气化铁路供电体系中继电保护整定存在的问题，提出电气化铁路供电体系中继电保护整定策略，通过案例分析方式介绍继电保护整定的实际操作。关键词：电气化铁路；供电体系；继电保护；整定分析；问题策略电气化铁路在应用过程中能够大幅度提高铁路的实际运输能力，同时能够有效降低列车的发出数量，进而实现将相关设备的维护成本的投入。电力在铁路运输环境当中充当着驱动能源的作用
2、，从而列车在运行过程中不需要进行能源的二次转换，从而有效减小列车自身的重量，提高列车的运行效率，如图1所示为电气化铁路供电系统。图1 电气化铁路供电系统由此可见，电气化铁路供电体系当中相关电网结构的分析和研究具有较强的现实价值和意义，其中继电保护整定就是研究当中的重点内容，继电保护整定作为电网结构当中重要的保护内容，对于电网运行的可靠性和安全性起到关键作用，同时是调节电能的主要措施。但是在电气化铁路供电体系中的继电保护整定，依旧存在牵引变备自投的方式缺乏合理性、线路供电可靠性低，无法投入重合闸功能以及对保护选择性的影响等，进而需要对继电保护整定出现的问题提出有效的处理策略1。1 概述电气化铁路
3、供电体系电气化电路供电体系当中主要的供电方式分为四种，分别是直接供电、BT 供电、AT 供电、同轴电缆和直供加回流线供电，不同地区的供电方式也存在一定的差异，如京沪地区都是采用直供加回流线的供电方式2，内容如下。一是直接供电方式。是指牵引变电所通过接触网的方式，直接向电力列车提供电量，以及以回流进钢轨和与大地直接返回牵引变电所的供电方式。此种供电方式具备建构简单、所需设施较少、施工和运营较为容易等特点，从而得到广泛的应用。二是 BT 供电方式。是指在牵引供电系统当中，通过添加吸流变压器和回流线的供电方式。在原来接触网的同等高度外侧，增加一条回流的线路，致使回流线当中电流的运行方向与接触网相反，
4、从而有效减低接触网对相邻线路的干扰作用。但 BT 供电方式当中的阻抗较大，对电压和电能造成较大的损失，从而只有在特色条件下才得以应用。三是 AT 供电方式。是指在原本的牵引供电系统当中，并联自耦变压器的供电方式。通过具体实施情况来看，此种供电方式不仅可有效降低接触网对相邻线路的干扰，同时还能够适应大功率和高速行驶状态的列车，是目前较为先进的供电方式之一。同轴电缆供电方式。作为新型的供电方式，其同轴电力电缆沿铁路线路埋设，内部芯线作为供电线与接触网连接，外部导体作为回流线与钢轨连接。但是由于供电线与回流线在同一条电缆当中，致使两者之间的间隔非常小，加上同轴布置的影响，使其互感系数不断增加，此外同
5、轴电缆的造价较高，2023.7 下 EPEM 165电力工程Electric Engineering所以同样只有在特定条件和情况下才会得以应用。2 电气化铁路当中继电保护整定的原则电气化铁路供电体现，在应用电力牵引变压器时，主要是为了能够有效对列车进行牵引控制，因而导致其中的变压器在较短时间内会出现负荷的情况，而与之相对应的电力列车能够达到25%左右的短时超载能力，此种能力能够有效体现出电气化铁路供电体系3。但是在开展电气化铁路供电体系继电保护整定工作时，需要遵循三项原则，内容如下。一是距离保护整定原则。在电气化铁路供电体系当中，通常情况下是不会有全线的速动保护，进而就需要将距离的保护延展到牵
6、引变压器当中，同时还需要保证不能超过牵引变压器的低压侧。从而实现有效保护整个线路上所有故障点，都可以得到一定的无延时段保护，也就是说能够针对保护段开展在故障点基础上的切除式的保护工作。此外，距离保护整定原则还可有效防止牵引变压器低压侧，在出现故障后出现越级跳闸的情况。二是保护三跳原则。此项原则主要是针对电气化铁路供电体系当中的铁路出线退出重合闸，从而所有的保护段都应当采用三跳原则。电气化铁路线路职能当中采用三相跳闸，能够进一步对电气化铁路线路作出的终端线路的具体状态，进行考虑，有效防止牵引站内需要依靠自投的动作来完成供电线路的钱花工作，并且还存在较高的重合成功率，在铁路的供电体系当中存在较为重
7、要的作用。当然在遵循保护三跳原则的同时，需要充分了解三相重合闸对电网存在的影响，并且是要在保证电网运行完全和稳定的情况下，慎重使用。三是零序电流相关问题。在电气化铁路牵引站当中，不会存在变压器中性点接地特征的安排，进而只有在出现接地故障的情况下，才有可能出现零序电流，同时也只有在此种情况下，所对应的零序电流保护工作在具备一定的现实意义和实际价值。此外，牵引变压器的低压侧在发生接地的故障时，零序电流不会反应到高压的一侧，所以相关的零序电流整定灵敏度，没有较为清晰的规定，只是根据接地电阻（100）进行判断。3 电气化铁路供电体系中继电保护整定存在的问题牵引变备自投方式科学性不足。在大多数铁路线的各
8、个牵引站当中，通常情况下都会设置一个自投的装置，从而保证在具体的运行过程中，假若发生了故障，供电线路出现跳闸的情况，那么备用设备就会主动进入当中，保证运行的稳定性4。但是在实际使用情况当中，备用设备会出现自动切回原来的状态，导致无法准确寻找到故障发生的位置，假若牵引线路内部发生故障时，会直接影响到双供电源的正常使用，致使双供电源的实际作用和功能逐渐消失。线路供电可靠性较低，容易受到环境的影响。由于受到环境因素的影响，导致电气化铁路供电体系当中的线路容易出现多项架空线路接地故障，从而保证其的安全性和稳定性，在相关研究当中通过采取单相重合闸功能的方式，有效对电气化铁路供电体系中的电网侧线路进行保护
9、，假若电网属于单相重合闸，再使用其他类型的重合闸进行替换时，必须对电网的稳定水平开展较为去那面测试5。此外由于线路自身没有设计全线速动纵联保护，假如牵引变压器的内部出现了问题，同时牵引变压器的差动保护并没有从高压侧开关跳开，那么就容易增加牵引变压器的受损，从而需要将线路上的重合闸功能取消。保护选择性的影响。根据目前继电保护装置的配置情况来看，如果在牵引变站当中出现事故，那么电源侧的保护距离和牵引变差保护动作，都会在第一时间出现，并且时间上容易产生矛盾，从而导致选择保护动作在执行过程中出现选择错误的情况。4 电气化铁路供电体系中继电保护整定策略采用平衡变压器。目前，电气化铁路供电体系当中所使用的
10、多数牵引变为不平衡变压器，此种变压器不仅会对体系当中的线路断路重合闸造成功能上的限制影响，同时还会对供电线路的可靠性带来一定的影响，如谐波、负序电流增加等。因此，在选择电铁的牵引时，可使用三相供电，同时可将牵引变压器替换为平衡变压器，实现稳定电源供电稳定的效果。使用断路器提高保护水平。对于电气化铁路供电体系继电保护整定来说，为了有效对整个线路进行全线速动纵联保护，需要在牵引变电站当中安装断路器，从而是线路上的备用保护段能够在不进入牵引变压器的情况下，也可有效提高线路末端故障的反应灵敏度。从而致使牵引变压和线路保护后备保护当中的线路段，能够有效消除掉延时方面的影166 EPEM 2023.7 下
11、电力工程Electric Engineering响，使线路保护能够具备较强的选择性。此外，还可通过使用三相重合闸的方式，对线路进行保护，保证线路在出现瞬时故障时，可以利用重合闸继续进行供电，而线路保护的重合闸时间，也可以与牵引变压器被备自投时间相互协调，只需要在重合闸动作能够实现的条件下进行。使用独立供电方式。通过调查研究发现，使用独立供电法式，大多数是作用于备自投动作上，其中相关文献当中大多以先锋变压为例，讲述了在运行过程中，主电源会优先对第一个牵引变压器和第三个牵引变压器进行供电。同时，也表明在失去电压的情况下，主电源所提供的变压器低压侧断路器和高压侧断路器会自动跳开，而次电源供电会优先对
12、第二牵引变压器和第四个牵引变压器进行，此时就需要将供变压器的三个高压侧断路器进行连接。5 案例分析介绍继电保护整定的实际操作保护操作名称：较大牵引负荷下距离保护动作。案例基本情况：某日凌晨3：05XX 线 XX 牵引变电所211断路器发生距离段 I 动作，自动重合成功，动作电压为24kW，动作电流940A，阻抗角度为10.2，因此判定距离为11.25km，当日4：00时进行巡检时并未发现异常。XX 牵引变电所211断路器发生动作时，通过行车系统查看供电臂内共有2列电力机车，类似故障在较短时间内发生多次，影响列车的正常行驶，经过检测发现，动作电力925A，超过了过电流保护的定值845A；经过排查
13、后可得出表1信息。表1 排查问题情况信息表序号问题内容1跳闸时阻抗的角度为10.2，与符合电流角度接近，结合运营单位现场核查情况，可以认定牵引网没有发生短路，跳闸时电流为牵引负荷电流2核对电流和阻抗数据，跳闸时，阻抗落在了距离保护阻抗内3距离保护动作时限0.1s，过电流保护0.4s。所以距离保护出口跳闸，过电流保护返回4判定为牵引负荷电流过大引起牵引变电所内保护正确动作，距离保护出口本次案例的变电所保护动作既然是正确的，那么就需要对牵引负荷电流过大、超过整定值的原因进行分析，内容如下：经过核查整定计算书，了解到设计的运输组织条件为列车功率为7200kW 的HXD3型电力机车牵引5000t，跳闸
14、试运行列车的功率为9600kW 的 HXD3B 型电力机车，进而牵引电流比设计条件相对较大。处理结果：经过开展的相关分析了解到跳闸的起因，从而对电力机车的配属进行相关调整，致使在线路上行驶的列车能够按照设计的条件进行相关型号的选择，从而不会再发生类似跳闸的情况。相关公式：较大牵引负荷下距离保护动作为：式中：Kk为可靠系数，通常情况下取值为1.2；Umin为正常供电时变电所最低运行电压（V）；Ifhmax为正常供电时最大负荷电流（A）；Afh为负荷阻抗角（）；Axl为线路阻抗角（）。较为常用的处理方式为：降低 R 的取值，从而有效缩小阻抗，或者增大最大负荷电流 Ifhmax。6 结语综上所述，我
15、国随着社会的不断发展，铁路运输的压力只会越来越大，电气化铁路供电体系的安全性和稳定性越来越重要，其中继电保护整定的研究和分析工作需要不断的加深，从而才能有确保牵变电站能够为铁路运输提供安全可靠的电源，保证铁路运输作业的顺利进行。因此，深度分析电气化铁路供电体系的特征和原则，转掌握研究和发展的方向，才能将研究成果应用实际的铁路运输当中，在实际应用当中不断发现问题、解决问题，全面实现继电保护整定工作的开展，从而给为我国社会经济体系的发展和建设提供助力，为电气化铁路供电体系的作用和效果奠定坚实的保护。参考文献1王鑫,涂春鸣,等.电气化铁路贯通型供电系统综述 J.机车电传动,2022,3.2 韩秀峰,刘畅.高速铁路接触网供电风险监测系统 J.车时代,2022,10.3 周诗广,苗仁涛,等.我国铁路工程领域工程能力评价专业设置研究 J.中国铁路,2022,6.4张明昊,何志江.变压器继电保护整定分析 J.电力系统装备,2021,5.5 孙昌稳.继电保护整定值的计算与分析 J.上海电气技术,2022,1.
