电气化铁路供电线路继电保护整定问题的探讨

随着电气化铁路的不断发展，电网结构也逐渐变得更加多变、复杂，对继电保护整定技术和可靠动作的要求也越来越高。对继电保护整定计算进行研究，提升继电保护的协调性和可靠性，在防止恶性事件及时切除电网故障方面非常重要。基于此，本文对电气化铁路供电线路继电保护整定问题进行探讨。

【关键词】电气化铁路 供电线路 继电保护

1 案例介绍

某运营的电气化铁路客运专线总长度528m，一共修建了12个高速铁路牵引变电站，并且已经投入运营。使用单相移动负荷作为牵引负荷，负荷大小会根据实际情况发生变化。一般情况下，牵引负荷的大小和机车功率、线路机车数量、机车的运行速度、铁路线的基本情况有比较大的联系，在电动车组合整流式电力机车中有很多高次谐波，其中三次谐波成分达到了20%～30%。电网线路使用三相跳闸的方式进行保护，对牵引站侧的铁路线路不进行保护，距离保护需要从振荡闭锁经过，电铁供电线路侧不对旁路代进行考虑。

2 电气化铁路的特点

电气化铁路的牵引负荷具有非线性、不对称性和冲击性等特点。在短时间内集中的负荷特征比较明显，对越区供电能力有比较高的要求。作为一个复杂、庞大的系统，电气化铁路牵引供电系统包括接触网、牵引变、电动机车等部分，各个部分所表现的特点也是复杂多样的。在设计配套供电工程方案时，不能按照不同的方案来进行设计，整个设计的复杂性更高，对供电技术的要求也更高，需要进行协调的工作量也很大。当速度为165km/h时需要的牵引重力为1000t，需要的牵引功率为4600kW，当列车速度提升至255km/h，牵引重量仍然为1000t，而此时牵引总功率会增加至13300kw，列车的行驶速度会比原速度快0.7倍，牵引功率会升高2倍。而高铁行驶的最大允许行驶速度为355km/h，需要将牵引功率提升至23800KW，速度提升1.3倍，牵引功率提高了4.5倍。

3 本铁路电气化铁路的电气特征和接线特征

本铁路工程电气化铁路系统中设置回路为两回三相。牵引站内使用两台单相变压器来构成V/V结线，和以往单相接线的电线牵引变压器不同，两台单相变压器组成的V/V接线有着特有的接线方式，所分析的电气量也不相同。当变压器为单相牵引变压器时，高低压侧的电压分别为22Okv和55KV，对于单相接线牵引变压器来说，由于电铁牵引变高压侧的电压等级为220kV，低压侧的电压等级为55KV，低压侧和高压侧的电压比为1：4，其电气关系如下：

高压侧的三相电流为：

4 供电线路继电保护整定的基本原则

在本铁路的线路工程中，电气化铁路的供电线路为220KV，根据线路的基本特点，确定其整定原则如下：

（1）以接地距离为重点。在整定供电线路时，将距离保护分为一、二、三段，其中一段的灵敏度主要是根据线路总长度的1.5倍来进行整定的，时间延迟度为0s，二段灵敏度是根据线路总长度的两倍俩整定的，允许时间延迟度为1.2s，三段灵敏度是按照线路总长度的三倍来进行整定的，允许时间延迟度为1.5s。在距离保护进行整定时，要按照以下原则开展工作，由于220KV电气化铁路供电线路没有全线速动保护，所以决定将距离一段延伸到牵引变压器内部，为了保证可以对线路上的任何故障都进行保护，要求不可以超出牵引变压器的低压侧。此外，为了防止牵引变压器低压侧出现故障导致线路保护出现越级跳闸。

（2）要将零序的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ段都投入使用，在整定的过程中，灵敏度主要是根据线路尾部金属接地故障概率的1.5倍来开展整定工作的。并分别以300A和4.6s来整定零序Ⅳ段。由于铁路牵引站变压器没有中性点接地点，因此只有出现故障后才会有零序电流出现，也只有此时才需要保护零序。如果故障发生在牵引变的低压侧，那么不会在高压侧反应出零序电流，因此，在对零序Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ进行整定时，不用规定出灵敏度，对于零序Ⅳ段的灵敏度只参考100欧姆的接地电阻就可以进行确定。

（3）由于220kV电气化铁路供电线路使用三相跳闸的方式来对线路进行保护，因此可以减少断路器三相不一致的情况，只需要避开断路器段时三相不同步时间就可以了。

5 电气化铁路供电线路继电保护整定问题

5.1 牵引变备自投的方式缺乏合理性

该铁路线路的每一个牵引站都设置了自投装置，在实际运行过程中，一旦有故障出现，使供电线路发生了跳闸事故，备用设备会主动切入。但是备用设备在实际使用时，有时会在没有将故障位置找到前，原供电线路会自动切回，如果牵引线路的内部有故障出现时，会影响双供电源的使用，使其功能逐渐丧失。

5.2 线路供电可靠性低，无法投入重合闸功能

受地区环境因素的影响，由舞动、污闪、山火等引起的架空线路瞬间接地故障比较多。为了保证架空线路供电的稳定性，研究决定不使用单相重合闸的功能来对220KV供电线路电网侧线路进行保护。由于此电网为单相重合闸，假如使用其他类型的重合闸进行替换，需要对电网稳定水平进行测试。另外，由于线路自身没有设置全线速动纵联保护，如果牵引变压器的内部产生故障，而牵引变压器差动保护没有从高压侧开关跳开，会导致牵引变压器的受损程度进一步加剧，综合分析后，决定将线路重合闸功能取消。

5.3 影响到了保护选择性

结合当前的继电保护配置，假如事故发生在牵引变站中，电源侧线路保护距离Ⅰ段和牵引变差保护动作的时间均为0秒，会在时间上产生一定的冲突，很容易在选择保护动作时出现选择错误的情况。

6 继电保护整定问题的解决措施

6.1 使用平衡变压器

当前，绝大多数的牵引变使用不平衡变压器，除了会对线路断路器重合闸的功能造成了限制，并且也对线路供电的可靠性造成了影响下。因此，建议使用三相供电作为电铁牵引，使用平衡变压器作为牵引变压器。

6.2 使用断路器来增加现有线路侧断路器的保护水平

为实现在整个线路上进行全线速动纵联保护，需要使用断路器安装在牵引变电站中，当线路中将纵联保护装上后，备用保护Ⅰ段不需要在进入到牵引变压器中，只需要可提高线路末端故障的灵敏度就行了。从而使牵引变压器和线路保护后备保护的Ⅱ和Ⅲ在延时方面的冲突消除，使线路保护具有选择性。此时，可以使用三相重合闸来对线路进行保护，确保线路在瞬时故障下可以通过重合闸进行持续供电，线路保护的重合闸时间也可以和牵引变压器的备自投时间进行配合，只需要在重合闸动作实现的情况下备自投。

6.3 使用独立供电的方式来对备自投进行供电

以先锋变压为例，在运行过程中，主电源首先对一号牵引变压器和三号牵引变压器进行供电。在失去电压时，主电源所拱变压器的低压侧断路器203、201，高压侧断路器101会自动跳开，第二路进线电源新先线会对二号牵引变压器和四号牵引变压器来进行供电。不需要在为一号和三号牵引变压器提供电能。这时要合上供变压器高压侧断路器202、204和高压侧断路器102。

7 结论

在电气化铁路建设中继电保护系统作为配电系统稳定运行的基础。因此，做好继电保护整定工作具有重要意义。尤其是在我国经济快速发展的情况下，更加重视铁路供电线路的安全性，要给予足够的重视，进一步对这些方面的问题进行深入探讨，确保牵引变电站可以稳定、安全的进行供电，促进我国国民经济的全面发展。

参考文献

[1]李炜，陈剑.武广客运专线220KV线路保护相关问题探讨[C].2008年中国电机工程学会年会，2008：14-15.

[2]国家电网公司.国家电网发展[2009]号-关于印发《电气化铁路牵引站接入电网导则（试行）》的通知[S]，2009.

作者简介

李磊（1979-），男，四川省广汉市人。大学本科学历。现为成都交大许继电气有限责任公司中级工程师，从事工程设计工作。

张相志（1979-），男，河南省荥阳市人。大学本科学历。现为成都交大许继电气有限责任公司中级工程师，从事市场营销工作。

作者单位

成都交大许继电气有限责任公司 四川省成都市 611731

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