牵引变电所外部电源若干问题分析

2010-09-21张绍臣

电气化铁道 2010年1期

张绍臣

0 引言

由于国家西北部电气化铁道的快速发展，电力系统已无法保障牵引变电所双路电源的供电。目前，供电方式是通过相邻牵引变电所提供另一路电源，即为2座相邻牵引变电所互为备用的穿越式供电方式，也被形象地称为“手拉手”供电方式，以提高供电的可靠性。本文依据大包线电气化铁道外部电源的特点进行分析。

1 相邻牵引变电所外部电源穿越供电方式

以大包线相邻的美岱召牵引变电所、毕克齐牵引变电所为例，就二路电源互为备用的供电方式作如下分析。

正常运行时，土默特右旗变电所（下文简称土右变）向美岱召牵引变电所（下文简称美岱召所）供电，呼和浩特东郊变电所（下文简称呼东郊变）向毕克齐牵引变电所（下文简称毕克齐所）供电，2所进线隔离开关、母线分段隔离开关都处于闭合状态。2台牵引变压器的主要投切直接通过变压器前的断路器完成，二者之间有闭锁关系，不允许同时合闸。美岱召所与毕克齐所的联络断路器1台闭合、1台断开，默认美岱召所联络断路器闭合、毕克齐所联络断路器断开，使得联络220 kV线路长期处于带电热备状态。

当土右变—美岱召所220 kV线路发生故障，美岱召所进线断路器线路保护启动而跳开，同时断开进线隔离开关，此时毕克齐所联络线检压装置检出线路失压，从而启动电源自投装置（躲开一次重合闸），使毕克齐所联络断路器闭合，由呼东郊变通过毕克齐所220 kV母线和2所间联络线路向美岱召所供电。

当呼东郊变—毕克齐所220 kV线路发生故障时，毕克齐所进线断路器线路保护启动而跳开，同时打开进线隔离开关，此时毕克齐所进线检压装置检出线路失压，从而启动电源自投装置（躲开一次重合闸），使毕克齐所联络断路器闭合，由土右变通过美岱召所220 kV母线和2座变电所间联络线路向毕克齐所供电。

2 变电所中220 kV电源线路保护装置配制

2.1 线路保护种类

进线保护设有零序电流保护、光纤差动保护、距离保护；联络线保护设有距离保护、零序电流保护，牵引变电所高压侧母线设母线差动保护等。

2.2 光纤差动保护原理

通过光纤实时向对侧发送采集的数据，同时接收对侧的采样数据，利用本侧采集的数据与对侧电流数据进行计算。故障电流超过整定电流时，两侧断路器保护跳闸，正常时作为电容补偿电流。在进行差动继电器计算时，必须满足故障条件：且动作判据如下：

或者

零序差动对高阻接地故障起辅助保护作用，零序差动比例系数保护内部固定为k0BL= 0.8。Ib常数计算值为0.4IINT。IC为正常运行时计算得到的电容电流。距离保护有 3个相间距离保护（Zbc、Zca、Zab）和 3个接地距离保护（Za、Zb、Zc），其动作特性如图1、图2所示。

图1 阻抗Ⅰ、Ⅱ段动作特性示意图

图2 阻抗Ⅲ段动作特性示意图

3 电源线路和主变压器的备自投方式

采用穿越供电方式的牵引变电所，2座变电所只设1个备自投装置。线路自投有多种方式，本文以美岱召所和毕克齐所为例，重点分析2种自投方式。线路自投装置设在毕克齐所，在正常运行方式下美岱召所的1021GK、104DL、1001GK、103DL、1011GK均在合位，毕克齐所的1011GK、103DL、1001GK、1021GK在合位，104DL在分位

（1）当毕克齐所103DL电源进线失压，进线检压装置检测不到线路的电压，失压接点闭合，103DL进线跳闸，经过延时后确认103DL进线仍旧失压，分101DL、发自投动作信号；确认分开后，再依次合上104DL、101DL。确认合闸完成方式转换为：103DL进线+1#主变压器→104DL进线+1#主变压器。

（2）当美岱召所104DL进线失压，104DL失压跳闸。毕克齐所 104DL联络失压后，线路检压装置检测不到线路的电压，延时后确认 104DL联络仍旧失压，备自投合104DL，确认合闸完成方式转换为：103DL进线+1#主变压器→双进线+1#主变压器。

总之，备自投方式基本采用主变压器故障自投另一台主变压器；线路失压自投另一路电源。

4 电流互感器二次接线的极性及检查方法

线路的纵差保护是通过光纤将线路两端的保护装置连接起来，并将各端的电气量（电流、功率的方向等）传送到对端以判断故障。在线路两端，规定一次侧电流的正方向为从母线流向被保护的线路。当线路保护正常运行时，线路两侧电流相位是相反的，此时线路两侧的差动电流为零，当线路外部发生故障时，线路两侧差动电流将大大增加，光纤差动保护动作。

母线差动保护的基本原理是母线在正常运行或其保护范围外故障时所有流入及流出母线电流之和为零，而在母线内部故障时，所有流入及流出母线电流之和不再为零。母线差动保护是以电流为主要判据的。母线差动保护装置是各电流互感器按“差接法”接线，正常运行以及保护范围以外故障时，各个支路电流的矢量和即差电流为零，这就要求各支路的电流互感器的同名端指向牵引变电所的母线侧。

变压器差动保护的基本原理是在正常运行或外部短路故障时，电流由电源侧流向负荷侧保证差动保护装置不误动，所以电流互感器的同名端应指向牵引主变压器侧。

如何检查互感器二次接线是否正确，电流互感器在交流回路中电流方向是随时间而改变的，电流互感器极性指的是某一时刻一次侧极性与二次侧某一端极性相同，即同时为正、或同时为负，称该极性为同极性端或同名端，用符号“*”、“－”或“•”表示（也可理解为一次电流与二次电流的方向关系）。按照规定，电流互感器一次线圈首端标为 L1，尾端标为 L2；二次线圈的首端标为 K1，尾端标为K2。在接线中L1和K1称为同极性端，L2和K2也为同极性端。电流互感器同极性端的判别与耦合线圈的极性判别相同。较为简单的判别方法是用1.5 V干电池接一次线圈，用一个高内阻、大量程的直流电压表接二次回路，当开关闭合时，如果发现电压表指针正向偏转，可判定它们是同极性端，当开关闭合时，如果发现电压表指针反向偏转，可判定它们为反极性端。

变电所受电后带入电容负荷，可以从保护装置内或用相位表观察其相位角及差动电流值，比如线路侧与对侧的电流相位就相差180°左右，差动电流为零；母线差动保护里的角度根据运行方式不同角度略有不同，正常运行时进线电流的相位角与主变压器电流互感器的相位角相差 180°，当穿越供电时，2路进线的相位角相差180°，以验证电流互感器的极性是否保证保护的方向性。