铁路交通枢纽区段继电保护的配合

2014-08-07孙晓环梁龙龙王联欢

中国高新技术企业 2014年14期

孙晓环++梁龙龙++王联欢

摘要：随着铁路系统的屡次大提速，铁路枢纽地区接触网供电系统结构日益复杂，所亭间保护配合问题日渐突出。文章简要介绍了天津铁路枢纽地区供电系统的运行方式，针对保护整定过程中遇到的诸多配合问题提出了相应解决方案，为复杂的铁路枢纽站场分场分束供电保护提供参考。

关键词：铁路供电；继电保护；整定；距离保护；电流速断；电流增量

中图分类号：TM922文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）21-0141-03

天津枢纽处于京沪、京山、津秦等线路的交汇点，是京津冀地区铁路枢纽区段，站场多、股道复杂，为确保供电的可靠性和停电检修灵活性，在此区段设有变电所、开闭所以实现分场分束供电。文章首先分析了天津铁路枢纽地区的特点，并从各所继电保护方面进行研究，重点分析该枢纽各所馈线保护的配合关系影响因素，并提出解决问题的技术措施，为此类复杂站场继电保护间的配合提供整定范例。

1京沪线天津铁路枢纽地区供电系统运行方式特点

京沪线某地区站场多，共有四个中转站、两个机务段，还有出发场、到达场、调车线等十几个站场，分别由甲变电所、乙分区兼开闭所、丙开闭所、丁分区兼开闭所、戊开闭所供电，供电示意图如下：

图1

通过该供电示意图可以看出，该区段线路复杂，站场、股道繁多，变电所、开闭所层级关系复杂。继电保护整定是否合理，是否能达到枢纽区段安全供电的最终目的，与电网运行方式密切相关。文章以天津南仓地区这一典型案例，对继电保护方面进行分析研究，以得到最佳配合方案。

2保护的整定原则

京沪线天津铁路枢纽地区各所保护配置主要有距离保护、电流速断保护、过电流保护、电流增量保护。保护定值的配合包括定值的配合及动作时限的配合。

2.1距离保护

距离保护采用阻抗四边形整定原则，一般配置Ⅰ段距离保护、Ⅱ段距离保护、Ⅲ段距离保护，阻抗特性如图2，距离I段保护线路全长的85%，距离Ⅱ段保护本段线路全长及下一线路全长。

图2

2.2电流速断保护

电流速断保护，作为阻抗四边形后备保护，当系统发生严重故障时，用以消除阻抗保护动作死区，整定原则为躲过线路末端最小短路电流。

2.3过电流保护

过电流保护，按躲过线路最大负荷电流整定。正常运行时，该保护不会动作，电网发生故障时，一般情况下故障电流比最大负荷电流大得多，所以过电流保护具有较高的灵敏性，因此，过电流保护不仅能保护线路全长，而且还能保护相邻线路全长甚至更远。

2.4电流增量保护

电流增量保护在电力电网运用不多，但在铁路接触网供电领域运用较广，其主要有以下四个配置：电流增量保护电流定值、电流增量保护时间定值、增量保护电流闭锁定值、增量保护谐波加权系数。整定原则是躲过机车启动电流，用于线路上对高阻接地的保护。其中电流增量保护电流定值判据取故障前后两时刻基波电流变化幅度；增量保护电流闭锁定值按电流值总量达到设定的增量保护电流闭锁定值整定。两者的区别在于电流增量保护电流定值是变化速度值，增量保护电流闭锁定值是保护门限值。

2.5时间级差

为了满足继电保护装置的速动性和选择性，继电保护各层级间要设置一定的时间级差△t，时间级差为了躲过开关的跳闸时间、保护装置时间原件的误差、保护装置的惰性误差、裕度时间的影响。

3保护配合问题

天津铁路枢纽地区站场、股道繁多，从而多级开闭所供电运行方式应运而生，导致其保护定值配合问题突出。

3.1开闭所进线与馈线间保护配合问题

对于不同供电臂，馈线选取的保护略有不同，根据线路长短可设置Ⅰ段距离保护、Ⅱ段距离保护或不设置距离保护。例如乙开闭所主要向站场供电，各条供电臂长度普遍不超过4km，且一支供电臂上多于两个股道，由于线路较短，阻抗较小，距离保护在1.2可靠系数下整定得出的保护范围小灵敏性降低，故不对此类馈线设置距离保护。通常Ⅰ段距离保护动作时限为0.1s、Ⅱ段距离保护动作时限为0.4s。另外还设置电流速断保护作为馈线距离保护的后备保护，设置过电流保护在过负荷情况下延时切断过负荷区段、电流增量保护对高阻接地故障有效保护。

开闭所进线作为该所馈线近后备保护，在保证可靠性的前提下起到对母线设备的保护。进线一般不超过1km，出于同样的原因，开闭所进线不设置距离保护、速断保护和电流增量保护，由过电流保护作为母线的主保护及馈线的后备保护。

3.2变电所馈线直供开闭所情况下保护的配合

图3图4图5

以图3甲变电所+乙分区所较简单的层级配合分析，甲变电所8#、9#馈线即为乙分区所的进线，且仅为乙分区所进线，不带接触网。变电所馈线和分区所馈线设置距离保护、速断保护、过电流保护、电流增量保护。时限配合方面，共有变电所馈线、分区所进线、开闭所馈线3层级差。开闭所进线只设置了过电流保护，需要占用一层级差，共3层，根据DL/T 584-2002标准的规定，时间级差△t最少应为0.3s，变电所馈线过电流保护时间将达到0.9s，不符合GB/T 14285-2006标准规定的过电流保护时限不大于0.5～0.7s的要求。缩短时间级差是非常必要的，也是可行的。天津铁路枢纽地区各所均采用高性能32位微处理器和高精度数据采集系统构成的完善的馈线保护测量和控制一体化装置，动作时间误差1s以下≤±15ms，1s以上≤±1.5%，由此可知缩短动作时间可以满足误差要求，实际整定过程中，对2s以下的保护，可采用0.2～0.3s的级差，据此，将时间级差△t设定为0.2s。甲变电所和乙分区所在实际运行经验表明，还没有因为动作时间级差较小导致越级动作的情况出现。其他保护只有两级级差能满足要求。

3.3开闭所从变电所馈出的接触网上梯接情况下保护的配合

以图4甲变电所+丁开闭所较复杂的层级配合分析，甲变电所4#、6#馈线向北京方向接触网供电，供电区段总长度13.8km，在6.7km处梯接出丁开闭所，丁开闭所馈线最长距离为2.1km。从距离上分析，丁开闭所全部供电范围都在甲变电所馈线长度85%范围内，由此导致丁开闭所在甲变电所距离Ⅰ段保护范围内，当丁开闭所馈出线路上有短路故障，甲变电所4#、6#的距离Ⅰ段保护会越级跳闸，影响甲变电所向接触网供电的可靠性；同时甲变电所4#（假定为丁开闭所主用进线）馈线上有故障，引起跳闸，将会使丁开闭所进线失压，导致开闭所全所停电。此问题可以通过时限配合及对丁开闭所进线保护设置，将影响范围降至最低。

甲变电所馈线出现越级跳闸，失去选择性。解决的方法为：在丁开闭所馈线上设置电流速断保护，时限与甲变电所馈线距离Ⅰ段保护启动时间同为0.1s，并在丁开闭所馈线保护中设置重合闸前加速，以及时切除故障线路，当线路上为永久性故障时，丁开闭所馈线不能重合成功，满足了选择性。

当甲变电所向丁开闭所供电的线路（假定为4#馈线）上有故障，甲变电所4#馈线跳闸，如果线路上是可立即消除的故障，丁开闭所可以不跳闸或倒备用，解决的方法为：设定丁开闭所失压保护启动时间为3s，比甲变电所馈线重合时间延长1s，即甲变电所馈线重合成功后，丁开闭所失压保护将不动作；若甲变电所4#馈线重合失败，丁开闭所进线启动备自投功能，用6#馈线为丁开闭所供电。

备自投判据为本侧进线压互失压，对侧进线压互有压；低电压保护判据为PT二次无压，进线无流，开口无电压，以剔除PT断线的干扰。

endprint

3.4开闭所馈线上梯接出第二级开闭所情况下保护的配合

以图5甲变电所+丙开闭所+戊开闭所最复杂的层级配合分析，该案例的解决重点是逐级保护间的配合，防止越级跳闸以及消除死区。

该情况下所亭层级多，保护的时间配置上为满足选择性而牺牲了速动性。如过电流保护，共5级时差，设定过电流保护级差△t为0.2s，在甲变电所2#、7#馈线上过电流保护时间定值达到1s。实际运行经验表明，各级保护在过负荷情况下能够可靠动作，还没有因为动作时间级差较小以及保护时间定值过大而导致越级动作和烧伤设备情况出现。

通过距离保护分级对设备予以保护，消除保护死区。在甲变电所2#、7#、丙开闭所4#、5#、戊开闭所馈线上分别设置不同段数的距离保护，如在甲变电所2#、7#馈线上设置距离Ⅰ段、距离Ⅱ段、距离Ⅲ段，距离Ⅰ段电阻、电抗值按甲变电所馈线长度85%整定，时间0.1s；距离Ⅱ段电阻、电抗值按变电所2#、7#馈线出口到丙开闭所进线梯接点+丙开闭所4#、5#馈线全长整定，时间0.4s；距离Ⅲ段电阻、电抗值从变电所2#、7#馈线出口到戊开闭所馈线末端全长整定，时间0.7s。同样的，丙开闭所4#、5#馈线设置两段距离保护；戊开闭所设置一段距离保护。通过分级距离保护的设置，由上一级馈线为下一级馈线提供远后备保护，同时作为主保护，灵敏性和选择性均能满足运行要求。

4结论

对多层级所亭间继电保护配置、整定的问题及措施进行了分析，并通过各种不同复杂情况下继电保护整定的范例对问题进行解决。

参考文献

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[3]常凤然，周纪录．缩短继电保护时间级差的分析

[J]．河北电力技术，1998，17（4）．

[4]易亚文，易娜．复杂厂用电系统继电保护定值配合

[J]．水电自动化与大坝监测，2009，33（4）．

作者简介：孙晓环（1984－），女，河北石家庄人，中铁电气化局集团有限公司运营维护管理公司北京维管段助理工程师，研究方向：铁路供电继电保护；梁龙龙（1988-），男，河北井陉人，中铁电气化局集团有限公司运营维护管理公司北京维管段中级工程师，研究方向：铁路接触网供电；王联欢（1984-），男，河北清河人，中铁电气化局集团有限公司运营维护管理公司北京维管段助理工程师，研究方向：铁路供电继电保护。