从高速动车组牵引供电系统角度略议继电器的保护模式

高龙

摘 要：高速铁路是人们普遍认可的交通工具之一，为了不断满足人们的交通需求，我们需要不断提升高速铁路动车组牵引供电系统的工作效率，采取科学的对策落实继电器的保护工作。为了保障车辆牵引供电系统的供电稳定性，我们应该认真了解牵引供电系统的供电工作现状，采取科学的对策确保高速动车组的正常运营。基于此，本文主要论述了高速动车组牵引供电系统的继电器保护现状，然后从不同供电模式角度探究了牵引网和变压器的继电保护方法，希望能够有效提升继电器的保护工作质量，并推动高速动车组牵引供电系统的长远健康发展。

关键词：高速动车组 ；牵引供电系统 ；继电器；保护

引言

在高速运行的过程中，动车组车辆会受到机械振动、接触线滑动等各种因素的影响，从而导致车辆牵引供电系统容易产生故障。而想要确保系统的正常运行，还要加强系统继电器保护配置，从而使系统在出现故障时维持持续供电，以确保车辆正常运行。因此，还应加强对高速动车组车辆牵引供电系统的继电器保护分析，从而更好的推动我国高速铁路的发展。

1 高速动车组车辆牵引供电系统概述

从组成上来看，高速动车组车辆牵引供电系统由牵引网、电力机车组和牵引变电所构成。利用牵引变电所完成电能转化后，系统能够利用独立电源进线将电能传送给牵引网，从而为车辆供电。而由于牵引负荷为单相负荷，所以需要利用特别变压器将负荷均匀分配到系统三相中。在高速动车组上，则通常采用 V/x 接线等牵引变压器[1]。在供电方式上，系统主要采用全并联 AT 供电方式，设置有多个供电回路，所以在故障发生时会产生多个回路给短路点供电，对继电保护有特殊要求。此外，高速动车组车辆采用交 - 直 - 交电力机车，电路谐波成分等有一定差异，因此也将影响继电器保护功能的发挥。

2 高速动车组车辆牵引供电系统的继电器保护

2.1 牵引网既有保护

从牵引网采用的既有保护方法上来看，其沿用了过电流保护、距离保护等传统保护方案。首先，牵引网主要采用距离保护方式，根据负荷中综合谐波含量完成四边形动作特性边界的自动调整，以减少负荷电流下的保护误动作。其次，系统将根据牵引网供电方式进行过电流保护的提供，完成 1-3 段配置，并采用激励涌流闭锁和综合谐波抑制方法提供继电保护。再者，在机车正常运行过程中，牵引网流量增加量应小于单个车辆电流最大值。所以一旦超出该数值，说明牵引网发生故障，系统需要提供电流增量保护。此外，在高速动车组车辆运行的过程中，重载车辆在 300-350km/h 的时速下，将达到 600-1000A 的牵引电流。为防止牵引网稳定性降低，系统需完成热过负荷保护的设置，即利用热模型完成接触网温度的实时计算，并在超出温度设定值时启动跳闹回路，进而達到断开馈线断路器的控制目标。但是，目前高速动车组车辆牵引供电系统采用的是全并联 AT 供电方式，采用既有继电器保护方式，系统将会在牵引网故障发生后将两条供电臂跳开，进而导致大面积停电。因此，还要重新进行系统继电器保护分析，以便使非故障供电臂保持正常供电，进而更好的满足动车组车辆的运行需求。

2.2 牵引网联跳保护

为牵引网提供距离保护，需要对故障点到继电器安装点间的距离进行反映。而从牵引网的距离保护动作特性上来看，其四边形特性方向性明显，即在测量阻抗为第一象限值的情况下，继电器才能执行距离保护动作。针对这一特性，还要加强系统供电阻抗特征分析，然后结合特征实现牵引网联跳保护。从牵引网故障发生情况来看，在 AT 所至分区出现故障，将得到相同的变电所保护测量阻抗，继而导致采取既有保护方案的系统无法识别故障供电臂的保护 1、2。采用联跳保护方案，可以将保护 1、3、5 和 2、4、6 分别设置为上行和下行供电臂整体保护，一旦发现故障则要将对应断路器跳开，并向对应供电臂发送联跳指令。而供电臂在接收到命令后，应立即跳开对应断路器。借助供电臂的上下行对称性，则能增强继电器保护的选择性[2]。采取该种保护方式，只要有断路器断开，系统的并联支路机会减少，进而导致测量电抗增大。因此，只有在电抗和电阻同时满足保护条件时，继电器才会执行保护动作。所以在保护 1 通过联跳断开后，保护 2 的电抗将会变大，进而导致其不会发生动作。采取该种继电保护方案，可以使同一供电臂保护成为一个整体，并在保护检出故障时将对应断路器跳开，进而实现对牵引网的快速保护。

2.3 变压器差动后备保护

变压器在工作的过程中，通常需要提供过流保护。但在高速动车组车辆的牵引供电系统中，变压器继电器保护容易受到不平衡电流的影响，所以还要提供差动后备保护。从原理上来看，过电流保护即继电器在电流大于整定值时动作。但在牵引系统中，牵引负荷冲击性较强，要求变压器在 3 倍额定负荷电流下保持 2min 工作。针对这一情况，还要在变压器高、低压侧完成低电压启动的配置，以提供后备保护。牵引网在正常运行过程中，电压将保持在 19k V 以上。所以在低压侧母线电压设计上，应设定为24k V。如果系统工作正常，母线电压将比低电压整定值压低，所以即便负荷电流比动作电流整定值要大，继电器也不会发生误动作。在系统发生故障的情况下，变压器漏阻抗将随之减小，母线电压则会不断增大。但由于低压启动过电流保护可能出现拒动的情况，所以还要加强变压器后备距离保护的整定计算，即通过测量短路阻抗和负荷阻抗完成合理保护配置，进而使变压器高、低压距离保护正常动作。

2.4 变压器过负荷保护

对于高速动车组车辆来讲，由于行车密度较低，并且牵引供电系统需要提供大牵引功率，所以采用的牵引变压器需要长期处在过负荷状态，容易出现老化的问题。针对这一情况，还要加强对变压器的过负荷保护，以延长变压器的使用寿命。从既有保护方案上来看，铁路通常采用三段式定时限特性提供过负荷保护。但在负荷电流位于保护整定值之间时，继电器保护动作并不减小，进而导致继电保护无法满足变压器过负荷保护要求。针对这一情况，还要为变压器提供反时限特性的过负荷保护，即要根据负荷电流变化情况完成继电器保护动作的时限调整，以确保变压器稳定工作。一旦系统发生故障，由于产生的短路电流基本保持不变，所以可以利用反时限特性的过负荷保护满足变压器工作需求。在实际应用该种方法时，需在变压器上进行油温传感器的安装，并通过将测量数据转换为信号输入继电保护装置中。而装置在完成过负荷保护计算后，则将根据设定值判断是否执行动作，进而为变压器提供有效的继电保护。

3 结论

通过分析可以发现，牵引供电系统为高速动车组车辆的重要动力装置，还要加强系统继电器保护配置，以确保机车的安全、稳定运行。而高速动车组车辆与铺速机车在继电保护上的要求不同，因此还应结合车辆实际需求研究系统继电保护问题，并结合问题提出有效的继电器保护配置方案，继而更好的推动高速铁路的发展。

参考文献：

[1] 王佩刚 . 高速铁路牵引供电系统继电保护研究 [J]. 中国高新技术企业 ，2017，（02）：104-105.

[2] 王永 . 浅析继电保护、牵引供电系统在长期超负荷状态下的对策 [J]. 科技资讯 ，2011，（29）：164-166.

[3] 高秀琴.高速铁路中关于供电系统的保护配置分析与研究[J].电子测试，2017（11）：114+113.

[4] 陈惠娟. 地铁牵引供电系统仿真与分析[D].福州大学，2010.