主变低压过电流保护动作原因分析与处理

2019-11-15姚国林中国铁路上海局集团有限公司杭州供电段

上海铁道增刊 2019年2期

姚国林中国铁路上海局集团有限公司杭州供电段

1 设备概况

AT供电方式牵引变电所采取四台单相主变，高压侧引入两路110 kV（220 kV）电压，高压侧一路AB、BC两相分别供1B、3B单项主变，另一路AB、BC两相分别供2B、4B单项主变，两路电源采用备自投方式互为备供，当一路电源失压或设备故障，另一路自动投入。两台单相主变低压侧T线、F线分别引入27.5 kV高压柜上、下行进线，经配电供接触网27.5 kV电压电源给电力机车提供动力。

主变低压低压过电流保护是牵引主变保护后备保护，动作电压按躲过主变压器最低运行电压整定Udz=Umin/kknPT。

式中：

Umin--低电压侧最低运行电压，单位为伏特（V）。

KK--可靠系数，取1.2.

nPT--电压互感器变比。

低电压侧动作电流：按躲过低压侧额定电流整定，见公式，AT供电方式低压侧取T、F和（相量差），各相动作电流应分别计算。

式中：

Kk.l--低压侧可靠系数，取1.2～1.5。

Ie.l--低压侧额定电流，单位安培（A）。

nCT.l--低压侧电流互感器变比。

2 第一次动作情况及原因分析

2.1 动作情况

4月30日牵引变电所1#主变低压侧过流出口201断路器保护跳闸，低压侧电压T线73.67 V，低压侧电压F线74.49 V，本主变低压侧电流1.96 A，另一主变低压侧电流0.060 A，低压侧电压74.08 V，出口时间700 ms。造成六路馈线同时停电，影响列车运行。

2.2 保护动作情况分析

牵引变电所1#主变低压侧过流保护装置定值：电流互感器变比2500/1，低压侧过流电流0.92 A，低压侧过流时间700 ms，低压侧过流闭锁电压 75 V。4月 30日 16：37：31：524ms，1#主变低压侧过流出口201断路器保护跳闸，跳闸时低压侧过电流1.96 A＞Iset:0.92 A，跳闸时低压侧闭锁电压74.08 V＜Uste:75 V，保护正常动作。

2.3 保护动作原因分析

主变低压侧高压柜进线201进线柜供六路上下行接触网线路，201断路器主变低压侧低压过流保护跳闸，其供电六路馈线均未跳闸，查看现场后台和馈线本体装置的信息，无馈线保护启动事件，通过六条馈线 211、212、215、216、217、218电流负荷曲线分析，在跳闸时六条馈线电流相加为4 800 A左右（见图1）与201断路器保护跳闸电流1.96 A×2 500＝4900 A接近。

图1 六条馈线电流负荷曲线图

1＃主变201断路器过流保护跳闸动作时电压为74.08 V，低于低电压闭锁过流定值75 V。在跳闸发生前，随着1#主变负荷不断增大，低压侧电压下降（见图2）。

由图2可以看出六个馈线负荷电流同时叠加到主变低压侧电流达到4 900 A时，按跳闸时低压侧电压74.08 V（即74.08×275/1000=20.372 kV）计算，1#主变负荷为20.372 kV×4.9 kA=99.82 MVA，1#主变额定容量为40 MVA，故而导致主变低压侧输出电压下降至低压过流定值电压以下，跳闸时低压侧闭锁电压74.08 V＜Uste:75 V，201DL断路器保护正常动作引起跳闸。

图2 主变低压侧电流、电压曲线图

3 第二次动作情况及原因分析

3.1 动作情况

5月22日牵引所设备整治，牵引所上行方向采取越区供电，1B供201断路器供停用，下行方向正常供电，3B经203断路器正常供电，14：36：02：912ms3号主变后备保护装置低压侧b相过流出口203断路器跳闸，低压侧Ua为50.89 kV，低压侧Ub为0.00 kV，低压侧Uab为50.89 kV，低压侧Ia为2.25 A，低压侧Ib为2305.19 A，出口时间700 ms。造成两路馈线同时停电，影响列车运行。

3.2 保护动作情况分析

3#主变低压侧过流保护装置定值：电流互感器变比2500/1，低压侧过流电流0.92 A，低压侧过流时间700 ms，低压侧过流闭锁电压132 V。5月22日14时36分02秒912毫秒，低压侧b相过流动作203断路器跳闸，跳闸时低压侧电流Ib为0.922 A（一次2305.19 A折算至二次）＞Iset:0.92 A，跳闸时低压侧闭锁电压Ub为0 V＜Uste:132 V，保护正常动作，实际运行Ub为0 V不正常。

3.3 保护动作原因分析

根据主变低压侧低压启动过流保护逻辑框图见图3。

图3 主变低压侧低压启动过流保护逻辑框图

正确的逻辑对应关系是201断路器a相对应Uα、Iα，203断路器b相对应Uβ、Iβ。而越区时203断路器b相运行，201断路器a相退出，经现场对后备保护装置内部实际接线核对，对应关系是201断路器a相对应Uβ、Iα，203断路器b相对应Uα、Iβ。当时两条馈线均有动车运行，两路馈线电流、电压都不满足馈线阻抗和过流跳闸，两路馈出单元负荷电流同时叠加后电流达到主变低电压过流出口定值，即203DL保护采的电流Iβ(13LH)超过整定值，对应的装置内部对应的电压Uβ为0 V，无低电压闭锁，主变低压侧过流电流保护电流值达到定值203断路器过流保护跳闸。

4 存在问题

通过以上两起牵引所主变低电压过电流动作分析，可知主变低电压过电流保护定值设置及保护装置存在以下问题。

（1）主变低压侧过电流保护与馈线低压过电流保护整定原则不同造成主变低压侧过电流保护动作。主变低电压侧动作电流按躲过低压侧额定电流整定，馈线动作电流按躲过馈线最大负荷电流并保证末端故障有足够灵敏度整定，随着机车密度的增加，牵引所各馈线负荷叠加到主变低压侧，易造成各馈线电流叠加值超主变低压过电流保护定值。另一方面从管内各线牵引所主变低压过电流保护电压定值调查发现，五条运行线路主变低压侧与馈线过电流启动电压值压差值分别是：14 V、0 V、0 V、5 V、7 V，大多数牵引所主变低压侧与馈线启动电压值差距不大，造成牵引所各馈线负荷叠加达到主变低压侧电流整定值，主变低压侧过电流保护动作，而各馈线由于电流保护整定未达到而未动作，低压过电流保护启动电压值设置不合理，级差不明显，易造成越级跳闸。

（2）主变后备保护装置主变低压侧过电流保护电流、电压接线不正确，a相对应 Uα、Iα，b 相对应 Uβ、Iβ，主变后备保护装置只采量，未判别电流、电压采样的正确性，在现场实际试验过程中应该能及时发现问题存在，但是实际试验只对主变低压侧电流互感器进行加流不加电压量来做主变低压侧过电流保护动作试验，既未通过低电压闭锁关系来做主变低压侧低压过流保护跳闸试验，导致牵引变电所主变低压侧电流、电压采样不正确没有及时发现。

5 改进措施

针对主变低压侧过电流保护存在问题，结合实际，应采取以下措施：

（1）随着机车密度的增加，合理配置馈线保护和主变后备保护定值，根据实际负荷情况，特别是枢纽地区多路馈线的牵引变电所，对主变低压侧低电压过流动作保护电流值、电压值进行合理配置。在考虑主变容量情况下适当提高过电流定值，主变低压侧过电流启动电压定值与馈线低压侧过电流启动电压定值适当拉开差距，在低压过电流保护定值中启动电压定值设置馈线过电流启动电压定值比主变低压侧过电流启动电压定值高10 V左右，确保单馈线过电流动作，减少主变低压侧过电流动作频次，防止因主变低压侧过电流动作造成多路馈线停电，干扰铁路运输生产。

（2）在后备保护背部接线端子上，电压a相Uα和b相Uβ，电流a相Iα和b相Iβ端子位置较近，在相邻端子上（见图4）接线不注意极易接错，所以必须掌握每个模拟量点对应关系及装置逻辑关系，确保接线正确性。

图4 后备保护装置背板图

从主变后备保护装置软件上进行优化，对引入保护装置a相 Uα、Iα 和 b相 Uβ、Iβ 电压、电流保护量进行检测，判别电压、电流相位、频率相同性，在监控系统一次主界面上显示a相 Uα、Iα 和 b相 Uβ、Iβ 电压、电流量相角，对电流、电压量进行实时监控，防止因接线错误引起主变低压侧低压过电流保护无动作。

（3）梳理牵引变电所试验情况，通过掌握保护动作逻辑关系，用正确试验方法来试验判断设备实际运行中的保护动作跳闸逻辑关系，在低压过电流保护试验中接必须加电压量和电流量，电压量加运行标准值后慢慢加升电流量，电流量达到定值后，确认断路器保护不跳闸，慢慢降低电压量，达到电压量定值，断路器跳闸，试验正确完成。不得简化试验方法，不加电压量，只加电流量到电流保护定值跳断路器，造成接线错误试验作业不被发现。做好试验结果的检查验证，对试验的数据与试验的报文比对分析，及时发现试验存在问题，落实整改，提高试验质量。