关于主变低电压启动过电流定值的探讨

王松平 王林林

（中铁电气化铁路运营管理有限公司上海维管处合肥维管段，安徽 六安 237000）

电气化铁路牵引变电主变低电压启动过电流的低电压定值存在因不同线路、不同设计院设计、不同微机保护厂家装置，资料移交时给出的定值大小不同，现上海铁路局管内几条线路的定值书里此定值有76.19v、61v、83.12v、66v、69v 不一样的数据，不深究容易茫然不知所措，同时不合适的定值在低电压启动过电流保护动作时会存在误动作现象，会干扰正常的电气化铁路运行秩序，所以有必要对此定值的计算进行梳理和探讨，以便更好地指导生产。

变压器继电保护分为主保护和后备保护。主保护有差动速断和比率差动保护，有的线路主保护还设有零序保护；后备保护有三相过电流、单相过电流、低压启动过电流、过负荷、失压、过电压、油温告警、跳闸等保护。

在这里主要探讨的是主变低电压启动过电流保护和不同线路关于此定值的不同计算方式，同时针对个别线路定值不妥进行分析和提出建议。

低电压启动过电流分为主变高压侧低电压启动过电流保护和主变低压侧低电压启动过电流保护，具体保护原理如下：

1 主变低电压启动过电流保护

1.1 主变高压侧低电压启动过电流保护原理

1.1.1 平衡变压器三相低电压启动过电流原理图如图1。

图1 主变高压侧低电压启动过电流保护

1.2 主变低压侧α、β 相低电压启动过电流原理

1.2.1 平衡变压器三相低电压启动过电流原理图如图2。

图2 中：

图2 主变低压侧α、β 相低电压启动过电流保护

Iα、Iβ为低压侧α、β 相电流；

IGLO为低压侧过流电流定值；

Uα、Uβ为α、β 相电压值；

UDY为低电压整定值。

1.2.2 原理说明

当低压侧α、β 相电压值有一相低于其整定电压值，且对应相别的电流值超过整定电流值时，经一定时限TGLO发出对应断路器跳闸命令和保护启动告警信号。

综上所述，低电压启动过电流低电压定值UDY对数据判定分为主变高压侧和低压侧过流两种：一、高压侧A 或B 或C 相过流时对低压侧Uα、Uβ、Uab 任一项的二次电压取值判定；二、低压侧过流时，α 相判定Uα二次电压值、β 相判定Uβ二次电压值，不判定Uab 值。

（Uab 是α、β 相的线电压，Uab 是装置根据Uα、Uβ矢量和计算求得。正常运行时Uα、Uβ相位角为60°，Uα、Uβ、Uab均为100V 左右。）

2 低电压启动过电流低电压定值UDY 的整定方式

引言里提到的不同线路给出了不同的低电压启动过电流低电压定值，比如浙赣线为76.19v、京沪线为61v、合宁线为83.12v、合武线为66v、郑徐线为69v,这些数据表达的意思和想实现的保护功能都是一样的，它的整定方式均为：UDY=Umin/Ny/ Kk/ Kf，但由于各条线路给出的最小运行方式27.5kv 母线电压不同，可靠系数、返回系数不同，造成了最后得出的定值不同，具体归纳如下：

2.1 浙赣线低电压启动过电流低电压定值UDY76.19v 计算方式为:

UDY= Umin/ Ny/ Kk/ Kf

UDY=22000/275/1.05/1≈76.19v。

Umin: 最小运行方式27.5kv 母线电压22000v

Ny:电压互感器变比:275

Kk：可靠系数:1.05；

Kf:返回系数:1。

2.2 京沪线低电压启动过电流低电压定值UDY61v 计算方式为:

UDY= Umin/ Ny/ Kk/ Kf

UDY=24000/275/1.2/1.2≈61v

Umin: 最小运行方式27.5kv 母线电压24000v

Ny:电压互感器变比:275

Kk：可靠系数:1.2；

Kf:返回系数:1.2。

2.3 合宁线低电压启动过电流低电压定值UDY83.12v 计算方式为:

UDY= Umin/ Ny/ Kk/ Kf

UDY=24000/275/1.05/1≈83.12v

Umin: 最小运行方式27.5kv 母线电压24000v

Ny:电压互感器变比:275

Kk：可靠系数:1.05；

Kf:返回系数:1。

2.4 合武线低电压启动过电流低电压定值UDY66v 计算方式为:

UDY= Umin/ Ny/ Kk/ Kf

UDY=24000/275/1.05/1.25≈66v

Umin: 最小运行方式27.5kv 母线电压24000v

Ny:电压互感器变比:275

Kk：可靠系数:1.05；

Kf:返回系数:1.25。

2.5 郑徐线低电压启动过电流低电压定值UDY69v 计算方式为:

UDY= Umin/ Ny/ Kk/ Kf

UDY=24000/275/1.2/1.05≈69v

Umin: 最小运行方式27.5kv 母线电压24000v

Ny:电压互感器变比:275

Kk：可靠系数:1.2；

Kf:返回系数:1.05

经对比浙赣线（UDY：76.19V）和合宁线（UDY：83.12V）的低电压定值偏高，如果该保护动作，浙赣线的实时电压低于20952.25v 开始动作；合宁线的实时电压低于22858v 开始动作，会干扰正常的运输秩序。

3 分析低电压启动过电流低电压定值偏高，馈线保护不动作而主变低压启动过电流误动作现象

3.1 牵引变电所馈线保护一般由距离保护、电流速断等组成。如果主变低电压启动过电流的低压定值设置不合理会造成馈线侧阻抗保护不动作，而主变侧低压启动过电流动作，分析如下。

阻抗保护的动作原理如图3 所示。

图3 馈线阻抗保护原理图

图3 中：

A-B 段为线路阻抗动作边界，与X 轴平行；

B-C 段为负荷阻抗动作边界，与X 轴的夹角为70°；

A-D 为负X 轴的动作边界，与X 轴的夹角为70°；

D-C 为负Y 轴的动作边界，与X 轴平行。

3.2 通过上面阻抗保护原理指引，找一个变电所进行验证，验证当低电压定值设置偏高时，馈线保护正常不动作，而主变低压启动过电流保护误动作。

3.3 以衢州变电所为例

后溪街下行距离一段电阻R=9.16，电抗X=7.83，

由此得出最大动作阻抗Z=15.76,

通过分析发现有一个馈线保护不启动而低压启动过电流保护启动区域。假设线路电压为低于低压启动过电流低电压定值20952.25v 的19250KV，I=888A。

衢州变电所电压互感器变比为275:1，电流互感器主变低压侧为200:1，

馈线电流互感器变比为150:1，

通过计算得出：

3.3.1 此时线路阻抗为零界值，阻抗保护不启动；

3.3.2 线路电流速断整定值6.01 也就是901.5A，电流速断保护也不启动；

3.3.3 主变低压侧低电压启动过电流启动。此时就会造成越级跳闸误动作现象。

3.4 实例说明

2008 年1 月24 日、2 月28 日衢州变电所2#主变高、低压侧102DL、202ADL、202BDL 同时跳闸，实例证明了主变低电压启动过电流低电压定值偏大造成误动作的存在。

3.4.1 故障电量，见表1。

表1

3.4.2 分析：此跳闸属于主变高压侧A 相低电压启动过电流保护动作

3.4.2.1 从馈线电流负荷曲线分析，每一条馈线电流没有超过各自电流速断定值（一次值1200A），所以馈线断路器没有跳闸属于正常，馈线过流保护设计院设计不投。

3.4.2.2 此跳闸不属于主变低压侧低压启动过电流保护动作动作原理：

α 相过流跳开α 相断路器。

启动条件：α 相电流、时间均大于α 相定值；α 相电压低于低电压定值。

β 相过流跳开β 相断路器。

启动条件：β 相电流、时间均大于β 相定值；β 相电压低于低电压定值。

分析1 月24 日18：40、2 月28 日18：22 和19：14 三次跳闸数据如下：

β 相数据均没有达到跳闸定值。

二次电流分别为：0.02A、0.013A、0.013，均小于电流定值2.73A；

二次电压分别为：102.4V、103.1V、103.1V，均大于电压定值76.19V。

所以β 相断路器属于正常不动作。

α 相数据电流达到了跳闸定值，但电压没有低于跳闸电压定值。

二次电流分别为：4.16A、3.799A、4.465A，均大于电流定值2.18A，达到跳闸电流条件；

二次电压分别为：102.4V、103.1V、103.1V，均大于电压定值76.19V，没有达到跳闸电压条件。

所以α 相断路器属于正常不动作。

3.4.2.3 此跳闸属于主变高压侧三相过流保护动作中的其中A 相动作，主变高、低压侧断路器同时跳闸。

动作原理：

高压侧A、B、C 三相任一相二次电流大于跳闸电流定值（2.18A）；

过流时间大于跳闸时间定值(0.7S)；

主变低压侧Ua、Ub、Uab 任一值低于低电压定值UDY(76.19V)。

分析1 月24 日18：40、2 月28 日18：22 和19：14 三次跳闸数据如下：

二次电流分别为：4.08 A、3.734A、4.437A，均高于电流定值2.18A。

Uab 电压分别为：72.4V、75.2V、72.07V，均低于低电压定值76.19V。

所以三次跳闸均符合高压侧A 相低电压启动过电流动作条件，102DL、202ADL、202BDL 同时跳闸属于保护正常动作。

经分析1 月24 日与2 月28 日两天的三次跳闸信息基本一致，跳闸时间段也大致相同，认定跳闸原因为α 相（衢州站、后溪街-衢州区间区间上、下行）馈线电力机车车流量大、负荷大，保护装置的低电压定值偏高。在短时过负荷的情况下，主要是α、β 相的线电压Uab 值低于低电压定值UDY，引起保护动作。

4 结论

在上述理论和实例的探讨中，我们应该认识到保护定值关系到牵引供电设备故障切除的正确与失误，尤其是对于主变低电压启动过电流低电压定值的统一应从多方面完善，比如：计算公式的统一、最小运行方式27.5kv 母线电压的统一、可靠系数和返回系数的统一等问题。另应对同一定值、不同设计单位设计原理进行分析学习，以便更好地指导生产、服务于生产。