馈出线线路阻抗角显示异常的排查及处理措施

马贵荣

（国能朔黄铁路发展有限责任公司原平分公司，山西忻州 034100）

0 引言

牵引变电所馈出线线路阻抗角是线路保护测控装置的重要参数，但由于日常巡视、检修与试验传动中较少涉及这项数据，阻抗角的重要性与影响容易被忽视。阻抗角出现异常后并不会导致牵引变电所立刻出现故障，只是作为一个隐患潜伏起来，在线路保护测控装置中的距离保护与电流保护动作时，有一定概率引起保护装置的拒动或误动，后果具有隐蔽性。由于某牵引变电所2015 年进行了AT 供电改造，其27.5 kV 高压室开关均采用GIS 密闭设备，这使得排查隐患过程中，需要校验电流与电压二次回路极性时，技术人员必须采用全新的工艺方法。本文介绍馈出线线路阻抗角隐患的排查过程，对可能产生的恶劣影响进行了分析，介绍排查过程中引用的新的校验电压、电流二次回路极性的工艺方法，为技术人员处理同类故障提供便利。

1 隐患现象

2016 年5 月4 日20：36：43，某变电所牵引214 开关过流I段动作，214 开关重合成功。跳闸发生后，巡视所内设备未发现异常。当时区间上行有1 辆万吨、1 辆小列，对线路机车无影响，变电所值班人员巡视所内设备一切正常。

技术人员在查阅故障报告时，发现214 馈线线路阻抗值均为负数，阻抗角为247.5°，与214 馈线保护装置整定值有明显差异，214 馈线保护装置线路阻抗角整定值为75°，两者相差近180°，存在阻抗角度反向的可能。

2 隐患排查

技术人员对故障报告进行分析，判断有以下3 种可能：①214馈线18LH 极性错误；②214 微机保护装置内部采样不正确；③母线5YH、6YH 电压二次回路接线接反。

2.1 校验214 馈线18LH 极性

由于某变电所牵引设备经过AT 供电改造，其27.5 kV 高压室开关均采用GIS 密闭设备，这使得214 馈线电流互感器处于密封状态，本体不可见，而若想校验电流互感器的极性，必须在电流互感器本体的一次侧两端施加直流电源，这给技术人员的隐患排查带来了困难。结合某变电所牵引主接线图（图1），制定校验18LH 极性的方法：由213LHT 与214LHT 通过开关与刀闸的分合形成一条电流回路，由213LHF 与214LHF 通过开关与刀闸的分合形成一条电流回路，而直流电源的施加点，选择在W2131、W2141GK 靠变电所处。

图1 变电所馈线主接线

利用天窗点，在W2131、W2141GK 靠变电所侧安装测试线，一人负责接线并极性测试：电池的正极接在W2131GK 的T 相，电池的负极接在W2141GK 的T 相；另一人与控制人员做好呼唤应答。

控制室内2 人，其中一人按照主接线图依次操作开关：断开2131D、2141D；合上2131、2141GK，213、214DL。另外一人负责拆除电流互感器二次连片，操作指针式多用表。指针式多用表红色表笔接T411（T421），黑色表笔接N411（N421）。

校验结果：从网开关电缆至控制室内端子排校验的电流互感器极性为减极性。说明所有馈线电流互感器（包括T、F 相）极性均与18LH-T、18LH-T 的极性一样；测试方法也一样。

经过上述排查，技术人员确定电流互感器的极性并未接反。初步判断是微机保护装置内部采样错误或母线5YH、6YH 电压二次回路接线接反。

2.2 检查214 微机保护装置交流采集

在控制室214 微机保护装置上施加电压电流矢量（以电流I为基准，电压超前电流30°）：甩开电流二次连片，将电流线接在靠保护装置一侧；甩开YMT、YMF、YMN 二次线，将电压线接在YMT、YMF、YMN 端子上。因保护装置内部∠U1采集的是T 相电压的相位角度，∠U2采集的是F 相电压的相位角度，且二者互差180°。保护装置显示：∠I=0°、∠IT=0°、∠IF=180°、∠U=30°、∠U1=30°、∠U2=-150°。判断结果：保护装置内部采样正确。

2.3 检查母线5YH、6YH 电压二次回路接线

拆除5YH、6YH 断路器GIS 柜后柜挡板，并拆除5、6YH 本体至GIS 柜端子排的二次线，并做好标记。从5YH 本体二次线进行查找，发现5YH 电压互感器的二次线接在6YH 的电压二次回路中。又从6YH 本体二次线进行查找，发现6YH 电压互感器的二次线接在5YH 电压回路中。

判断结果：5YH、6YH 本体至GIS 柜端子排的二次线在安装电压互感器时接反。分析原因为5YH、6YH 本体二次接线无线号标示，并且施工接线人员在接线时5YH、6YH 二次线从后柜穿入前柜时没有确认，造成接线错误。

将接反的二次线调整后，天窗结束及行车后一段时间观察保护装置显示的电压、电流的相位角度是正确的。

需要说明的是：①保护装置内部∠U1、∠I1采集的是T 相电压电流的相位角度，∠U2、∠I2采集的是F 相电压的相位角度，且∠U1与∠U（2∠I1与∠I2）互差180°。∠U、∠I 是T、F 相电压电流的向量差；②天窗结束及行车后，仍要继续观察保护装置的相位角度。

3 隐患危害

某牵引变电所馈线距离保护装置中，距离电阻与距离电抗以I 段保护为例，整定公式为（1）、（2）、（3），R1、X1分别对应距离I 段电阻、距离I 段电抗。

其中，L 为牵引网长度；Z0为牵引网单位阻抗；α 为线路阻抗角；Umin为最小运行方式下变电所母线电压；Ifmax为最大负荷电流；Ψ 为线路负荷角，一般取37°；n1、ny为电流互感器变比、电压互感器变比；Kk为可靠系数，一般取1.2～1.3。

214 馈线保护配置中，阻抗特性投入平行四边形，其距离保护阻抗特性如图2 所示。

图2 平行四边形阻抗特性

通过式（1）、（2）、（3）可以看出，当214YHT、F 反相后，由于AT 供电方式下，T、F 相电压大小相等方向相反，阻抗又是电压向量与电流向量的比值，所以线路阻抗角由75°变为255°。

将新阻抗角以α+π 代入式（1）、（2）、（3），因为sin（α+π）=-sinα，tg（α+π）=tgα，可得：

可以发现，电抗定值是先前的负值，这在坐标轴形成的新平行四边形阻抗特性如图3 所示。

从图3 可以看出，在电压反相后，平行四边形由正向变为反向，主要动作范围由第一象限变为第三象限，这意味着原先整定值中应该动作的条件，在电压反相后很有可能拒动或误动。

图3 反相后的平行四边形阻抗特性

若在保护装置中，电流保护投入了功率方向，则方向继电器灵敏角α 取的是线路阻抗角α，可以整定。方向特性如图4 所示。当电压反相后，α 变为α+π，则方向特性如图5 所示。

图4 功率方向特性

图5 反相后的功率方向特性

可以看出，当电流速断投入功率方向后，随着线路阻抗角的改变，动作范围也在发生变化。

4 结束语

通过对某牵引变电所馈出线阻抗特性角数据异常的隐患排查与分析，可以看出当阻抗特性角出现错误后，会在线路故障跳闸时造成保护拒动或误动，对铁路运输造成恶劣影响。针对此种情况，变电所值班人员与维护人员应在巡视或作业过程中贯彻标准化作业程序，对定值的更改与整定做好详细记录，对电压、电流回路二次接线的拆接做好标记，同时在施工过程中做好二次回路校验。