牵引网馈线自适应保护配置方案

牵引网馈线自适应保护配置方案

作者：镇方胜

来源：《海峡科学》2009年第05期

[摘要] 分析了牵引网馈线自适应距离保护、自适应电流速断保护、自适应电流增量保护和自适应过电流保护的原理，提出了牵引网馈线自适应保护的配置方案，初步设计了牵引网自适应馈线保护装置。

[关键词] 牵引网馈线自适应保护配置

1 引言

牵引负荷是单相、变化的负荷，主要与线路情况、机车类型、列车重量和运行速度有关；牵引负荷电流中含有丰富的谐波成分，负荷的阻抗角大；牵引网供电臂供电距离长，且牵引网阻抗较大，相应的短路电流小；由于牵引负荷为移动负荷，接触网故障发生的几率较电力系统输电线路要频繁得多。由于牵引负荷的特殊性以及牵引网故障频繁的特点，牵引网馈线保护在牵引供电系统的保护中占有重要地位。本文借鉴电力系统中自适应保护的较完善的理论和运行经验，研究根据牵引负荷特点构成的牵引网馈线自适应保护方案，具有重要的理论和实际意义。

2 牵引网馈线自适应保护的原理

2.1 自适应距离保护

在现有的牵引网馈线保护装置中，一般采用距离保护作为主保护。由于电力机车经常运行在起动、调速、再生制动等工况下，以及降弓通过电分相再合闸时引起励磁涌流，因此，当线路上既有正常负荷又有再生负荷或励磁涌流时，其综合负荷就可能落入保护动作区，造成常规距离保护的误动作，如图1所示。

线路正常负荷运行时，由于电力机车为整流负荷，含有丰富的奇次谐波，其中以三次谐波的成分最高，一般可达到20%～30%，当存在再生负荷时，三次谐波的含量可以达到40%。而机车通过电分相或空载投入AT 牵引网时，产生的励磁涌流中含有丰富的二次谐波分量。与之相比，当接触网发生短路故障时，由于电力机车被旁路，短路电流基本为正弦波。因此，可以根据谐波成分的大小来区分负荷电流和故障电流。

定义综合谐波含量为：

其中、、、、分别为负荷电流中的基波、二、三、五、七次谐波。

阻抗继电器的动作方程为：

其中，R、X 为阻抗继电器的测量电阻和电抗；、分别为阻抗继电器的电阻和电抗整定值。

牵引供电系统正常运行时，K>0，从而使和乘以一个小于1的系数，相当于把多边形阻

抗继电器的线路边和负荷边收缩了。而机车运行于再生制动状态、通过电分相或空载投入AT

牵引网时，电流中的谐波分量会比正常运行时更大，阻抗继电器的动作边界也缩小了。例如，当K=15%时，阻抗继电器的动作边界自动缩小13%;当K=35%时，阻抗继电器的动作边界自动缩小26%。而当馈线发生常规故障时，，即和乘以1，从而保证阻抗继电器的动作边界不

变。

2.2 自适应电流速断保护

牵引网馈线采用电流速断保护主要是为了保证馈线在发生近端故障时，保护装置能够快速动作，同时可以辅助判断牵引网异相短路故障。考虑到牵引网馈线自适应距离保护利用综合谐波含量自适应调节动作边界的方法，其本身就是基于故障电流的，因此可以直接用于实现电流速断保护的自适应。具体的动作特性为：，式中，为电流基波测量值，K为综合谐波含量，

为谐波抑制的加权系数，为电流整定值。

2.3 自适应电流增量保护

牵引网发生高阻接地故障时，其测量阻抗比常规故障时的测量阻抗要高几倍至几十倍，距离保护将不能正确动作。当机车启动或者运行时，由于机车内大电感的作用，短时间内电流增量不会很大，而发生短路时，电流瞬间增大到短路电流，和机车启动或者运行时的电流增量相差非常大。电流增量保护的原理就是利用了短路时电流瞬间增大的特性，通过比较正常状态时的负荷电流和高阻故障时电流随时间变化的分量不同来检出故障，交流型继电器特性如图2

所示。

图2 电流增量保护特性

其中电流增量，、分别为故障前后的电流值。的整定值为该区间实际走行一列列车的最大电流值。一般情况下，一个供电区间的最大负荷电流约能达到列车最大电流的两倍左右，所以与普通的过电流继电器相比，型保护继电器的选择能力为它的两倍。但当电力机车过分相

或电分段时就无法避开负荷电流变化的分量；此外，由于电力机车起动的励磁涌流都可能使

型保护误动作，所以必须改善其性能。

可利用负荷电流中的三次谐波含量和二次谐波闭锁功能抑制继电器的动作。其动作方程为:

若整定较低时，躲过渡电阻能力强，但在重负荷下型继电器可能发生误动作，为此引入

谐波含量系数对型继电器进行改造，在重负荷条件下，负荷电流中含有较大的谐波分量，改造后的型继电器会随着负荷大小自动改变动作边界以避免在线路重负荷运行条件下发生误动

作。动作方程为：