（电力系统及其自动化专业论文）330kv进线牵引供电系统保护.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t a c c o r d i n gt ot h es t a t ec o u n c i l ( ( m e d i u ma n dl o n g t e r mr a i l w a yn e t w o r kp l a n ) ) ， l l i 曲一s p e e di np a s s e n g e rt r a n s p o r tr a i l w a y sb e t w e e np r o v i n c i a lc a p i t a lc i t i e sa n db i gc i t i e s w i l lb ep l a n e da n dc o n s t r u c t e di i lo u rc o u n t r y 1 1 1 ep l a ni n c l u d e sc o n s t r u c t i n gm o r et h a n 12 ，0 0 0k mp a s s e n g e r t r a n s p o r tr a i l w a y s ，p l a n n i n g f o u rv e r t i c a la n df o u rh o r i z o n t a l h i g h - s p e e di np a s s e n g e rt r a n s p o r tr a i l w a y sa n dt h r e ei n t e r c i t yp a s s e n g e rt r a n s p o r ts y s t e m ， a n di t ss p e e dt a r g e tw i l lb em o r et h a n2 0 0k i l o m e t e r sp e rh o u r z h e n g z h o ut ox i a np a s s e n g e rt r a n s p o r tr a i l w a y i so n eo ft h em e d i u ma n dl o n g - t e r m p l a n e dr a i l w a y s i ti st h ef i r s tt i m et h a tt h e3 3 0 k vv o l t a g ep o w e ri ss u p p l i e df o rt h er a i l w a y s y s t e mi ns h a n x ip r o v i n c e ，i nc h i n aa n de v e ni nt h ew o r l d s o ，t h e r ea r eal o to fp r o b l e m s a b o u ti t s p r o t e c t i o ns c h e m e sa n ds e t t i n gc a l c u l a t i o n s w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to f 1 1 i g h s p e e dr a i l w a y s t h er e s e a r c hi nt h i sa r e aw i l lb ep a i dm o r ea t t e n t i o nt o 3 3 0 k vp o w e r 鲥di si n t r o d u c e da n dc o m p a r e dw i t ht h e2 2 0 k vi n c o m i n gf e e d e r t r a c t i o np o w e rs u p p l ys y s t e mi nt h ep a p e r , w h i c hi sh e l p f u lt oa n a l y z et h e3 3 0 k vi n c o m i n g f e e d e rt r a c t i o np o w e rs u p p l ys y s t e m t l l i sp a p e rf o c u s e so nt h ed e s i g n i n go ft h em a i n c o n n e c t i o nt y p e s ，o p e r a t i n gm o d e s ，r u n n i n gs t a t u sa n do n o f fl o g i c t h es t r u c t u r eo ft h ea t p o s ta n da ts e c t i o np o s ti sa l s oi n v o l v e d a l lo ft h e s ea r ec l o s e l yr e l a t e d 、玩n lt h ep r o t e c t i o n s c h e m e 1 1 h ep r o t e c t i o no f3 3 0 k vt r a c t i o nt r a n s f o r m e ra n dt h es e c o n d a r ys i d ep r o b l e m sa r et h e i m p o r t a n tp a r ti nt h ep a p e r 1 1 1 em a i nt r a n s f o r m e rd u a l i t yi sd e e p l ya n a l y z e d a sw e l la st h e m a i nt r a n s f o r m e rd u a l i t yp r o t e c t i o n t h ec i r c u i tb r e a k e rt r i p p i n gi sa l s oa n a l y z e da b o u tt h e d u a l i t yo fd cp o w e rs u p p l 3 ec o n s i d e r i n gt h ei m p a c tt ot h e3 30 k vp o w e r 鲥d ，t h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h e3 3 0 k vi n c o m i n gf e e d e ri nt h et r a c t i o np o w e rs u p p l ys y s t e ma n dt h e 鲥di sp r o p o s e da n dr e c o m m e n d e d t h ep r o t e c t i o np r i n c i p l e s ，p r o t e c t i o ns c h e m ea n dt h es e t t i n gc a l c u l a t i o na b o u tt h e 3 3 0 k vp a s s e n g e rt r a n s p o r tr a i l w a y ss y s t e mi sa n a l y z e da n ds u m m a r i z e d ，w h i c hi sa l s o c o m p a r e dw i t ht h e2 2 0 k vp a s s e n g e rt r a n s p o r tr a i l w a y ss y s t e m 劢ee x a m p l eo fs e t t i n g c a l c u l a t i o nf o ra na c t u a lp a s s e n g e rl i n ei sg i v e n ， a sw e l la sm o d e l i n ga n ds i m u l a t i n gw i n l m a t l a bs o f t w a r e k e yw o r d s ：3 3 0 k v ；d u a l i t y ；p r o t e c t i o ns c h e m e ；p a s s e n g e rd e d i c a t el i n e ；s e t t i n g c a l c u l a t i o n 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本 人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可 以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密彤使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“v ”) 学位做储妣蝉带 同期：撕年6 月j 日 v 一 日 伊 竹 r “ 八 年 签 w 师 涂 一 一 戥 日 西南交通大学硕士学位论文主要工作( 贡献) 声明 本人在学位论文中所做的主要工作如下： ( 1 ) 分析3 3 0 k v 进线牵引变电所电气主接线、a t 所和a t 分区所的设计结构，在 此结构基础上讨论其运行方式和工作逻辑。 ( 2 ) 深入讨论3 3 0 k v 牵引变压器双重化保护的必要性和保护原理选择问题，探讨保 护出口方式和直流电源系统的双重化配置方案。 ( 3 ) 研究保护双重化后装置的误动和拒动机率变化，并对双重化保护进行经济性分 析。 ( 4 ) 考虑到牵引供电系统对3 3 0 k v 电网的影响，寻找保护配置方案，解决3 3 0 k v 进线牵引供电系统和电网的保护配合问题。 ( 5 ) 分析牵引供电系统保护原理，阐述3 3 0 k v 进线牵引供电系统保护配置方案，并 在结构、运行方式和保护动作上与某2 2 0 k v 进线客运专线进行对比分析。 ( 6 ) 对某3 3 0 k v 进线牵引变电所保护进行实际的整定计算，然后用m a t l a b 软件进 行建模，仿真分析。 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成 果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰 写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。 本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。 学位论文作者弛斯年 日期：7 口，夕年6 月0 日 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 研究背景及其意义 在铁道部提出的跨越式发展战略指导下，我国正在大规模建设客运专线，并对既 有线路进行提速。我国计划到2 0 2 0 年将铁路网络扩大至1 0 万公里，其中1 2 万公里为 客运专线。2 0 0 5 年1 1 月，西门子与铁道部签署了提供6 0 列时速3 0 0 公里高速列车的 合同，该批列车已于2 0 0 8 年首先运行于北京一天津线路，随后将应用于其它高速列车 线路。我国铁路建设坚持以我为主的技术创新思路，按照国家“自主创新，重点跨越， 支撑发展，引领未来的科技发展方针，围绕大规模铁路建设的重点任务，进一步加 大自主创新力度，系统掌握成套技术，力争在铁路技术装备现代化上取得重点突破， 实现重点跨越。 根据国务院批准的中长期铁路网规划，我国将规划建设省会城市及大中城市间 的快速客运通道。具体内容包括建设客运专线1 2 万公里以上，规划“四纵四横 铁路 快速客运通道以及三个城际快速客运系统，客车速度目标值达到每小时2 0 0 公里以上。 过去我国牵引供电系统的电源电压等级一直采用1 1 0 k v ，均保证了安全、可靠供 电。对于高速电气化铁路，由于牵引功率更大，如果仍采用1 1 0 k v 供电，就很难满足 供电要求，电力网的运行指标也会恶化。我国铁路正朝着高速、重载发展，我国正在 大规模建设高速客运专线，并对既有线路进行提速，这就要求选择更高等级的电压。 由于3 3 0 k v 输电线路在我国一些地区是电力系统的主干网，如我国的西北地区，把 3 3 0 k v 输电线路作为牵引供电系统的进线对这些地区发展电气化铁道尤为重要。 3 3 0 l ( v 电网作为铁路供电的电源有它的特殊之处，不同于以往2 2 0 k v 或者1 1 0 l ( v 铁路进线电源电压，1 1 0 k v 和2 2 0 k v 电网是高压电网的配电网，3 3 0 k v 电网是西北地 区的主干电网，担负着西北地区中长距离输电的任务，铁路供电系统对3 3 0 k v 电网的 运行安全影响应该降到最低。 。 牵引供电系统的保护是保障牵引网高效、安全、可靠供电的基础。电气化铁路保 护系统误动和拒动的现象时有发生，利用现代技术，系统的研究和分析3 3 0 k v 进线客 运专线变压器保护原理，牵引网馈线保护原理，提出最可靠和经济的保护配置方案， 完善馈线保护，变压器保护和电网中各种保护的配合关系，最大程度的减小牵引供电 系统出现问题时对电力系统的影响，这对我国客运专线a t 牵引供电系统具有重要的理 论和实际意义。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 进线电压等级研究现状 我国电气化铁道采用1 1 0 k v 进线是历史的产物，一直沿用了近4 0 年。国内现有电 气化铁路的供电电压等级大多数为1 1 0k v ，但随着电力事业的不断发展，国内5 0 0k v 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 线路骨架、省间2 2 0k v 线路的输变电网络基本形成，牵引变电所供电电压等级开始向 2 2 0k v 发展。电力部门在电网建设和改造上取得了巨大成就，目前我国电网总装机容 量和发电容量均居世界第二位。1 1 0k v 电网逐渐由省级调度下放到地、县级，向高压 配电网转化。一些地区把2 2 0 1 1 0 3 5 1 0k v 简化为2 2 0 1 1 0 1 0k v 或2 2 0 3 5 1 0k v 。 作为主干通道的2 2 0kv 电网的建设得到加强。同时，电力部门对电能质量问题越来越 重视，对用户提出了严格要求。此外，电气化铁道的发展也有目共睹，正向着高速、 重载、客运专线发展。截止2 0 0 5 年底，我国电气化铁路总计约2 0 0 5 0 k m ，约占全国铁 路营业里程( 约7 5 0 0 0 k m ) 的2 6 7 。2 0 1 0 年，全国铁路营业里程达到8 5 0 0 0 k m 左右， 其中客运专线5 0 0 0 k m ，到2 0 2 0 年，全国铁路营业里程将达到1 0 0 0 0 0 k m 。另外我国牵 引变电所的装机容量也由2 1 0 _ 2 x 2 0 m v a 发展到目前的4 0 - - - - 7 5 m v a ，几乎翻了一倍 【3 】 o 目前我国除东北地区、西北地区外，其他地区电压等级为5 0 0 ，2 2 0 ，1 1 0 k v ，并且 开始规划建设1 0 0 0 k v 输电线路，西北电网电压等级为3 3 0 、1 1 0 k v 。目前西北地区己 经建成西宁一兰州7 5 0 k v 输电线路，但其主要用于为西北电网内省网问水火电能的调 济，在建及规划线路均未成网，不会因7 5 0 k v 线路建成而导致3 3 0 k v 网开环成区域电 网，故近期3 3 0 k v 电网仍是主干网。 目前国内设计的客运专线一般为为a t 供电方式，很多采用单相变压器，加之客运 专线具有速度高、负荷大等特点，单相变压器的负序电流给电力系统带来的影响成为 突出问题。 除西北外，我国其他地区以5 0 0 k v 为输电线路，2 2 0 k v 可以作为配电线路向用户 开放，故客运专线牵引变电所选择2 2 0 k v 进线较为合适，且在秦沈( 秦皇岛一沈阳) 线 以及哈大( 哈尔滨一大连) 线有成功应用的经验，所以技术上较为成熟。但是西北地区 没有2 2 0 k v 这一电压等级，3 3 0 k v 作为电力系统主干网络，目前还只应用于输电，不 作为配电网络向用户供电，1 1 0 k v 在输送功率及负序承受能力有所限制 5 5 1 。 世界各国采用工频、单相、交流、接触网额定电压为2 5 k v 的高速电气化铁路，毫 无例外地均采用高压供电。 日本山阳等新干线，牵引变电所的进线电压采用2 7 5 k v 。这与原来的7 0 k v 相比， 电源电压变动和不平衡承受能力都有所提高，因而更能保证机车稳定、高速运行，从 经济角度看也更有利。 法国大部分牵引变电所的进线电压为2 2 5 k v ，只有一个变电所为6 3 k v 。 1 德国牵引网电压采用1 5 k v ，牵引变电所进线电压采用11 0 k v 。另外，它使用1 6 兰h z j 频率给铁路专门供电，有其特殊性。 我国目前铁路进线电压为1 1 0 k v 和2 2 0 k v ，世界各国高速电气化铁路的电源电压， 也是值得我们借鉴的【1 9 】。 3 3 0 k v 电网作为牵引供电系统的进线电源在国内还是第一次，有许多需要探讨的问 题，随着高速铁路的迅速发展，这项领域的研究将会受到更多人的关注。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 1 2 2 牵引变压器保护研究现状 国内针对牵引变压器一般主要配置的是差动保护、低电压启动的过电流保护、过 负荷信号保护、碰壳保护及瓦斯保护，并且对中性点接地的变压器还设置了零序过电 流接地保护。 根据继电保护和安全自动装置技术规程要求，不同容量及不同电压等级的电 力变压器配置不同的保护，大型变压器将瓦斯保护及纵联差动保护作为主保护，各侧 安装不同的过电压、过电流或阻抗保护作为后备保护。规程中除要求对3 3 0k v 及以上 变压器装设双重差动保互外，一般均按单主( 1 套主保护) 单后( 1 套后备保护) 配置。 在国电公司2 0 0 5 年制定的国家电网公司十八项电网重大反事故措施( 试行) 继电保 护专业重点实施要求，以下简称重点要求中指出，2 2 0k v 主变压器( 以下简称主 变) 的微机保护必须双重化。 铁路电力牵引供电设计规范中对2 2 0 k v 及以上的变压器双重化保护并没有作要 求，已经开通的胶济、合武、石太等客运专线各牵引变电所虽然都采用2 2 0 k v 进线， 主变压器没用采用双重化保护配置。考虑到3 3 0 k v 电网是西北地区的主干网，其可靠 性要求要比2 2 0 k v 高，故3 3 0 k v 牵引变电所内多项保护应采用双重化配置。 为了配合保护双重化配置，“防止电力生产重大事故的二十五项重点要求”继电 保护实施细则要求3 3 0 k v 变压器高、中压侧和2 2 0 k v 变压器高压侧必须选用具有双 跳闸线圈机构的断路器【5 1 1 ，并且两套电气量保护和非电量保护的跳闸回路应同时作用 于断路器的两个跳闸线圈。此外直流电源系统是铁路变配电所的一个重要组成部分， 它的设计直接影响供电的可靠性和安全性，电力工程直流系统设计技术规程规定： 2 2 卜5 0 0 k v 变电所应装设不少于2 组蓄电池，这些要求的提出都是为了更好的和变压 器保护双重化配置相适应。 1 3 本课题的研究内容 随着我国高速铁路研究的不断深入，伴随着武广、合武等客运专线的正式开通， 3 3 0 k v 电力系统给铁路供电又是我国电气化铁道做的一个新的尝试，而其中的保护配置 问题又是一个新的课题。本文是在所有研究成果的基础上，对问题进行了深入的研究 和探讨。 本课题在现有技术的基础上，主要研究以下几个问题： ( 1 ) 分析3 3 0 k v 进线牵引变电所电气主接线、a t 所和a t 分区所的设计结构，在 此结构基础上讨论其运行方式和工作逻辑。 ( 2 ) 深入讨论3 3 0 k v 牵引变压器双重化保护的必要性和保护原理选择问题，总结了 保护出口方式和直流电源系统的双重化设计方案。 ( 3 ) 研究保护双重化后装置的误动和拒动机率变化，并对双重化保护进行经济性分 析。 ( 4 ) 考虑到牵引供电系统对3 3 0 k v 电网的影响，寻找保护配置方案，解决3 3 0 k v 进线牵引供电系统和电网的保护配合问题。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 ( 5 ) 分析牵引供电系统保护原理，归纳了3 3 0 k v 进线牵引供电系统保护配置方案，一 并在结构、运行方式和保护动作上与某2 2 0 k v 进线客运专线进行对比分析。 ( 6 ) 对某3 3 0 k v 进线牵引变电所保护进行实际的整定计算，然后用m a t l a b 软件进 行建模，仿真分析。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 一第2 章3 3 0 k v 进线牵引供电系统 2 1 客运专线2 2 0 k v 进线供电系统 目前我国除东北、西北地区外，其它地区电压等级为5 0 0 、2 2 0 、1 1 0 k v ，以5 0 0 k v 为输电线路，2 2 0 k v 可以作为配电线路向用户开放。我国东北地区没有1 1 0 k v 这一电 压等级而有2 2 0 k v 电网，西北地区没有2 2 0 k v 电压等级而有3 3 0 k v 电网，故在东北， 华北等地区开通的客运专线牵引变电所都选择了2 2 0 k v 进线电压等级。如图2 1 所示 为2 2 0 k v 进线客运专线接入电力系统示意图，从图中可以看出，牵引变电所两回电源 线路是从输电线路w l l 、w l 2 采用分支连接( 又称t 形连接) 的方式获得。此时，牵 引变电所的进线线路会较短，同时，由于此处牵引变电所两回电源线路不是以构成环 形电网的方式接人电力系统的，因此牵引变电所高压母线无穿越功率通过，在这种情 况下，考虑运行的灵活性，可在两电源线路间保留带有隔离开关的跨条。从图中可以 看出2 2 0 k v 输电线路出线比较多，通常在1 1 6 回。牵引供电系统可以看成是电力系 统的末端，2 2 0 k v 进线客运专线保护配置要比3 3 0 k v 进线客运专线要求低一些。双回 输电线路w l l 、w l 2 上分支连接的变电所数目应有限制，若分支线数过多，对可靠性 的影响相对增大，同时对输电线路( w l l 、w l 2 ) 继电保护的整定造成困难【1 】。 出线出线 5 0 0 k v i 母 ii f ff _ 一器斗 型 出线 1 i l l 1 i l 2 。f i ： 一x 一 出线 t 宁宁 、 铁路朝i 同铁l 各牵引同 图2 12 2 0 k v 进线客运专线接入电力系统示意图 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 2 23 3 0 k v 电力系统 3 3 0k v 电压等级是国家标准电压，1 9 6 4 年1 月由水电部批准在刘家峡至关中输变 电工程中采用，于1 9 7 2 年6 月建成投产。受到六十年代我国技术装备等条件的限制， 当时不能自主生产5 0 0 k v 设备，而刘家峡、盐锅峡等水电开发量较大，再加上我国西 北地区地域辽阔、负荷密度不大，因此西北地区出现3 3 0 k v 等级电压是必然的。 图2 2 为西北地区电力系统某3 3 0 k v 变电站电气主接线图。此变电站内设置2 台 主变压器，3 3 0 k v 母线选用软导线，采用罐式断路器，设计成个半断路器接线形式。 3 3 0 k v 变电站输电功率在3 0 _ _ 4 0 万千瓦，有4 _ 巧回出线用于网架构建，3 3 0 k v 线路 不允许t 形连接。 出线6出线5出线4 a b c a b c a b c llj 3 3 0 k v i 母 土土 ) | 气 3 3 43 3 0 k v 牵引变电所直流系统双重化问题 本诊文第2 章第4 节介绍了所内用电的来源，这里介绍直流用申系统。直流电源 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 0 页 系统是铁路变配电所的一个重要组成部分，它的质量好坏直接影响供电的可靠性和安一 全性，实施细则中未对双重化电量保护的直流电源供电方式作明确规定，造成保护 装置的供电方式五花八门。电力工程直流系统设计技术规程规定：2 2 旷5 0 0 k v 变电 所应装设不少于2 组蓄电池。对于双重化电量保护直流电源，建议分别从2 组蓄电池 引接，即第1 套保护由第1 组蓄电池供电，第2 套保护由第2 组蓄电池供电，以保证 双重化保护的电源分别来自不同的蓄电池，当保护屏距直流屏距离较远时，为保证直 流电源的可靠性，对每一套保护屏也可以采用双回路供电。对于非电量保护，应从2 组蓄电池各引接1 路电源经切换后供电。图3 7 所示为3 3 0 k v 牵引变电所直流系统主 回路接线设计【8 】，采用单母线分段、双充电装置、双蓄电池组方式。两套直流母线间设 置联络开关，每组蓄电池及其充电装置分别接入不同母线段。正常情况时，两套系统 各自独立工作，可控硅整流装置对蓄电池进行强充电、均衡充电、浮充电以供给正常 负荷。若其中一套出现故障时，可通过母联开关使两段母线并列运行。每套蓄电池配 置一套蓄电池巡检仪，检测蓄电池单体运行工况，对蓄电池冲、放电进行动态管理。 每套充电装置配置一套微机监控单元，根据直流系统运行状态，综合分析各种数据和 信息，对整个系统实施控制和管理，并通过通信口将信息上传至站内监控系统。 蓄电 池组 图3 7 单母线分段、双充电装置、双蓄电池组方式 直流电源系统的母线一般有四条：合闸母线( h m + ) 、控制母线( k m + ) 、负母线 ( ) 、闪光母线( s m + ) ，其中负母线是共用的，蓄电池、充电机和合闸输出并联在合 闸母线上。由于蓄电池在充放电过程中电压变化较大，因此合闸母线的电压不能满足 保护装置的要求，所以直流电源系统中一般设有控制母线，所有控制输出都从这里引 出。控制母线和合闸母线之间用降压硅堆连接，通过控制降压硅堆的压降来保持控制 母线电压稳定。直流用电系统如图3 8 所示 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 1 页 一删 + 删 1 # 电源( 5 0 h z ，2 2 0 v ) 一k m + k m 至断路器l合闸回路1 。至保护1控制回路1 图3 8 直流用电系统图 其中全密封免维护铅酸蓄电池主要特点是免维护，在整个使用周期内，不必进行 补水加酸，也不必进行检修，无漏液全密封j 无酸雾或易燃易爆气体和硫酸溢出，不 腐蚀设备，对环境无污染。其所带负荷比相同容量传统蓄电池高达6 0 ，其寿命相当 于镉镍电池寿命，且自放电小，易于长期存放，使用安装维护费用低，是当前较为理 想的蓄电池。 图3 - 9 为直流电源系统调压装置结构示意图。图中虚框所示为直流调压装置，控 制各开关的触点即可调节控制母线电压。 。一i f 2 广一_ ：一_ 一一_ 一一一1 f 1 1 占玉苫 舌丢舌 l 。崎1 撬鞘蒜犏 l l ，一几一一一一一一n 一l _ _ 一一 f 3 f 4 f 5f f 6 j l 至断路器合闸回路 至保护、控制回路 n i + ， 图3 9 直流电源调压装置结构不慈图 从图可以看出，通过闭合或断开投切开关的触点可以调节串入合闸母线与控制母 线间的降压硅堆数目，从而达到调压的目的。由于蓄电池充电的需要，设合闸母线电 压变化范围为2 2 0 - - 2 6 0 v ，若要求控制母线电压为2 1 5 v 2 2 5 v ，每组降压硅堆的导通 压降为6 v ，则共需设置6 组降压硅堆。导通的晶闸管的编号越高，投入的降压硅堆数 目越多，控制母线电压越低。因此，依次触发较低一级编号的晶闸管，可逐步减少投 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 2 页 入的降压硅堆数目，从而提高控制母线电压，相反，依次触发较高一级编号的晶闸管， 可逐步增加投入的降压硅堆数目，从而降低控制母线电压。 自动调压装置投入运行后，晶闸管全部关断，此时降压硅堆全部接入，因而压降 最大，控制母线电压最低。调压模块通过检测控制母线电压，若判定电压偏低，则给 s 6 发触发信号，触发s 6 导通。此时，s 1 s 5 关断，于是d 6 硅堆退出降压功能，控 制母线电压回升。若再次检测到控制母线电压仍然偏低，则继续触发更低一级编号的 晶闸管，并关断高一级编号的晶闸管，使电压进一步回升，直到满足要求为止【9 】。 3 4 双重化配置的误动和拒动 ( 1 ) 保护误动的分析 双重化配置使保护误动的机率增大，因为双重化的配置使二次回路更为复杂。对 于保护装置元器件损坏引起的故障，保护装置数量多少是关键，由于故障机率是每个 元器件故障机率总成，装置数量多则所用元器件也多，故障及误动机率就高。而从运 行实践看，二次回路带来的误动问题非常突出，双重化配置后，如果设计、使用不慎， 可能造成回路相互关联，增加误动机会。因此，也需要特别重视保护的误动对系统的 影响，尤其是母线保护、变压器保护等【l o 】。 ( 2 ) 保护拒动的分析 由于传统的牵引变压器只配置了一套保护，而牵引变压器发生异常运行的情况比 保护装置发生故障的机率大得多，因此双重化配置降低了拒动的机率。 拒动可分为原理不完善或灵敏度差、装置损坏等情况。原理不完善可以通过寻找 合理的判据、可靠的新原理来解决，也可通过不同原理的保护来减少拒动的情况。装 置的损坏则需通过提高制造质量来解决，提高质量减少了装置的损坏，双重化配置则 大大降低了因装置损坏可能导致的拒动。 对于双重化配置的方案，电源、电流、电压回路以及保护装置均是独立的，正常 运行时同时投入运行，每一种故障双套保护均能同时反应，拒动的可能很小。对于双 重化配置，当一套保护短时退出运行，另一套保护仍可反映全部故障，不会拒动；而 一套保护因故退出运行时，另一套保护装置同时发生故障的可能性机乎没有，这主要 是由于采用了先进的硬件技术和现代化生产管理体系，制造质量大大提高，两套保护 装置同时因故障退出运行的机率非常小，完全可以不考虑两套保护装置同时损坏【5 7 】。 3 5 保护双重化的经济性分析 电力系统3 3 0 k v 变电站一般投资在1 5 2 5 亿元，仅有4 到6 回3 3 0 k v 出线用于 网架构建，且3 3 0 k v 线路也不允许“t 接。3 3 0 k v 牵引变电站的高压电器、牵引变压 器、系统的继电保护、铁道专用线路、变电站的占地等综合投资成本要高于2 2 0 k v 变 电站和1 1 0 k v 变电站，即3 3 0 k v 供电方案的投资成本较之2 2 0 k v 和1 1 0 k v 供电方案成 本将有大幅度增加。但是由于电气化铁路如采用1 1 0 k v 供电方案时，电能质量往往达 不到国家标准的要求，一般需要进行无功补偿和滤波等电能质量问题的治理，故需要 追加一笔电能质量治理的费用，因此投资成本计算时需要考虑电能质量治理花费的部 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 3 页 分。此外从全系统的角度看，牵引供电系统可以看作电力系统的末端用户，在西北地 区采用3 3 0 k v 进线和采用1 1 0 k v 进线相比，减少了电能的中间变换环节，既节省了输 变电设备容量，也降低了电能损耗，这在一定程度上对提高整个电力系统的经济运行 指标、减少国家的能源消耗是有利的。 国家电网公司十八项电网重大反事故措施( 试行) 继电保护专业重点实施要求 ( 调继 2 0 0 5 1 2 2 2 号文) 中“2 5 2 7 规定：“双重化配置的线路变压器和单元制接线方式 的发变组应使用主、后一体化的保护装置。按照火力发电厂、变电所一次接线设 计技术规程( d l t 5 1 3 6 2 0 0 1 ) 的定义，后备保护是主保护或断路器拒动时，用以切除 故障的保护。随着数字电路的迅速发展，尤其是数字信号处理器( d s p ) 和大规模逻辑 门阵列的广泛应用，将电气主设备的全套保护都集成在1 台保护装置中己经没有任何 困难，双重化配置方案的实施进一步促进了主后备保护一体化技术的发展。所谓主后 备保护一体化就是将主保护和后备保护同时集成在1 台保护装置当中，主后备保护共 享1 组外部电力设备运行状态信号和保护装置的硬件平台。该保护装置除非电量保护 及开关操作箱外，全套主保护与后备保护只需1 层机箱，实现双重化后，一般2 或3 层机箱，2 面屏。由于一套保护的功能集中在一个机箱内，双套保护采用相同的输入输 出设计，所以外围接线简洁，保护二次接线、组柜方案得到简化。因此，通过上述解 释可知，主设备保护的双重化配置并没有增加过多的二次回路投资，相反是在一定程 度上简化回路，减少装置数量，降低运行管理的难度，提高运行的安全可靠性，在一 定意义上减少了保护设备的投资。 3 63 3 0 k v 牵引变电所保护和电网的配合关系 按照前文所述，3 3 0 k v 电网作为铁路供电的电源有它的特殊之处，不同于以往 2 2 0 k v 或者1 1 0 l ( v 铁路进线电源电压，1 1 0 k v 和2 2 0 k v 电网是高压电网的配电网，3 3 0 k v 电网是西北地区的主干电网，铁路供电系统对它的影响应该降到最低。第3 章所提出 的牵引主变压器保护进行双重化配置就是保证牵引供电系统出现故障时保护能够快速 准确的进行动作，进而不会影响到3 3 0 k v 电网的安全运行。但是如果牵引主变压器出 现故障，并且由于各种原因主变高压侧断路器出现了拒动的情况，此时如果不能快速 及时的切除故障有可能影响3 3 0 k v 电力系统主网安全运行，因此在3 3 0 k v 电网向铁路 供电线路上应配置双套远方跳闸保护以及相应的通讯接口装置。 3 3 0 k v 电力系统母线一般采用一个半断路器连接，且线路不能进行t 接，图3 1 0 为铁路供电系统接入3 3 0 k v 电网示意图，w l 为进线输电线路，配置两套阶段式距离 保护，两套保护相互独立，对于保护i 段，无时限，一般保护本线路全长的8 0 - - 8 5 。 保护i i 段：时限与相邻下一线路的i 段配合，保护范围延伸到下一线路的一部分，也 就是只能延伸到牵引变压器保护的一部分，与i 段保护配合作为本线路全长的主保护。 当牵引主变压器故障，并且牵引主变的高压侧断路器1 1 d l 出现拒动的情况时， 此时远方跳闸保护启动，传递远方跳闸信号将回路中另一非故障线路对侧的断路器 1 1 2 d l 实现跳闸，并且保护配置有加速断路器实现跳闸功能。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 4 页 根据国家电力调度通信中心2 0 0 5 年颁布的国家电网公司十八项电网重大反事 故措施( 试行) 继电保护专业重点实施要求第4 8 3 条的规定：“2 2 0k v 及以上电压等 级变压器的断路器失灵时，除应跳开失灵断路器相邻的全部断路器外，还应跳开本变 压器连接其它侧电源的断路器”。因此按照此规定，当3 3 0 k v 牵引变压器高压侧断路器 1 1 d l 失灵时，除通过远跳保护断开断路器1 2 d l 外，还应该断开断路器1 0 d l ，同样 1 0 d l 出现失灵时，要断开1 1 d l 以及2 7 5 k v 母线和馈线相连的断路器，这需要配置 远方跳闸保护和断路器失灵保护来实现保护快速出口。 3 3 0k vi 母线 厂厂 i | i s d 信号 1 跳两侧断路嚣 图4 _ 2 差动速断电流保护原理框图 该保护的动作判据为： i c d i s o( 4 - 3 ) 在式( 4 3 ) 中，i c d 为差动电流。 差动电流速断保护的定值要按躲过变压器的合闸涌流整定，一般整定为变压器额 定电流的7 1 0 倍。当v 接线变压器或v x 接线变压器原边流互采用差接时3 ，不 投入公共相c 相差动速断保护。 4 1 3 带二次谐波制动