交流牵引网保护.ppt

交流牵引网保护 1 交流牵引负荷的特点移动负荷 大小随时变化 负荷电流大 馈线电流可在0到600 800A的极宽范围内变化 双机牵引更高 有些线路高达2000 3000A单边供电时 供电臂的长度为20 30km 双边供电时 复线为40 50km 单线为60 70km 线路单位阻抗大于普通输电线路阻抗 0 54 65 距离长 单位阻抗大 在最小运行方式下牵引网末端短路时 电流数值较小 有时可与最大负荷相比 采用一般保护很难满足灵敏度的要求 空载投入机车变压器时产生励磁涌流 含有大量的二次谐波 其幅值可达到500 600A 牵引状态下机车的电流的相位角为25 40 启动时55 60 再生时可达90 120 正常负荷下 功率因数为0 8左右 机车的电流是非正弦的 含有大量高次谐波 三次谐波含量最高为20 30 牵引负荷是两个单相负荷 在三相系统中造成三相负荷不对称 不适用利用复序分量保护 牵引网短路电流波形基本上是正弦的 机车退出工作 三次谐波含量不超过2 3 四边形阻抗继电器 距离保护整定原则 保护末端短路时 保护应具有足够的灵敏度 正常最小负荷情况下 距离保护不应误动 ab边动作阻抗整定 ZJab KKZxlZxl 末端短路时的最大短路阻抗KK 可靠系数 KK 1 2 1 5 bc边动作阻抗整定 ZJbc KKZfminZf min 线路的最小负荷阻抗 KK 可靠系数 KK 1 1整定继电器要求给定的ZJbcmin是相对于 0 的 ZJbc应换算到相对于 0 时的值 R a b c 0 jx R Zf min fh 0 8Zf min 2 R 交流牵引负荷的距离保护 通常采用方向阻抗继电器的距离保护作为主保护 一般设二段距离保护 四边形阻抗继电器 j j j 功率因数差 j功率因数良 Zf min 2 R1 a b c 0 jx R d ab边动作阻抗整定 ZJab KKZxlKK 1 2 2 bc边动作阻抗整定 四边形阻抗继电器主要优缺点 a b c 0 R Zf min fh 0 8Zf min 2 四边形阻抗继电器具有更高的灵敏度 原因在于 四边形特性的ab边和bc边是分别整定的 线路的保护整定范围不受负荷阻抗的制约 Zdz3 Zdz2 Zdz1 在同一负荷状态下 Zdz1 Zdz2 Zdz3 Zd Rt Zk 四边形阻抗继电器反应过渡电阻能力较强 四边形阻抗继电器躲负荷能力较强 在同一线路整定值条件下 四边形阻抗继电器躲励磁涌流能力较强 0 R 四边形阻抗继电器由多向量构成 当UK 0时 仍能满足条件 因此可省去断线闭锁装置 负荷特性 涌流特性 涌流 负荷特性 jx jx 当躲励磁涌流和负荷同时存在时 可能误动 需加抵制涌流的措施 构成继电器的向量多 较复杂 易受高次谐波的干扰 使继电器误动或拒动 需将高次谐波滤掉 四边形阻抗继电器 图中 1为整定的线路阻抗角 用于躲过机车运行及空投时的涌流 通常取70 80 L是负荷角 通常取20 40 R X分别是整定的保护线路电阻及电抗值 2 利用牵引负荷特点构成的保护 谐波电流的利用利用三次谐波的含量区分正常工作和故障状态利用二次谐波的含量区分励磁涌流和故障电流 二次谐波闭锁 谐波闭锁和高次谐波抑制电力机车空载投入接触网 或者机车在运行过程中失电又复得电时 机车将产生励磁涌流 此时如果线路上还有正常负荷 其综合负荷就会落入动作区 使常规保护误动作 所以本装置采用了二次谐波闭锁功能 PT断线闭锁判据 U Uzdand0 5A I Izd其中 U I 分别为馈线电压 二次值 电流 二次值 Isd 为过流速断起动值 具有谐波抑制的四边形保护特性 面板阻抗保护开关投入位 KG 2 1 0 P T断线 I2 I1 KYL 阻抗在段动作区 Tzk1 信号 跳闸 按电流增量构成的保护 正常负荷与故障状态下 短时间内电流的增量是不同的利用这个差异可构成馈线保护的原理 I型保护 电流增量保护 除反应稳态最大电流外 还同时反应短时间内电流的增量 可减小电流整定值 提高灵敏度 保护范围延长 为了躲开励磁涌流 需增加保护的延时 300ms 动作时间较长 为改善 I型保护的性能 增加谐波制动功能功能 增加二 三次谐波闭锁 降低启动电流 可扩大保护的范围 减小保护动作时间 电流增量保护 二次谐波制动 为防止发生高阻接地故障阻抗时 阻抗保护 电流速断保护拒动 装置采用具有高次谐波抑制功能的电流增量保护 I 作为后备保护 电流增量取的是故障电流同故障前一周波电流的差 当电流中的高次谐波含量达到整定值时 高次谐波抑制保护动作 其抑制动作方程为 电流增量定值 Izd可按一台机车起动电流整定 其中 可靠系数 通常取1 2 h 谐波抑制加权系数 I1 I9分别是当前周波与前一个周波间电流基波 2 3 5 7 9次的差值 IFmax 机车起动电流 IFmax跟机车类型有关 如果机车未装滤波装置 谐波电流含量较大 可采用带二次谐波制动的电流增量保护 式中 I2是二次谐波值 I1为电流的基波值 k为二次谐波制动系数 交流牵引的网保护方式及整定计算 一 单线单边供电 SS2 SS1 不满足此条件 采用 二 单线双边供电 SS2 SS1 sp t 1 t 1 t sp 1 采用两段电流保护 2 第一段电流保护 第二段距离保护 用方向阻抗 当II段电流保护灵敏度不满足时 3 采用两段距离保护 当I段电流速断不满足最小运行方式下保护范围的要求时 三 复线单边供电 SS2 SS1 sp t 1 t 1 t 3 1 母线附近短路 DL2先跳开 DL3才能可靠动作 因此DL2的第 段时限t 1需比t 3大 t DL1 DL2 DL3 DL4 DL5 DL6 G1 G2 一般情况下 DL3 DL4闭合 上下行在SP实行并联供电 特殊情况下 DL3或DL4断开G1 G2闭合 实行越区供电 当上下行在SP实行并联供电时 SS1 SS1 DL1 DL2 DL3 t 3 t 2 计算短路后的测量阻抗需考虑两线路的互感 DL1 DL2未跳开之前 I I1 I2 U LD DL1 DL2 DL3 DL2跳开后 DL1侧保护灵敏度提高 引起相继动作 L 3 当SP后面短路时 当考虑电弧电阻 I I1 I2 DL1 DL2 DL3 Rh U 当ZD ZD ZDI h 2 ZDI对保护不利 4 当DL3 G1 G2闭合 DL4断开 即越区供电 同样需考虑分支系数Kf 四 复线双边并联供电 sp DL1 DL2 DL3 DL4 SP的保护应具有方向性 各供电臂的保护能够有选择地动作 D点短路DL4跳 其它不跳 d 五 AT供电系统牵引网保护 1 AT供电回路阻抗参数 T 接触网 R 钢轨 F 正馈线 T F Z60 T F Z30 T 接触网 R 钢轨 F 正馈线 4 100V 25A 2 25A 4 200V 50A 2 50A 100V Z60 4 Z30 1 Z60 Z30 4 1 60kV T F R Z60 100V PT1 33kV 100V CT 1500A 5A 100V PT2 66kV 100V 1500A 两种连接法 Z60 Zj Z30 4 2 1 2 AT供电回路阻抗特性曲线 3 AT供电系统牵引网保护方式 4 AT供电系统牵引网保护一般设置 Y 变压器差动保护接线及电流平衡关系 变压器两侧电流平衡关系 CT二次测 K 变压器高 低压侧绕组匝数比 若高压侧电压等级为110kV 则K 4 若高压倒电压等级为220kV 则K 8 AB相差动电流 AB相制动电流 BC相 CA相差动电流 制动电流计算类似 这里 只需要输入变压器中两侧的CT PT变比以及变压器的接线方式 即可自动算出来 变压器三相差动保护采用具有比率制动特性的差动保护 带有二次谐波闭锁判据 CT变比误差由软件调整平衡 设差动保护双侧电流分别为I1和I2 比率制动式差动保护判据为 式中 Idz1为最小差动电流整定值Izd1为制动电流II段整定值 Izd2为制动电流III段整定值 K2为II段比率制动系数 K3为III段比率制动系数为防止变压器空投时产生的励磁涌流影响 增加二次谐波闭锁判据 比率制动特性如下图 Idz1 式中 Id2差动电流的二次谐波值Id1为差电流的基波值k为二次谐波制动系数 二次谐波闭锁中只要有一相满足条件则同时闭锁三相 即采用谐波最大相闭锁方式 差动速断保护 变压器三相差动速断保护 动作判据为 其中 Idz为差动电流 Isd0为差动速断整定值 当1 2倍定值时直接动作于出口 低压启动过电流保护装置中设有变压器高压侧三相低压过电流保护和低压侧两相低压过电流保护 低压启动作辅助判据可以投入或退出 动作判据为 高压侧 并且 低压侧 式中 Idz为高压侧动作电流 Ig10 Idl0分别为高 低压侧过电流整定值 Idz 为低压侧电流动作值 Umin U U U U 为低压侧各相线电压中的最小值 Udyo为低电压整定值 并且 零序过电流保护装置中设有变压器零序电流保护 动作判据为 式中 dz为动作电流 IIxo为零序电流整定值 过负荷保护 高压侧 变压器高压侧三相过负荷保护 动作判据为 式中 Idz为动作电流 Igfho为过负荷整定值 电铁并补保护 电流速断动作方程 其中 I一并补支路总电流基波分量 IZd一电流速断定值 过电流保护 动作方程 其中 I一并补支路总电流基波分量 IZd一电流过流定值 涌流电流 最大负荷电流 谐波过电流保护 动作方程 其中 I3 I5 I7 I9 I11 各并补分支电流中3 5 7 9 11次谐波分量 Izd 谐波过电流定值 各并补分支共用一份定值 定值 IZd 可靠系数 一般取1 2 电容器允许谐波电流值 典型时限120s 差电流保护用于电容器装置接地故障的主保护 动作方程 其中 Icd一并补支路差电流基波分量 Izd一差电流定值 差电压保护差压保护是一种灵敏度高 保护范围大 不受合闸涌流 高次谐波及电压波动影响的保护方式 它能检出电容器的内部故障并限制事故扩大 动作方程 cd zd其中 cd一并补装置两组串朕电容器之差电压基波分量 zd一差压定值 其中 M一并朕电容器数 N一串朕电容器数 D 补偿度 0 12 0 13 K 切断电容器的台数 过电压保