牽引供電系統(tǒng)繼電保護

西南交通大學電氣工程學院牽引供電系統(tǒng)繼電保護

西南交通大學2AT供電方式為什么能夠提高供電能力供電系統(tǒng)為什么需要繼電保護需要什么樣的繼電保護牽引網(wǎng)保護原理分析從普速牽引網(wǎng)理解保護配合機車帶電闖分相跳閘案例分析全并聯(lián)AT牽引網(wǎng)電流分布全并聯(lián)AT牽引網(wǎng)保護需求變壓器保護分析主要內(nèi)容2AT供電方式為什么能夠提高供電能力主要內(nèi)容1.AT供電方式為什么能夠提高供電能力？1.AT供電方式為什么能夠提高供電能力？4TRnnATATFTRAT接觸網(wǎng)鋼軌正饋線直供方式AT供電方式帶回流線的直供方式4TRnnATATFTRAT接觸網(wǎng)鋼軌正饋線直供方式AT供電2.供電系統(tǒng)為什么需要繼電保護？2.供電系統(tǒng)為什么需要繼電保護？正常運行狀態(tài)：供電系統(tǒng)的電壓和電流都在允許的范圍以內(nèi)，能夠保持長期安全工作的狀態(tài)。故障狀態(tài)正常運行狀態(tài)不正常運行狀態(tài)在最大容量范圍以內(nèi)在最大工作電流范圍以內(nèi)在允許工作電壓范圍以內(nèi)正常運行狀態(tài)：供電系統(tǒng)的電壓和電流都在允許的范圍以內(nèi)，能夠保不正常運行狀態(tài)：正常運行條件受到破壞，但還未發(fā)生故障。故障狀態(tài)正常運行狀態(tài)不正常運行狀態(tài)主要有：1）負荷越限致使電流升高（過負荷）2）線路壓損過大致使末端電壓降低（低電壓）3）再生制動或諧振致使電壓升高（過電壓）不正常運行狀態(tài)：正常運行條件受到破壞，但還未發(fā)生故障。故障正故障狀態(tài)：電氣設(shè)備在運行過程中由于外力、絕緣老化、過電壓、誤操作、設(shè)計制造缺陷等原因而發(fā)生短路、斷線等故障。故障狀態(tài)正常運行狀態(tài)不正常運行狀態(tài)后果：短路電流以及電弧燒壞設(shè)備短路電流產(chǎn)生的熱和電動力使設(shè)備的使用壽命縮短電壓降低使電力機車或動車組停運故障狀態(tài)：電氣設(shè)備在運行過程中由于外力、絕緣老化、過電壓、誤9繼電保護定義

反應(yīng)系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)，并動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置。繼電保護作用切除故障

自動、迅速、有選擇地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于繼續(xù)遭到損壞，保證無故障部分迅速恢復正常運行。反應(yīng)不正常運行狀態(tài)

根據(jù)運行維護條件，動作于發(fā)信號或跳閘，一般不要求迅速動作（延時動作）。9繼電保護定義3.需要什么樣的繼電保護？3.需要什么樣的繼電保護？

可靠性

選擇性

速動性

靈敏性四項基本要求可靠性選擇性速動性靈敏性四項基本要求可靠性：保護范圍內(nèi)部故障時必須動作（不拒動），保護范圍外部故障時不動作（不誤動）。

可靠性：保護范圍內(nèi)部故障時必須動作（不拒動），保護范圍外部故選擇性：跳開離故障位置最近的斷路器，使停電范圍盡量縮小。4處阻抗保護為主保護4處過電流保護為近后備保護3處保護為遠后備選擇性：跳開離故障位置最近的斷路器，使停電4處阻抗保護為主保速動性：以盡可能短的時間將故障切除。故障切除時間＝保護動作時間+斷路器動作時間保護動作時間

一般快速保護：60ms～120ms;

最快可達：10ms～40ms(如：超高壓線路主保護)斷路器動作時間一般的斷路器：60ms～150ms;

最快可達：20ms～60ms速動性：以盡可能短的時間將故障切除。故障切除時間＝保護動作15定值t/s時限起動出口返回15定值t/s時限起動出口返回靈敏性：保護范圍內(nèi)的任何短路故障都能正確反應(yīng)，常用靈敏系數(shù)來衡量。過量保護靈敏系數(shù)欠量保護靈敏系數(shù)靈敏性：保護范圍內(nèi)的任何短路故障都能正確反應(yīng)，常用靈敏系數(shù)來4.牽引網(wǎng)保護原理分析4.牽引網(wǎng)保護原理分析（1）牽引負荷特點—單相負荷牽引負荷的單相性會在電力系統(tǒng)產(chǎn)生負序電流三相電源單相負荷一、牽引供電系統(tǒng)的特點（1）牽引負荷特點—單相負荷牽引負荷的單相性會在電力系統(tǒng)產(chǎn)生（2）牽引負荷特點—非線性動車組采用整流－逆變電路驅(qū)動電機工作，具有非線性特點，會產(chǎn)生各次諧波。動車組內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖（2）牽引負荷特點—非線性動車組采用整流－逆變電路驅(qū)動電機工（3）牽引負荷特點—移動性，電流變化范圍大線路上運行的機車（動車組）數(shù)量、類型、運行工況隨時都會發(fā)生變化，供電線路的牽引負荷電流隨之變化。和諧號動車組（3）牽引負荷特點—移動性，電流變化范圍大線路上運行的機車（（4）牽引負荷特點—沖擊性B牽引供電系統(tǒng)一般采用換相連接牽引網(wǎng)采用分段供電接觸網(wǎng)采用電分相的特殊結(jié)構(gòu)——自動過分相供電分區(qū)供電臂AACCBBA電分相（4）牽引負荷特點—沖擊性B牽引供電系統(tǒng)一般采用換相連接供（4）牽引負荷特點—沖擊性（續(xù)）動車組過分相時每次合斷路器相當于機車主變空載合閘，會產(chǎn)生勵磁涌流，具有以下特點：涌流幅值可達到變壓器額定電流的6倍以上；呈尖頂波且偏向于時間軸側(cè)；含有大量二次諧波。單相變壓器空載合閘勵磁涌流波形（4）牽引負荷特點—沖擊性（續(xù)）動車組過分相時每次合斷路器相23二、牽引網(wǎng)自適應(yīng)距離保護1.對距離保護的要求

◆躲故障過渡電阻能力

◆負荷特性對距離保護的影響因此，在牽引網(wǎng)饋線保護中距離保護通常采用偏移四邊形特性。23二、牽引網(wǎng)自適應(yīng)距離保護因此，在牽引網(wǎng)饋線保護中距離保護242.自適應(yīng)距離保護的基本思想

◆交直型電力機車負荷電流中含有豐富的奇次諧波分量； ◆電力機車通過電分相或空載投入AT，牽引網(wǎng)產(chǎn)生的勵磁涌流中含有較高的二次諧波分量?；舅枷耄焊鶕?jù)負荷電流中綜合諧波含量，自動調(diào)節(jié)阻抗繼電器的邊界。242.自適應(yīng)距離保護的基本思想基本思想：根據(jù)負荷電流中綜25①綜合諧波抑制

◆綜合諧波含量定義◆自適應(yīng)調(diào)節(jié)動作邊界自適應(yīng)阻抗繼電器的動作特性圖25①綜合諧波抑制◆自適應(yīng)調(diào)節(jié)動作邊界自適應(yīng)阻抗繼電器的動作26②二次諧波閉鎖

◆目的 為了避免電力機車通過電分相或AT供電方式下空載投入接觸網(wǎng)產(chǎn)生的勵磁涌流引起保護誤動作。

◆判據(jù)

26②二次諧波閉鎖273.距離保護的整定一、動作電抗整定

ab邊按線路阻抗整定，即：二、動作電阻整定按基波最小負荷阻抗整定，即：273.距離保護的整定二、動作電阻整定28三、電流增量保護1.目的

提高躲過渡電阻能力

2.基本思想

◆負荷電流在短時間（ms級）內(nèi)增量不大； ◆短路電流在短時間（ms級）內(nèi)增量很大。3.電流增量定義時間間隔通常取一個或兩個工頻周波28三、電流增量保護時間間隔通常取一個或兩個工頻周波294.動作判椐◆綜合諧波含量：◆諧波抑制系數(shù)：（通常取大于1的數(shù)）◆二次諧波閉鎖：◆原理框圖294.動作判椐◆綜合諧波含量：◆諧波抑制系數(shù)：（通常取大305.動作分析◆負荷→故障

故障電流基本為純正弦波，則=0，顯然，繼電器的動作量為基波電流增量。

◆負荷→負荷

負荷電流中綜合諧波含量越大，繼電器的動作量也就越小，繼電器的動作門檻值也就越大，繼電器越不容易動作?？梢姼倪M后躲過渡電阻的能力大大增強。

305.動作分析316.特點◆可按一列機車起動電流整定

機車起動電流，跟機車類型有關(guān)。典型時限：常規(guī)保護最長時限＋(0.2-0.4)s◆躲過渡電阻能力強、靈敏度高316.特點機車起動電流，跟機車類型有關(guān)?！舳氵^渡電阻能力強32四、過電流保護

◆綜合諧波抑制 ◆二次諧波閉鎖32四、過電流保護5.從普速牽引網(wǎng)理解保護配合5.從普速牽引網(wǎng)理解保護配合34一、單線供電方式1.保護配置 ◆阻抗Ⅰ段 ◆電流速斷 ◆電流增量34一、單線供電方式1.保護配置352.保護整定◆阻抗Ⅰ段電抗邊按線路全長整定：電阻邊按負荷阻抗整定：負荷角線路阻抗角可靠系數(shù)線路全長單位線路電抗最大負荷電流典型動作時限0.1s352.保護整定電抗邊按線路全長整定：電阻邊按負荷阻抗整定：36◆電流速斷可靠系數(shù)最大負荷電流典型動作時限0.1s靈敏度校驗：36◆電流速斷可靠系數(shù)最大負荷電流典型動作時限0.1s靈敏度37◆電流增量可靠系數(shù)一列車的啟動電流動作時限＝常規(guī)保護最長時限＋△T37◆電流增量可靠系數(shù)一列車的啟動電流動作時限＝常規(guī)保護最長38二、單線越區(qū)供電方式1.保護配置

◆阻抗Ⅰ段 ◆阻抗Ⅱ段 ◆電流速斷 ◆過電流 ◆電流增量38二、單線越區(qū)供電方式1.保護配置392.保護整定◆阻抗Ⅰ段電抗邊按線路全長L1的85%整定：電阻邊按負荷阻抗整定：負荷角線路阻抗角線路全長單位線路電抗最大負荷電流◆阻抗Ⅱ段電抗邊整定按線路全長（L1+L2）整定：電阻邊按負荷阻抗整定典型動作時限0.1s典型動作時限0.4s392.保護整定電抗邊按線路全長L1的85%整定：電阻邊按負40◆電流速斷 電流速斷按分區(qū)所SP處最大短路電流整定。SP處短路時的最大短路電流典型動作時限0.1s40◆電流速斷SP處短路時的最大短路電流典型動作時限0.1s41◆過電流過電流定值按躲過最大負荷電流整定?？煽肯禂?shù)最大負荷電流典型動作時限0.4s靈敏度校驗：41◆過電流可靠系數(shù)最大負荷電流典型動作時限0.4s靈敏度校42◆電流增量一列車的啟動電流動作時限＝常規(guī)保護最長時限＋△T42◆電流增量一列車的啟動電流動作時限＝常規(guī)保護最長時限＋△43三、復線供電方式1.保護配置變電所SS處D1、D2分區(qū)所SP處D3◆阻抗Ⅰ段 ◆正向阻抗Ⅰ段◆阻抗Ⅱ段 ◆反向阻抗Ⅰ段◆電流速斷 ◆電流速斷◆過電流

◆電流增量

◆電流增量43三、復線供電方式1.保護配置442.變電所保護整定◆阻抗Ⅰ段電抗邊按線路全長L的85%整定，考慮上行互感：電阻邊按負荷阻抗整定：負荷角線路阻抗角線路全長單位線路電抗最大負荷電流◆阻抗Ⅱ段電抗邊整定按線路全長2L整定：電阻邊按負荷阻抗整定單位上下行線路互感典型動作時限0.1s典型動作時限0.4s442.變電所保護整定電抗邊按線路全長L的85%整定，考慮上45◆電流速斷 電流速斷按躲過分區(qū)所SP處最大短路電流整定?！暨^電流SP處短路時的最大短路電流典型動作時限0.1s典型動作時限0.4s可靠系數(shù)最大負荷電流45◆電流速斷◆過電流SP處短路時的最大短路電流典型動作時限46◆電流增量一列車的啟動電流動作時限＝常規(guī)保護最長時限＋△T46◆電流增量一列車的啟動電流動作時限＝常規(guī)保護最長時限＋△473.分區(qū)所保護整定◆正反向阻抗Ⅰ段電抗邊按線路全長L整定：電阻邊按負荷阻抗整定：負荷角線路阻抗角線路全長單位線路電抗最大負荷電流典型動作時限0.1s473.分區(qū)所保護整定電抗邊按線路全長L整定：電阻邊按負荷阻48◆過電流

按躲過1列機車最大負荷電流整定：1列車最大負荷電流◆電流增量一列車的啟動電流典型動作時限0.1s動作時限＝常規(guī)保護最長時限＋△T48◆過電流1列車最大負荷電流◆電流增量一列車的啟動電流典型6.機車帶電闖分相跳閘案例分析6.機車帶電闖分相跳閘案例分析（1）問題提出產(chǎn)生原因：帶電闖分相拉弧過分相系統(tǒng)故障后果：異相短路（1）問題提出產(chǎn)生原因：（2）仿真分析異相短路相量圖故障阻抗在第2、4象限,距離保護拒動。距離保護動作特性（2）仿真分析異相短路相量圖故障阻抗在第2、4象限,距離保護（2）仿真分析母線對地電壓高于低壓定值，過電流保護拒動。饋線低壓啟動過電流保護框圖（2）仿真分析母線對地電壓高于低壓定值，過電流保護拒動。饋線案例1:直供牽引所異相短路2014年11月21日20時58分，某變電所2號饋線、6號饋線同時跳閘，電流速斷保護動作，重合失敗。其中2號饋線電流2498A、電壓23.1Kv，故障點3.03Km；6號饋線電流2470A、電壓17.4Kv。原因：HXD3-0504號機車帶電過分相，造成器件式分相3根絕緣同時擊穿，2、6號饋線相間短路后同時跳閘。案例1:直供牽引所異相短路2014年11月21日20時582012年3月8日20時01分40秒,變電所張莊上行供電臂和濟西上行供電臂跳閘，重合閘成功，電流速斷元件動作，張莊上行供電臂一次電壓23575.75V，一次電流3344A，故障測距2.15公里；濟西上行供電臂一次電壓23086.25V，一次電流3176A，故障測距5.11公里。案例2：直供牽引所異相短路，注意電流差168A原因：DH51002次電力機車雙弓通過分相時引起相間短路跳閘。2012年3月8日20時01分40秒,變電所張莊上行供電臂2013年7月21日11時13分（1）11時13分01秒715毫秒，211DL過流出口，重合閘失敗。饋線電壓：35744V,T線電壓17817V，F(xiàn)線電壓17971V。饋線電流：3625A，T線電流3525A，F(xiàn)線電流100A。阻抗角167.6度。故標裝置測距2.75kM。（2）11時13分01秒718毫秒，213DL阻抗1段出口，重合閘失敗。饋線電壓：42097V,T線電壓20996V，F(xiàn)線電壓21133V。饋線電流：3550A，T線電流3425A，F(xiàn)線電流125A。阻抗角359.7度。故標裝置測距0kM。案例3：全并聯(lián)牽引所異相短路2013年7月21日11時13分案例3：全并聯(lián)牽引所異相短路2011年12月17日18時14分03秒，變電所214斷路器跳閘，重合失敗。電流速斷，阻抗1段動作。電流=2027.5安，電壓=19.459千伏，阻抗=8.46歐，相角=67度，故標=17.08km。與次同時，分區(qū)亭241斷路器跳閘。案例4：分區(qū)所異相短路時，保護拒動原因：11082次機車帶電過分相時電弧將分相第三節(jié)（東側(cè)）承力索復合絕緣子燒傷拉斷，承力索下垂刮壞后續(xù)27032Ｊ次機車受電弓，是造成這次事故的主要原因2011年12月17日18時14分03秒，變電所214斷路器2015年4月24日07時10分，變電所213開關(guān)跳閘，重合失敗，距離I段保護動作，跳閘參數(shù)：I=1720.4A、U=14.89kv、L=0.79km、阻抗6.25∠67.32°Ω。07時21分強送成功。同時,相鄰變電所211開關(guān)跳閘，重合失敗，電流速斷保護動作，跳閘參數(shù)：I=1576A、U=13.431kv、L=19.65km、阻抗6.25∠61.6°Ω。07時18分強送成功。案例5：分區(qū)所異相短路時，保護拒動原因：HX1D3006號機車通過分區(qū)所下行接觸網(wǎng)七跨關(guān)節(jié)式分相中性區(qū)時，燒斷中性區(qū)承力索及吊弦，造成關(guān)節(jié)式分相處接觸網(wǎng)設(shè)備嚴重損壞。2015年4月24日07時10分，變電所213開關(guān)跳閘，重合7.全并聯(lián)AT牽引網(wǎng)電流分布7.全并聯(lián)AT牽引網(wǎng)電流分布59對牽引網(wǎng)AT變壓器：59對牽引網(wǎng)AT變壓器：60問：TF故障時是否存在鋼軌－地回路電流？60問：TF故障時是否存在鋼軌－地回路電流？61變電所AT所、分區(qū)所故障時如何根據(jù)電流分布判斷故障類型和區(qū)段？61變電所AT所、分區(qū)所故障時如何根據(jù)電流分布判斷故障類型和62案例162案例163第1AT段TR故障（9.98km）63第1AT段TR故障64案例264案例265第1AT段FR故障（9.98km）65第1AT段FR故障66案例366案例367第1AT段TF故障（9.98km）67第1AT段TF故障68案例468案例469第2AT段TR故障（18km）69第2AT段TR故障70案例570案例571第2AT段FR故障（18km）71第2AT段FR故障72案例672案例673第2AT段TF故障（18km）73第2AT段TF故障8.全并聯(lián)AT牽引網(wǎng)保護需求8.全并聯(lián)AT牽引網(wǎng)保護需求75一、高鐵牽引供電系統(tǒng)京津城際示意圖75一、高鐵牽引供電系統(tǒng)京津城際示意圖76二、高鐵牽引網(wǎng)故障分析76二、高鐵牽引網(wǎng)故障分析77Ⅰ-a：正常運行時發(fā)生故障Ⅰ-b：重合閘于永久故障時，所有AT所斷開Ⅱ-a：越區(qū)供電時發(fā)生故障Ⅱ-b：越區(qū)供電時重合于故障，所有AT所斷開高鐵牽引網(wǎng)故障情況77Ⅰ-a：正常運行時發(fā)生故障高鐵牽引網(wǎng)故障情況78京津城際饋線保護配置與整定原則：正常運行與越區(qū)供電采用1套定值。三、全并聯(lián)AT供電牽引網(wǎng)保護配置與整定計算京津城際饋線距離保護示意圖78京津城際饋線保護配置與整定原則：正常運行與越區(qū)供電采用179京津城際的饋線保護模式探討：優(yōu)點：一套定值，越區(qū)供電時無需改變定值缺點：正常運行時末端較大范圍需要阻抗3段保護，動作速度慢。建議配置原則：正常運行與越區(qū)供電時采用不同的保護配置與整定。79京津城際的饋線保護模式探討：建議配置原則：80正常供電方式D3、D4、AT所饋線保護配置：◆失壓保護◆線路有壓自動合閘

D1、D2保護配置： ◆阻抗1段 ◆電流速斷 ◆電流增量 ◆自動重合閘80正常供電方式D3、D4、AT所饋線保護配置：D1、81(1)阻抗1段：電抗邊整定（按供電臂最大短路電抗整定）：電阻邊整定（按躲開最大負荷整定）：（與機車保護和自耦變壓器保護配合）81(1)阻抗1段：電抗邊整定（按供電臂最大短路電抗整定）：82(1)阻抗1段：

當靠近保護安裝處故障時，另一條非故障線路測量阻抗非常大，需要故障線路先跳，非故障線路才能跳閘。也可以通過聯(lián)絡(luò)信號使兩線路同時跳閘。82(1)阻抗1段：當靠近保護安裝處故障時，另83(1)阻抗1段：

求供電臂最大短路電抗需要考慮下圖中的幾種情況時的最大阻抗：83(1)阻抗1段：求供電臂最大短路電抗需要84(2)電流速斷（按躲開最大負荷電流整定）：電流速斷保護原理框圖整定計算：84(2)電流速斷（按躲開最大負荷電流整定）：整定計算：85(3)電流增量（按躲開1列機車啟動電流整定）：電流增量原理框圖動作方程：整定計算：85(3)電流增量（按躲開1列機車啟動電流整定）：動作方程：86(4)失壓保護：(5)線路有壓自動合閘：86(4)失壓保護：(5)線路有壓自動合閘：87越區(qū)供電方式D1、D2保護配置：◆阻抗1段◆阻抗2段◆電流速斷◆過電流◆電流增量◆自動重合閘D5、D6保護配置：◆阻抗1段◆電流速斷◆電流增量◆自動重合閘（與正常供電時D1、D2相同）87越區(qū)供電方式D1、D2保護配置：D5、D6保護配置88合武線分區(qū)所主接線圖88合武線分區(qū)所主接線圖89武廣線分區(qū)所主接線圖89武廣線分區(qū)所主接線圖90(1)阻抗1段：電抗邊整定按分區(qū)所SP處短路電抗的85％整定：電阻邊整定（按躲開最大負荷整定）：（與機車保護和自耦變壓器保護配合）90(1)阻抗1段：電抗邊整定電阻邊整定（按躲開最大負荷整定91(2)阻抗2段：電抗邊整定按越區(qū)時最大短路電抗整定：電阻邊整定（按躲開最大負荷整定）：91(2)阻抗2段：電抗邊整定電阻邊整定（按躲開最大負荷整定92(3)電流速斷：電流速斷按分區(qū)所SP處最大短路電流整定

與正常供電方式下的整定相同(5)電流增量：過電流定值按躲過最大負荷電流整定時限0.4s(4)過電流：92(3)電流速斷：電流速斷按分區(qū)所SP處最大短路電流整定93饋線保護配置及整定越區(qū)供電方式

D3、D4、D7、D8、所有AT所饋線保護配置：◆失壓保護◆線路有壓自動合閘（與正常供電時D3、D4相同）93饋線保護配置及整定D3、D4、D7、D8、所有AT所饋線9.變壓器保護分析9.變壓器保護分析95一、牽引變壓器保護保護配置差動保護低壓啟動過電流保護過負荷保護非電量保護95一、牽引變壓器保護差動保護96京津城際變壓器保護示意圖京津城際一組V/x變壓器組采用2套主保護及3套后備保護，國內(nèi)廠商一般采用1套主保護1套后備保護。96京津城際變壓器保護示意圖京津城際一組V/x變壓器組采用297V/X變壓器組差動保護原理接線圖平衡關(guān)系:1.差動保護:97V/X變壓器組差動保護平衡關(guān)系:1.差動保護:98平衡關(guān)系:

單相三繞組變壓器差動保護原理接線圖98平衡關(guān)系:單相三繞組變壓器差動保護原理接線圖99差動電流:制動電流:比率制動特性99差動電流:制動電流:比率制動特性100整定原則：IDZ整定考慮不平衡與勵磁電流引起的誤差。K1考慮了流互和抽頭導致的誤差。K2考慮了外部故障時大電流導致的流互飽和誤差。ISD按躲過勵磁涌流整定。二次諧波閉鎖15-20％比率制動特性100整定原則：比率制動特性1012.低壓啟動過電流保護:

電流按 整定 電壓一般牽引網(wǎng)額定電壓的60%～70%整定

高壓側(cè)低壓啟動過電流保護原理框圖1012.低壓啟動過電流保護:102(2)低壓啟動過電流保護:α相低壓啟動過電流保護原理框

β相低壓啟動過電流保護原理框圖102(2)低壓啟動過電流保護:α相低壓啟動過電流保護原理框1033.反時限過負荷保護一般反時限特性：甚反時限特性：

極度反時限特性：

1033.反時限過負荷保護104(4)非電量保護瓦斯保護

變壓器內(nèi)部故障時，由于短路電流和電弧的作用使附近的絕緣物分解而產(chǎn)生氣體，同時由于氣體的上升會引起油流的變化，利用這個特點構(gòu)成瓦斯保護。壓力保護

當變壓器內(nèi)部出現(xiàn)嚴重故障時，壓力釋放裝置使油膨脹和分解產(chǎn)生的不正常壓力得到及時釋放，以免損壞油箱，造成更大的損失。溫度保護 非電量保護在變壓器的繼電保護配置中有著不可替代的作用，是對常規(guī)配置的模擬量保護的重要補充。

104(4)非電量保護瓦斯保護105差動保護碰殼保護非電量保護二、自耦變壓器保護保護配置105差動保護二、自耦變壓器保護106整定原則:

按躲過最大不平衡電流整定。接觸網(wǎng)對地和負饋線對地故障時最大故障電流的10％為最大不平衡電流。動作電流為0.125*Is.cmaxout動作延時0ms采用二次諧波閉鎖勵磁涌流，定值為15％(1)差動保護:平衡關(guān)系:106整定原則:(1)差動保護:平衡關(guān)系:107與牽引變壓器類似(3)非電量保護:根據(jù)經(jīng)驗值，取額定電流的10％動作延時0ms(2)碰殼保護:107與牽引變壓器類似(3)非電量保護:根據(jù)經(jīng)驗值，取額定電牽引供電系統(tǒng)繼電保護

西南交通大學電氣工程學院牽引供電系統(tǒng)繼電保護

西南交通大學109AT供電方式為什么能夠提高供電能力供電系統(tǒng)為什么需要繼電保護需要什么樣的繼電保護牽引網(wǎng)保護原理分析從普速牽引網(wǎng)理解保護配合機車帶電闖分相跳閘案例分析全并聯(lián)AT牽引網(wǎng)電流分布全并聯(lián)AT牽引網(wǎng)保護需求變壓器保護分析主要內(nèi)容2AT供電方式為什么能夠提高供電能力主要內(nèi)容1.AT供電方式為什么能夠提高供電能力？1.AT供電方式為什么能夠提高供電能力？111TRnnATATFTRAT接觸網(wǎng)鋼軌正饋線直供方式AT供電方式帶回流線的直供方式4TRnnATATFTRAT接觸網(wǎng)鋼軌正饋線直供方式AT供電2.供電系統(tǒng)為什么需要繼電保護？2.供電系統(tǒng)為什么需要繼電保護？正常運行狀態(tài)：供電系統(tǒng)的電壓和電流都在允許的范圍以內(nèi)，能夠保持長期安全工作的狀態(tài)。故障狀態(tài)正常運行狀態(tài)不正常運行狀態(tài)在最大容量范圍以內(nèi)在最大工作電流范圍以內(nèi)在允許工作電壓范圍以內(nèi)正常運行狀態(tài)：供電系統(tǒng)的電壓和電流都在允許的范圍以內(nèi)，能夠保不正常運行狀態(tài)：正常運行條件受到破壞，但還未發(fā)生故障。故障狀態(tài)正常運行狀態(tài)不正常運行狀態(tài)主要有：1）負荷越限致使電流升高（過負荷）2）線路壓損過大致使末端電壓降低（低電壓）3）再生制動或諧振致使電壓升高（過電壓）不正常運行狀態(tài)：正常運行條件受到破壞，但還未發(fā)生故障。故障正故障狀態(tài)：電氣設(shè)備在運行過程中由于外力、絕緣老化、過電壓、誤操作、設(shè)計制造缺陷等原因而發(fā)生短路、斷線等故障。故障狀態(tài)正常運行狀態(tài)不正常運行狀態(tài)后果：短路電流以及電弧燒壞設(shè)備短路電流產(chǎn)生的熱和電動力使設(shè)備的使用壽命縮短電壓降低使電力機車或動車組停運故障狀態(tài)：電氣設(shè)備在運行過程中由于外力、絕緣老化、過電壓、誤116繼電保護定義

反應(yīng)系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障或不正常運行狀態(tài)，并動作于斷路器跳閘或發(fā)出信號的一種自動裝置。繼電保護作用切除故障

自動、迅速、有選擇地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，使故障元件免于繼續(xù)遭到損壞，保證無故障部分迅速恢復正常運行。反應(yīng)不正常運行狀態(tài)

根據(jù)運行維護條件，動作于發(fā)信號或跳閘，一般不要求迅速動作（延時動作）。9繼電保護定義3.需要什么樣的繼電保護？3.需要什么樣的繼電保護？

可靠性

選擇性

速動性

靈敏性四項基本要求可靠性選擇性速動性靈敏性四項基本要求可靠性：保護范圍內(nèi)部故障時必須動作（不拒動），保護范圍外部故障時不動作（不誤動）。

可靠性：保護范圍內(nèi)部故障時必須動作（不拒動），保護范圍外部故選擇性：跳開離故障位置最近的斷路器，使停電范圍盡量縮小。4處阻抗保護為主保護4處過電流保護為近后備保護3處保護為遠后備選擇性：跳開離故障位置最近的斷路器，使停電4處阻抗保護為主保速動性：以盡可能短的時間將故障切除。故障切除時間＝保護動作時間+斷路器動作時間保護動作時間

一般快速保護：60ms～120ms;

最快可達：10ms～40ms(如：超高壓線路主保護)斷路器動作時間一般的斷路器：60ms～150ms;

最快可達：20ms～60ms速動性：以盡可能短的時間將故障切除。故障切除時間＝保護動作122定值t/s時限起動出口返回15定值t/s時限起動出口返回靈敏性：保護范圍內(nèi)的任何短路故障都能正確反應(yīng)，常用靈敏系數(shù)來衡量。過量保護靈敏系數(shù)欠量保護靈敏系數(shù)靈敏性：保護范圍內(nèi)的任何短路故障都能正確反應(yīng)，常用靈敏系數(shù)來4.牽引網(wǎng)保護原理分析4.牽引網(wǎng)保護原理分析（1）牽引負荷特點—單相負荷牽引負荷的單相性會在電力系統(tǒng)產(chǎn)生負序電流三相電源單相負荷一、牽引供電系統(tǒng)的特點（1）牽引負荷特點—單相負荷牽引負荷的單相性會在電力系統(tǒng)產(chǎn)生（2）牽引負荷特點—非線性動車組采用整流－逆變電路驅(qū)動電機工作，具有非線性特點，會產(chǎn)生各次諧波。動車組內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖（2）牽引負荷特點—非線性動車組采用整流－逆變電路驅(qū)動電機工（3）牽引負荷特點—移動性，電流變化范圍大線路上運行的機車（動車組）數(shù)量、類型、運行工況隨時都會發(fā)生變化，供電線路的牽引負荷電流隨之變化。和諧號動車組（3）牽引負荷特點—移動性，電流變化范圍大線路上運行的機車（（4）牽引負荷特點—沖擊性B牽引供電系統(tǒng)一般采用換相連接牽引網(wǎng)采用分段供電接觸網(wǎng)采用電分相的特殊結(jié)構(gòu)——自動過分相供電分區(qū)供電臂AACCBBA電分相（4）牽引負荷特點—沖擊性B牽引供電系統(tǒng)一般采用換相連接供（4）牽引負荷特點—沖擊性（續(xù)）動車組過分相時每次合斷路器相當于機車主變空載合閘，會產(chǎn)生勵磁涌流，具有以下特點：涌流幅值可達到變壓器額定電流的6倍以上；呈尖頂波且偏向于時間軸側(cè)；含有大量二次諧波。單相變壓器空載合閘勵磁涌流波形（4）牽引負荷特點—沖擊性（續(xù)）動車組過分相時每次合斷路器相130二、牽引網(wǎng)自適應(yīng)距離保護1.對距離保護的要求

◆躲故障過渡電阻能力

◆負荷特性對距離保護的影響因此，在牽引網(wǎng)饋線保護中距離保護通常采用偏移四邊形特性。23二、牽引網(wǎng)自適應(yīng)距離保護因此，在牽引網(wǎng)饋線保護中距離保護1312.自適應(yīng)距離保護的基本思想

◆交直型電力機車負荷電流中含有豐富的奇次諧波分量； ◆電力機車通過電分相或空載投入AT，牽引網(wǎng)產(chǎn)生的勵磁涌流中含有較高的二次諧波分量。基本思想：根據(jù)負荷電流中綜合諧波含量，自動調(diào)節(jié)阻抗繼電器的邊界。242.自適應(yīng)距離保護的基本思想基本思想：根據(jù)負荷電流中綜132①綜合諧波抑制

◆綜合諧波含量定義◆自適應(yīng)調(diào)節(jié)動作邊界自適應(yīng)阻抗繼電器的動作特性圖25①綜合諧波抑制◆自適應(yīng)調(diào)節(jié)動作邊界自適應(yīng)阻抗繼電器的動作133②二次諧波閉鎖

◆目的 為了避免電力機車通過電分相或AT供電方式下空載投入接觸網(wǎng)產(chǎn)生的勵磁涌流引起保護誤動作。

◆判據(jù)

26②二次諧波閉鎖1343.距離保護的整定一、動作電抗整定

ab邊按線路阻抗整定，即：二、動作電阻整定按基波最小負荷阻抗整定，即：273.距離保護的整定二、動作電阻整定135三、電流增量保護1.目的

提高躲過渡電阻能力

2.基本思想

◆負荷電流在短時間（ms級）內(nèi)增量不大； ◆短路電流在短時間（ms級）內(nèi)增量很大。3.電流增量定義時間間隔通常取一個或兩個工頻周波28三、電流增量保護時間間隔通常取一個或兩個工頻周波1364.動作判椐◆綜合諧波含量：◆諧波抑制系數(shù)：（通常取大于1的數(shù)）◆二次諧波閉鎖：◆原理框圖294.動作判椐◆綜合諧波含量：◆諧波抑制系數(shù)：（通常取大1375.動作分析◆負荷→故障

故障電流基本為純正弦波，則=0，顯然，繼電器的動作量為基波電流增量。

◆負荷→負荷

負荷電流中綜合諧波含量越大，繼電器的動作量也就越小，繼電器的動作門檻值也就越大，繼電器越不容易動作?？梢姼倪M后躲過渡電阻的能力大大增強。

305.動作分析1386.特點◆可按一列機車起動電流整定

機車起動電流，跟機車類型有關(guān)。典型時限：常規(guī)保護最長時限＋(0.2-0.4)s◆躲過渡電阻能力強、靈敏度高316.特點機車起動電流，跟機車類型有關(guān)?！舳氵^渡電阻能力強139四、過電流保護

◆綜合諧波抑制 ◆二次諧波閉鎖32四、過電流保護5.從普速牽引網(wǎng)理解保護配合5.從普速牽引網(wǎng)理解保護配合141一、單線供電方式1.保護配置 ◆阻抗Ⅰ段 ◆電流速斷 ◆電流增量34一、單線供電方式1.保護配置1422.保護整定◆阻抗Ⅰ段電抗邊按線路全長整定：電阻邊按負荷阻抗整定：負荷角線路阻抗角可靠系數(shù)線路全長單位線路電抗最大負荷電流典型動作時限0.1s352.保護整定電抗邊按線路全長整定：電阻邊按負荷阻抗整定：143◆電流速斷可靠系數(shù)最大負荷電流典型動作時限0.1s靈敏度校驗：36◆電流速斷可靠系數(shù)最大負荷電流典型動作時限0.1s靈敏度144◆電流增量可靠系數(shù)一列車的啟動電流動作時限＝常規(guī)保護最長時限＋△T37◆電流增量可靠系數(shù)一列車的啟動電流動作時限＝常規(guī)保護最長145二、單線越區(qū)供電方式1.保護配置

◆阻抗Ⅰ段 ◆阻抗Ⅱ段 ◆電流速斷 ◆過電流 ◆電流增量38二、單線越區(qū)供電方式1.保護配置1462.保護整定◆阻抗Ⅰ段電抗邊按線路全長L1的85%整定：電阻邊按負荷阻抗整定：負荷角線路阻抗角線路全長單位線路電抗最大負荷電流◆阻抗Ⅱ段電抗邊整定按線路全長（L1+L2）整定：電阻邊按負荷阻抗整定典型動作時限0.1s典型動作時限0.4s392.保護整定電抗邊按線路全長L1的85%整定：電阻邊按負147◆電流速斷 電流速斷按分區(qū)所SP處最大短路電流整定。SP處短路時的最大短路電流典型動作時限0.1s40◆電流速斷SP處短路時的最大短路電流典型動作時限0.1s148◆過電流過電流定值按躲過最大負荷電流整定?？煽肯禂?shù)最大負荷電流典型動作時限0.4s靈敏度校驗：41◆過電流可靠系數(shù)最大負荷電流典型動作時限0.4s靈敏度校149◆電流增量一列車的啟動電流動作時限＝常規(guī)保護最長時限＋△T42◆電流增量一列車的啟動電流動作時限＝常規(guī)保護最長時限＋△150三、復線供電方式1.保護配置變電所SS處D1、D2分區(qū)所SP處D3◆阻抗Ⅰ段 ◆正向阻抗Ⅰ段◆阻抗Ⅱ段 ◆反向阻抗Ⅰ段◆電流速斷 ◆電流速斷◆過電流

◆電流增量

◆電流增量43三、復線供電方式1.保護配置1512.變電所保護整定◆阻抗Ⅰ段電抗邊按線路全長L的85%整定，考慮上行互感：電阻邊按負荷阻抗整定：負荷角線路阻抗角線路全長單位線路電抗最大負荷電流◆阻抗Ⅱ段電抗邊整定按線路全長2L整定：電阻邊按負荷阻抗整定單位上下行線路互感典型動作時限0.1s典型動作時限0.4s442.變電所保護整定電抗邊按線路全長L的85%整定，考慮上152◆電流速斷 電流速斷按躲過分區(qū)所SP處最大短路電流整定?！暨^電流SP處短路時的最大短路電流典型動作時限0.1s典型動作時限0.4s可靠系數(shù)最大負荷電流45◆電流速斷◆過電流SP處短路時的最大短路電流典型動作時限153◆電流增量一列車的啟動電流動作時限＝常規(guī)保護最長時限＋△T46◆電流增量一列車的啟動電流動作時限＝常規(guī)保護最長時限＋△1543.分區(qū)所保護整定◆正反向阻抗Ⅰ段電抗邊按線路全長L整定：電阻邊按負荷阻抗整定：負荷角線路阻抗角線路全長單位線路電抗最大負荷電流典型動作時限0.1s473.分區(qū)所保護整定電抗邊按線路全長L整定：電阻邊按負荷阻155◆過電流

按躲過1列機車最大負荷電流整定：1列車最大負荷電流◆電流增量一列車的啟動電流典型動作時限0.1s動作時限＝常規(guī)保護最長時限＋△T48◆過電流1列車最大負荷電流◆電流增量一列車的啟動電流典型6.機車帶電闖分相跳閘案例分析6.機車帶電闖分相跳閘案例分析（1）問題提出產(chǎn)生原因：帶電闖分相拉弧過分相系統(tǒng)故障后果：異相短路（1）問題提出產(chǎn)生原因：（2）仿真分析異相短路相量圖故障阻抗在第2、4象限,距離保護拒動。距離保護動作特性（2）仿真分析異相短路相量圖故障阻抗在第2、4象限,距離保護（2）仿真分析母線對地電壓高于低壓定值，過電流保護拒動。饋線低壓啟動過電流保護框圖（2）仿真分析母線對地電壓高于低壓定值，過電流保護拒動。饋線案例1:直供牽引所異相短路2014年11月21日20時58分，某變電所2號饋線、6號饋線同時跳閘，電流速斷保護動作，重合失敗。其中2號饋線電流2498A、電壓23.1Kv，故障點3.03Km；6號饋線電流2470A、電壓17.4Kv。原因：HXD3-0504號機車帶電過分相，造成器件式分相3根絕緣同時擊穿，2、6號饋線相間短路后同時跳閘。案例1:直供牽引所異相短路2014年11月21日20時582012年3月8日20時01分40秒,變電所張莊上行供電臂和濟西上行供電臂跳閘，重合閘成功，電流速斷元件動作，張莊上行供電臂一次電壓23575.75V，一次電流3344A，故障測距2.15公里；濟西上行供電臂一次電壓23086.25V，一次電流3176A，故障測距5.11公里。案例2：直供牽引所異相短路，注意電流差168A原因：DH51002次電力機車雙弓通過分相時引起相間短路跳閘。2012年3月8日20時01分40秒,變電所張莊上行供電臂2013年7月21日11時13分（1）11時13分01秒715毫秒，211DL過流出口，重合閘失敗。饋線電壓：35744V,T線電壓17817V，F(xiàn)線電壓17971V。饋線電流：3625A，T線電流3525A，F(xiàn)線電流100A。阻抗角167.6度。故標裝置測距2.75kM。（2）11時13分01秒718毫秒，213DL阻抗1段出口，重合閘失敗。饋線電壓：42097V,T線電壓20996V，F(xiàn)線電壓21133V。饋線電流：3550A，T線電流3425A，F(xiàn)線電流125A。阻抗角359.7度。故標裝置測距0kM。案例3：全并聯(lián)牽引所異相短路2013年7月21日11時13分案例3：全并聯(lián)牽引所異相短路2011年12月17日18時14分03秒，變電所214斷路器跳閘，重合失敗。電流速斷，阻抗1段動作。電流=2027.5安，電壓=19.459千伏，阻抗=8.46歐，相角=67度，故標=17.08km。與次同時，分區(qū)亭241斷路器跳閘。案例4：分區(qū)所異相短路時，保護拒動原因：11082次機車帶電過分相時電弧將分相第三節(jié)（東側(cè)）承力索復合絕緣子燒傷拉斷，承力索下垂刮壞后續(xù)27032Ｊ次機車受電弓，是造成這次事故的主要原因2011年12月17日18時14分03秒，變電所214斷路器2015年4月24日07時10分，變電所213開關(guān)跳閘，重合失敗，距離I段保護動作，跳閘參數(shù)：I=1720.4A、U=14.89kv、L=0.79km、阻抗6.25∠67.32°Ω。07時21分強送成功。同時,相鄰變電所211開關(guān)跳閘，重合失敗，電流速斷保護動作，跳閘參數(shù)：I=1576A、U=13.431kv、L=19.65km、阻抗6.25∠61.6°Ω。07時18分強送成功。案例5：分區(qū)所異相短路時，保護拒動原因：HX1D3006號機車通過分區(qū)所下行接觸網(wǎng)七跨關(guān)節(jié)式分相中性區(qū)時，燒斷中性區(qū)承力索及吊弦，造成關(guān)節(jié)式分相處接觸網(wǎng)設(shè)備嚴重損壞。2015年4月24日07時10分，變電所213開關(guān)跳閘，重合7.全并聯(lián)AT牽引網(wǎng)電流分布7.全并聯(lián)AT牽引網(wǎng)電流分布166對牽引網(wǎng)AT變壓器：59對牽引網(wǎng)AT變壓器：167問：TF故障時是否存在鋼軌－地回路電流？60問：TF故障時是否存在鋼軌－地回路電流？168變電所AT所、分區(qū)所故障時如何根據(jù)電流分布判斷故障類型和區(qū)段？61變電所AT所、分區(qū)所故障時如何根據(jù)電流分布判斷故障類型和169案例162案例1170第1AT段TR故障（9.98km）63第1AT段TR故障171案例264案例2172第1AT段FR故障（9.98km）65第1AT段FR故障173案例366案例3174第1AT段TF故障（9.98km）67第1AT段TF故障175案例468案例4176第2AT段TR故障（18km）69第2AT段TR故障177案例570案例5178第2AT段FR故障（18km）71第2AT段FR故障179案例672案例6180第2AT段TF故障（18km）73第2AT段TF故障8.全并聯(lián)AT牽引網(wǎng)保護需求8.全并聯(lián)AT牽引網(wǎng)保護需求182一、高鐵牽引供電系統(tǒng)京津城際示意圖75一、高鐵牽引供電系統(tǒng)京津城際示意圖183二、高鐵牽引網(wǎng)故障分析76二、高鐵牽引網(wǎng)故障分析184Ⅰ-a：正常運行時發(fā)生故障Ⅰ-b：重合閘于永久故障時，所有AT所斷開Ⅱ-a：越區(qū)供電時發(fā)生故障Ⅱ-b：越區(qū)供電時重合于故障，所有AT所斷開高鐵牽引網(wǎng)故障情況77Ⅰ-a：正常運行時發(fā)生故障高鐵牽引網(wǎng)故障情況185京津城際饋線保護配置與整定原則：正常運行與越區(qū)供電采用1套定值。三、全并聯(lián)AT供電牽引網(wǎng)保護配置與整定計算京津城際饋線距離保護示意圖78京津城際饋線保護配置與整定原則：正常運行與越區(qū)供電采用1186京津城際的饋線保護模式探討：優(yōu)點：一套定值，越區(qū)供電時無需改變定值缺點：正常運行時末端較大范圍需要阻抗3段保護，動作速度慢。建議配置原則：正常運行與越區(qū)供電時采用不同的保護配置與整定。79京津城際的饋線保護模式探討：建議配置原則：187正常供電方式D3、D4、AT所饋線保護配置：◆失壓保護◆線路有壓自動合閘

D1、D2保護配置： ◆阻抗1段 ◆電流速斷 ◆電流增量 ◆自動重合閘80正常供電方式D3、D4、AT所饋線保護配置：D1、188(1)阻抗1段：電抗邊整定（按供電臂最大短路電抗整定）：電阻邊整定（按躲開最大負荷整定）：（與機車保護和自耦變壓器保護配合）81(1)阻抗1段：電抗邊整定（按供電臂最大短路電抗整定）：189(1)阻抗1段：

當靠近保護安裝處故障時，另一條非故障線路測量阻抗非常大，需要故障線路先跳，非故障線路才能跳閘。也可以通過聯(lián)絡(luò)信號使兩線路同時跳閘。82(1)阻抗1段：當靠近保護安裝處故障時，另190(1)阻抗1段：

求供電臂最大短路電抗需要考慮下圖中的幾種情況時的最大阻抗：83(1)阻抗1段：求供電臂最大短路電抗需要191(2)電流速斷（按躲開最大負荷電流整定）：電流速斷保護原理框圖整定計算：84(2)電流速斷（按躲開最大負荷電流整定）：整定計算：192(3)電流增量（按躲開1列機車啟動電流整定）：電流增量原理框圖動作方程：整定計算：85(3)電流增量（按躲開1列機車啟動電流整定）：動作方程：193(4)失壓保護：(5)線路有壓自動合閘：86(4)