景倫畢業(yè)設計

1、陜西鐵路工程職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）畢業(yè)設計（論文）題目： 牽引變電所繼電保護設計與分析 學科專業(yè)： 電氣化鐵道技術 班 級： 電氣3122班 學 號： 06305120212 姓 名： 景倫 指導老師： 鄭賓 起止日期： 摘要隨著科學技術和生產(chǎn)的迅速發(fā)展，電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)、控制、保護、測量等操作已日趨自動化。這些自動化中的一個重要方面，就是在電力系統(tǒng)發(fā)生故障或出現(xiàn)不正常運行狀態(tài)時，能夠自動反應和處理故障。列如：測定故障的參數(shù)和位置，切除故障設備，投入備用設備等，這些設備稱為電力系統(tǒng)的繼電保護與自動化裝置。所謂“繼電”,是指電路的相互更替和延續(xù)。利用電路的這種相互更替和延續(xù)而構成的電力系統(tǒng)的

2、保護措施稱為繼電保護。繼電保護與自動化技術是在近幾十年來迅速發(fā)展起來的一門科學技術。最早的保護，是反應線路短路故障而使電流增大的電流保護。通常采用熔斷器（保險絲）就是一種最簡單的電流保護。但是，隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，熔斷器已遠遠不能滿足電力系統(tǒng)保護的要求，而出現(xiàn)了繼電器。用繼電器反應電流的變化，并使斷路器跳閘切除故障設備，起到保護作用，這就形成了所謂的“繼電保護”。繼電保護是保證電力系統(tǒng)安全可靠運行的重要措施。在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，如果沒有新能良好的繼電保護裝置，要維持系統(tǒng)正常工作是不可能的。不僅如此，繼電保護技術的發(fā)展和繼電保護裝置的進一步完善，將有力的促進電力系統(tǒng)的發(fā)展。摘要With the r

3、apid development of science and technology and production, regulation, control, protection, measurement of power system operation has become more and more automation. An important aspect of these automation, is in power system malfunction or abnormal operation state, can automatically respond and ha

4、ndle failure. Such as: the parameters and the determination of position of fault, the fault equipment put into standby equipment removal, etc., relay protection and automation device for power system of these devices called.  The so-called "relay", refers to the mutual replacement of

5、circuit and continuation. By using the circuit this mutual replacement and continuity and protection measures of power system structure called the relay protection.  Relay protection and automation technology is in a science and technology developed rapidly in recent decades. Protection most ea

6、rly, is a reaction line short circuit fault and the current increase in current protection. Usually use the fuse (fuse) is one of the most simple current protection. However, with the development of power system, the fuse has been far can not meet the requirement of power system protection, and the

7、emergence of a relay. With the change of reaction current relay, and the circuit breaker tripping fault removal equipment, plays a role in protection, which formed the so-called "relay protection". The relay protection is an important measure to ensure the safe and reliable operation

8、of power system. In the modern power system relay protection device, if no new is good, it is impossible to maintain the normal work of the system. Not only that, development and relay protection device of the relay protection technology to further improve, will effectively promote the  develop

9、ment of the electric power system.目錄1. 牽引變電所一次設備概述41.1 電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)概況41.2 牽引變電所的分類51.3 牽引供電系統(tǒng)向接觸網(wǎng)的供電方式61.4牽引負荷的特點81.5 電氣主接線101.7 主變壓器101.8 高壓斷路器101.9 互感器的選擇112.牽引變電所饋線保護132.1 電氣化鐵路饋線短路的類型132.2 饋線保護的裝置132.3 饋線保護的后備保護151. 牽引變電所一次設備概述1.1 電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)概況 電氣化鐵道的牽引供電系統(tǒng)由牽引變電所（包括分區(qū)亭、開閉所、所）、牽引網(wǎng)（饋電線、接觸網(wǎng)、鋼軌和回流線）、

10、電力機車等組成。圖1-1中所示三相牽引變電所將電力系統(tǒng)110kv或220kv的三相電變成兩相27.5kv分別供給變電所兩邊的供電臂以供電力機車提供電能（如相和相為27.5kv，相鋼軌），相鄰變電所之間的供電臂為同相電。通過分區(qū)亭可以實現(xiàn)越區(qū)供電或上下行并聯(lián)供電。圖1-1 電氣化鐵道牽引供電示意圖 牽引變電所：主要是將電力系統(tǒng)傳送的220kv或110kv的三相電源轉(zhuǎn)換成牽引網(wǎng)額定電壓27.5kv單相交流電，然后向鐵路沿線架設的牽引網(wǎng)供電。 分區(qū)亭：主要作用是操作設置在兩個牽引變電所之間連接兩供電分區(qū)的開關設備，實現(xiàn)靈活供電，提高運行的可靠性。 開閉所：實質(zhì)上是個不進行變壓的配電所，主要是將從牽引

11、變電所牽引母線上引出的一路饋線電線按需要向分組接觸網(wǎng)供電。一般設置在需要送出多路饋電線的多接觸網(wǎng)分組的樞紐站場附近。 接觸網(wǎng)：是一種懸掛在電氣化鐵道線路上方，并和鐵路鋼軌保持一定距離的鏈形或單導線的輸電網(wǎng)。牽引電力機車能量獲取是通過機車受電弓和接觸網(wǎng)的滑動接觸來實現(xiàn)的。 饋電線：亦即供電線，是指連接牽引變電所和接觸網(wǎng)的導線，把牽引變電所轉(zhuǎn)換完備的牽引用電能送給接觸網(wǎng)。 軌道：在電氣化鐵道系統(tǒng)中，軌道除了作為列車的導軌外，還與接觸 網(wǎng)組成通道，完成導通回流的任務。回流線：連接軌道和牽引變電所的導線，把軌道中的回路電流導入牽引變電所。 1.2 牽引變電所的分類牽引變壓所分為直流和交流兩類。直流牽引

12、變電所的功能是把區(qū)域電網(wǎng)的高壓電加以降壓和整流，使之成為直流1500伏、750伏或城市交通用600伏電壓,再送到接觸網(wǎng)，為直流電力機車或電動車輛供電。交流牽引變電所根據(jù)牽引變壓器繞組接線不同，又分為三相、單相和三相-兩相牽引變電所。三相牽引變電所：變壓器原邊繞組通常為星形連接，副邊繞組為三角形連接。三角形的一個連接點接鐵路行車軌道，另兩個連接點分別接牽引變電所左右兩側的供電分區(qū)接觸網(wǎng)。由于兩側相位差60°,需要分段。這種牽引變電所的優(yōu)點是變壓器副邊保持三相，可供變電所本身和地方的三相用電；缺點是變壓器的容量未能充分利用。單相牽引變電所：采用12臺單相變壓器。用一臺單相變壓器時，副邊繞

13、組的一端接軌道，另一端同時供給左右兩側的供電分區(qū)接觸網(wǎng)。為了檢修方便，兩供電分區(qū)采用相關分段加以隔離。若用兩臺單相變壓器時，其原邊繞組分別接到高壓三相母線中兩對不同的母線上，使三相負載平衡；兩個副邊繞組按V形接線,公共點接軌道,其余兩端分別向兩側的分區(qū)供電,并用相關分段。單相變電所的優(yōu)點是變壓器容量利用較充分。但地區(qū)負荷需專用變壓器；簡單的單相接線，還影響三相系統(tǒng)的平衡。三相-兩相牽引變電所：變壓器原邊繞組接成T形，與三相高壓母線連接；副邊為兩相連接，共用端接軌道，另兩端分別接供電分區(qū),由于兩者相位差90°，兩分區(qū)也需隔開。這種形式的牽引變電所一定程度上克服了三相和單相牽引變電所的缺

14、點。中國早期的牽引變電所大多采用三相牽引變電所，從80年代起出現(xiàn)采用三相兩相牽引變電所。此外，歐美一些國家由于歷史上的原因，還有頻率為16赫或25赫的單相牽引變電所，但現(xiàn)在發(fā)展的主流是單相工頻交流牽引制及相應的變電所。歷史上還出現(xiàn)過三相電力牽引及其變電所,但因三相接觸網(wǎng)結構復雜,現(xiàn)在一般不用。中國干線電力牽引采用單相工頻25千伏交流電,牽引變電所把輸入的110千伏三相交流電轉(zhuǎn)變?yōu)?5千伏單相交流電送入接觸網(wǎng)，從而完成電力牽引的供電任務。 1.3 牽引供電系統(tǒng)向接觸網(wǎng)的供電方式牽引網(wǎng)向電力機車的供電方式有直接供電方式、帶回流線的直接供電方式、自耦變壓器（AT）供電、吸流變壓器（BT）供電方式和同

15、軸電力電纜（CC）供電方式等，分別如圖所示：圖1-2 直接供電方式圖1-3 加回流線的直接供電方式 為增強直接供電方式的防干擾性能，用直接供電加回流線（負饋線）的供電方式，簡稱為DN（圖1.3）供電方式。為能取得最好的防干擾效果，則需研究回流線的空間布置（與接觸網(wǎng)的磁耦合關系）和設法降低回流線地、鋼軌一地回路的自阻抗以提高回流率。由圖1-3可知，DN供電方式是由接觸網(wǎng)、鋼軌、沿全線架設的負饋線NR（每隔幾公里用P金屬線和鋼軌相連接）組成。由于NF和鋼軌并聯(lián)連接，使得正常運行時鋼軌中負荷電流的一部分分流到NF中去，因此，可以減少流入大地的電流，減輕對通訊的干擾危害，降低鋼軌電位，減小饋電回路的阻

16、抗。另外，當絕緣子閃絡時，NF線可起到回歸短路電流的作用，即具有保護線（PW）的特性。圖1-4 AT供電方式AT供電方式，其牽引網(wǎng)結構較復雜，由接觸懸掛T、正饋線F、保護線PW（包括CPW線）、軌道大地系統(tǒng)以及每隔一定距離設置的自耦變壓器（AT）構成。AT并聯(lián)于接觸導線和正饋線之間，AT中點和鋼軸相連，使大部分回流流經(jīng)正饋線，從而降低對鄰近通信線的干擾。為盡量減小感應環(huán)的尺寸，正饋線和接觸導線架設在同一支柱上。一般情況下，正饋線與接觸導線對鋼軌具有相同的電壓。圖1-5 BT供電方式 BT供電方式在牽引網(wǎng)中設吸流變壓器回流線，可使牽引電流沿回流線流回牽引變電所而不經(jīng)過由軌道和大地。 同軸電力電纜

17、供電方式，就是將同軸電力電纜沿電氣化鐵路裝設，電纜的內(nèi)導體與接觸懸掛相連、用作正饋線，外導體與軌道相連，用作負饋線，每隔一定距離分成一個供電分區(qū)。結構簡單，特別適宜于在長大隧道中應用。由于電纜價格很貴，在經(jīng)濟上不合理，因此沒有應用在實際系統(tǒng)中。 單線區(qū)段，對直供方式及BT方式，交流牽引變電所設置間距為4060KM，對AT方式可擴大到90100KM。復線區(qū)段適當縮短具體設置要由供電計算確定。 DN供電方式具有供電方式簡單、可靠的優(yōu)點，通過優(yōu)化其結構和參數(shù)能保證較好的屏蔽效果，在穩(wěn)定網(wǎng)壓、延長供電距離、節(jié)能方面也有較明顯的優(yōu)勢，其成本與運營維修費用均比AT/BT低得多。AT方式的供電質(zhì)量高，用電質(zhì)

18、量高，是高速、重載電氣化區(qū)段的首選供電方式。BT方式相對于前兩者具有劣勢，現(xiàn)在國際上很少采用這種方式。目前濟南局管轄范圍內(nèi)的膠濟線、隴海線、京滬線全部采用DN供電方式，包括最近上馬的膠濟客運專線也是采用DN供電方式。1.4牽引負荷的特點 圖1-8 牽引變電所主接線 由圖可知，變壓器出線一相接地，另外兩相分別接牽引網(wǎng)饋線。由此可見，交流牽引網(wǎng)為兩個單相系統(tǒng)，其負荷特性不同于一般的電力系統(tǒng)負荷，具體表現(xiàn)在： 1、牽引負荷不僅是移動的，而且其大小隨時都在變化，某一電流值的持續(xù)時間往往可以用秒來計算。饋線電流值的變化范圍極寬，一般是在零和最大負荷電流值(如數(shù)百或數(shù)千安)之間變動。牽引負荷為單相移動負荷

19、，牽引負荷的大小與線路的機車數(shù)量、機車種類、機車功率、運行速度以及線路情況等有關，其幅值、相位隨時都在發(fā)生變化。接觸網(wǎng)發(fā)生故障的幾率較電力系統(tǒng)輸電線路要頻繁得多。 2、牽引供電臂供電距離長，單位阻抗比一般輸電線路單位阻抗大。一般輸電線路的單位阻抗為0.40/KM，而牽引網(wǎng)的線路阻抗較大，一般為0.54/KM左右；有吸流變壓器時增大為0.82/KM左右，供電方式時約在0.60/KM以上。由于單位阻抗大，輸送距離遠，故末端最小短路電流較小。饋線的最大負荷電流很大，最小短路電流往往接近甚至小于最大負荷電流。牽引阻抗大，相應短路電流小，有時可與最大負荷電流相比。3、牽引負荷的變化頻率及幅度遠遠大于一般

20、的電力負荷。整流式電力機車以及電動車組的電流均含有大量的高次諧波，其中的三次諧波含量最高，可達20%或30%左右。機車在坡度較大的線路下坡運行時，將由電動機狀態(tài)轉(zhuǎn)入發(fā)電機狀態(tài)，這種負荷稱之為再生負荷，此時的高次諧波成份更高，可達40以上，并且負荷位于第二象限，當線路上既有正常負荷又有再生負荷或涌流時，其綜合負荷就會落入保護動作區(qū)使常規(guī)保護誤動作。當供電區(qū)間列車數(shù)增加時，由于不同機車的換向角可能不同，所以牽引饋線電流三次諧波含量減少，但一般仍大于10%。即便是裝有功率因數(shù)補償裝置，綜合諧波含量仍不低于10%。而牽引網(wǎng)短路時，機車退出了工作，由于是高壓回路的單相直接接地，以及供電回路的參數(shù)電抗分量

21、大于電阻分量等原因，所以電氣化鐵道供電回路故障電流的波形是不含高次諧波成份的正弦波。 4、當在接觸網(wǎng)電壓下空載投入機車牽引變壓器，或饋線突然斷電、機車失壓后由自動重合閘動作將饋線斷路器重新投入，或電力機車在運行過程中失電而又復得（如機車惰行通過電分相），或含有AT、BT的牽引網(wǎng)空載投入等情況下會產(chǎn)生勵磁涌流。勵磁涌流的幅值可達650800A，從而使饋線電流可達很高的數(shù)值。勵磁涌流的波形呈尖頂波且偏向于時間軸的一側，故勵磁涌流中含有大量的二次諧波。由于勵磁涌流不屬于故障兩牽引網(wǎng)中出現(xiàn)涌流的幾率和其幅值都比較大，因此在牽引饋線保護中應保證在此情況下不誤動。 5、為了適應機車沿線路移動，牽引網(wǎng)的結構

22、比電力系統(tǒng)饋電線路要復雜得多。同時，其工作條件也較惡劣，因為機車的受電弓與接觸導線一直處于快速滑動接觸狀態(tài)，機車通過其接觸點取流。當接觸不良時將會產(chǎn)生火花或電弧，使接觸導線過熱，以致燒傷。另外，由于受電弓對接觸導線有迅速移動的向上壓力，使接觸導線經(jīng)常處于振動狀態(tài)，因此引起接觸網(wǎng)機械故障的機率增大。上述損傷及故障都可能導致牽引網(wǎng)短路，從而對繼電保護動作的可靠性要求相對要高。牽引網(wǎng)短路電流的數(shù)值主要取決于電力系統(tǒng)的供電方式和容量、牽引變電所的總容量、牽引網(wǎng)的供電方式、故障點的距離以及所采用的接觸懸掛型式和鋼軌型號等。1.5 電氣主接線 電路中的高壓電氣設備包括發(fā)電機、變壓器、母線、斷路器、隔離刀閘

23、、線路等。它們的連接方式對供電可靠性、運行靈活性及經(jīng)濟合理性等起著決定性作用。一般在研究主接線方案和運行方式時，為了清晰和方便，通常將三相電路圖描繪成單線圖。在繪制主接線全圖時，將互感器、避雷器、電容器、中性點設備以及載波通信用的通道加工元件（也稱高頻阻波器）等也表示出來。對一個電廠而言，電氣主接線在電廠設計時就根據(jù)機組容量、電廠規(guī)模及電廠在電力系統(tǒng)中的地位等，從供電的可靠性、運行的靈活性和方便性、經(jīng)濟性、發(fā)展和擴建的可能性等方面，經(jīng)綜合比較后確定。它的接線方式能反映正常和事故情況下供送電情況。電氣主接線又稱電氣一次接線圖。1.6 電氣主接線應滿足以下幾點要求：運行的可靠性：主接線系統(tǒng)應保證對

24、用戶供電的可靠性，特別是保證對重要負荷的供電。運行的靈活性：主接線系統(tǒng)應能靈活地適應各種工作情況，特別是當一部備檢修或工作情況發(fā)生變化時，能夠通過倒換開關的運行方式，做到調(diào)度靈活，不中斷向用戶的供電。在擴建時應能很方便的從初期建設到最終接線。經(jīng)濟合理：主接線系統(tǒng)還應保證運行操作的方便以及在保證滿足技術條件的要求下，做到經(jīng)濟合理，盡量減少占地面積，節(jié)省投資。1.7 主變壓器主變壓器參數(shù)：型號接線組別額定電壓容量分接開關型號XXZ9-4000/110Yn-Yn-d11110/38.5/10.5KV40MVAUCGKN380/300/CS1.8 高壓斷路器高壓斷路器選擇如下表：電壓等級110kV35

25、kV10kV斷路器型號3AP1FGZN91-40.5VD4M1225-40額定電流4000A1600A2500A開斷電流40kA25kA40kA1.9 互感器的選擇1、電流互感器主要參數(shù)的選擇：互感器是電力系統(tǒng)中測量儀表、繼電保護等一次設備獲取電氣一次回路信息的傳感器?；ジ衅鲗⒏唠妷骸⒋箅娏靼幢壤兂傻碗妷海?00、100/V）和小電流（5、1A）。電流互感器的二次側絕對不能夠開路。電壓互感器的二次側絕對不能夠短路。 電流互感器一次電流選擇應遵循以下原則： 一次電流應滿足負荷要求,并在標準值中選取。 一次電流應使在正常運行情況下，二次輸出電流滿足保護裝置和測量、計量儀表準確度要求。 110kV

26、線路獨立電流互感器的選擇：LB6110W，額定電流比2*600/5、2*300/5；準確次級10P20，0.2； #1主變?nèi)齻入娏骰ジ衅鳎?10KV側：LRB-110 額定電流比600/5；準確次級10P20,0.5；35KV側： LDJ1-40.5/300 額定電流比1200/5；準確次級5P10； LZZBJ9-35 額定電流比800/5；準確次級10P20,0.5；10KV側： LZZBJ9-10 額定電流比2500/5；準確次級5P20,0.5； 10KV線路及電容器電流互感器：LZZBJ9-10，額定電流比600/5；準確次級10P20,0.5。2、電壓互感器參數(shù)的選擇電壓互感器應按

27、下表所列技術條件選擇：項目參數(shù)技術條件正常工作條件一次回路電壓、二次電壓、二次負荷、準確度等級承受過電壓能力絕緣水平、泄露比距環(huán)境條件環(huán)境溫度、相對濕度、海拔高度、最大風速、污穢電壓互感器選擇結果：型 號額定電壓（KV）初級繞組次級繞組剩余電壓繞組TYD110/-0.02H110/0.1/0.1/0.1JDZX9-35W235/0.1/0.1/:0.1/3JDZX16-10G10/0.1/0.1/:0.1/3232.牽引變電所饋線保護2.1 電氣化鐵路饋線短路的類型 電氣化鐵路由于是單相供電，因此短路的方式較一般三相供電方式簡單，可以分為如下幾種：2.1.1 單相短路：（1） 一線接地：供電系

28、統(tǒng)的帶電部分同大地（接地線、水泥支柱、鐵塔等接地部分）之間的絕緣破壞，流過故障電流。（）兩線短路：同一相供電系統(tǒng)帶電部分的導體之間，以及和回流線導體之間的絕緣破壞，流過故障電流。2.1.2 兩相短路：供電系統(tǒng)不同相之間的帶電部分絕緣破壞。 除以上的故障種類之外，有時也可能出現(xiàn)這些故障同時發(fā)生的情況。又可以根據(jù)是否經(jīng)過渡電阻短路，分為金屬性短路和經(jīng)過渡電阻短路。短路時如果電力機車繼續(xù)從牽引網(wǎng)上取流，則與過渡電阻并聯(lián)，相當于減小了過渡電阻，對保護安裝處來說，可以按有過渡電阻來分析。 在分析與推導牽引供電系統(tǒng)短路故障的數(shù)學模型時，常常考慮變電所主變的型式、接線方式以及牽引網(wǎng)的具體結構和供電形式等的影

29、響。在此拋開這些因素的影響，把短路時的電牽引供電系統(tǒng)等效為如下的短路計算模型：2.2 饋線保護的裝置2.2.1 距離保護 距離保護是反映被保護線路始端電壓和線路電流比值而工作的一種保護，這個比值被稱為測量阻抗Zj，（Zj，Uj/Ij）在線路正常運行時的測量阻抗稱為負荷阻抗，其值較大；當系統(tǒng)發(fā)生短路時，測量阻抗等于保護安裝處的線路阻抗，其值較小：而且故障點越靠近保護安裝處，其值越小。當測量阻抗小于預先設定的整定阻抗時，保護動作。由于它是反映阻抗參數(shù)而工作的，故有時又稱之為阻抗保護。由于距離保護既反應被保護線路故障時電壓的降低，又反應電流的升高，采用方向阻抗繼電器時還可反應相角的變化，因此其靈敏系

30、數(shù)較高，在牽引網(wǎng)保護中作為主保護。距離保護的動作元件是反應阻抗下降而動作的阻抗繼電器。阻抗繼電器可用比較保護安裝處母線電壓及短路電流的方法實現(xiàn)。測量阻抗：Zj=ZdNl/Ny,式中Zd表示一次短路阻抗；Nl表示電流互感器變比；Ny表示電壓互感器變比。動作判據(jù)：Zj>Zzd.2.2.2 牽引網(wǎng)通常采用的距離保護特性 采用圓特性的阻抗繼電器，因其保護范圍由牽引網(wǎng)的最小負荷阻抗所限定，對于運量大、距離長的牽引網(wǎng)，滿足不了靈敏系數(shù)的要求。從圖2-1可以看出四邊形特性阻抗繼電器不僅在阻抗繼電器中躲開負荷的能力最強，而且其躲開過渡電阻的能力也較強，所以在牽引網(wǎng)饋線保護中普遍采用。 傳統(tǒng)的電鐵饋線保護

31、都是由四邊形阻抗繼電器作為主保護，這種配置對于一般的牽引供電系統(tǒng)均能滿足要求，但隨著電氣化鐵道的高速發(fā)展，有的電力機車上加裝了兼作濾波的功率補償裝置，有的電力機車上采用了再生制動方式，如進口的8K機車和國產(chǎn)的SS5型機車，作為牽引供電系統(tǒng)負荷的電力機車對饋線保護的動作特性具有直接的影響，對于牽引負荷和再生負荷較重，行車密度和牽引噸位較大的高速重載線路，對于現(xiàn)存的饋線保護都存在著躲負荷能力差的問題，此問題對于BT方式供電的線路尤為突出，因為在同樣重負荷的情況下，BT線路的單位阻抗要比AT線路高34倍，所以這是一個函待解決的問題。圖2-1 不同特性的靈敏度及躲開弧光電阻能力比較 晶閘管相控電力機車

32、是由可控開放角的變化改變整流電壓而實現(xiàn)調(diào)速的，其特點是功率因數(shù)低，電力機車經(jīng)常運行在起動、調(diào)速、再生制動等工況下，以及降弓通過電分相再合閘引起勵磁涌流，因此，供電臂內(nèi)多列電力機車運行于不同的工況，牽引網(wǎng)饋線負荷電流及其相位角的變化范圍很大。 電機車起動電流Iq約為額定電流的數(shù)倍，設供電區(qū)列車平均有效電流為Ip，供電區(qū)（單線或復線）內(nèi)列車數(shù)為，假定牽引狀態(tài)下功率因數(shù)角妒的變化不計。一列車起動，另一列車過電分相后空載合閘，產(chǎn)生勵磁涌流Iu，負荷最大值和Iu分別為： 式中Ku為涌流倍數(shù)，r為涌流衰減時間常數(shù)，Ile為機車變壓器原邊額定電流。電力車再生制動工況下，據(jù)實測數(shù)據(jù)，約為110°12

33、0°，功率因數(shù)為（0.40.5），此時再生電流Ib反送回牽引網(wǎng)或牽引機車吸收，供電臂內(nèi)最大負荷電流為：,以偏移平行四邊形阻抗動作特性為例，在最大負荷電流與勵磁涌流或再生制動電流疊加情況下，當滿足下式時，阻抗保護可能誤動作。 或者 Um為阻抗繼電器的測量電壓，V1為阻抗繼電器偏移平行四邊形特性的傾斜角；f為最大負荷電流的最大功率因素角；Zzd為阻抗繼電器的整定值。2.3 饋線保護的后備保護在牽引網(wǎng)中除了距離保護為主外，還需要一些后備保護來構成完整的保護系統(tǒng)，例如可以采用電流增量保護作為主后備保護，電流速斷、反時眼電流保護、饋線過負荷保護等作為輔助后備保護，來更好地實現(xiàn)繼電保護的功能。2

34、.3.1 電流增量保護 距離保護為了躲過線路的最大負荷，所以整定值一般比較小，當線路短路接地電阻較大時，保護就無法動作，降低了供電系統(tǒng)的可靠性。當機車啟動或者運行時，由于機車內(nèi)大電感的作用，短時間內(nèi)電流增量不會很大，而發(fā)生短路時，電流瞬間增大到短路電流，和機車啟動或者運行時的電流增量相差十分巨大。電流增量保護就是利用了短路時電流瞬間增大的特性。其原理是通過比較正常狀態(tài)下的負荷電流和高電阻故障電流隨時間變化的分量4，的不同來檢出故障，交流I，型繼電器特性如圖22所示。圖2-2 電流增量保護特性 電流增量為DI為DI=Igh-Igq,Igh、Igq分布為故障后和故障前的電流值。電流增量保護的主要優(yōu)

35、點是選擇能力比普通電流保護高，因為一般電流保護是根據(jù)最大負荷電流整定的。而一個供電區(qū)間的最大負荷電流一般能達到一列車最大電流的兩倍左右。電流增量保護除了反應穩(wěn)態(tài)最大負荷以外，還同時反應短時間內(nèi)電流的增量。因此，其電流整定值可適當減至一列車的最大電流。例如，日本東海道新干線上一般過電流保護的整定值為2000A左右，而電流增量保護為1000A，故其保護范圍將大大延長。 無論是在牽引運行狀態(tài)還是在再生制動狀態(tài)，負荷電流中都含有豐富的高次諧波（三次諧波為主）；當機車變壓器投入時，產(chǎn)生的勵磁涌流含有很高的二次諧波分量，而短路故障時，機車被旁路，故障電流基本上是基波，電流增量保護也采用了高次諧波抑制，二次

36、諧波閉鎖。電流增量保護作為距離保護的后備保護對高阻接地故障能起到較好的保護作用，其工作原理為： K2二次諧波閉鎖門檻。 I1h,I1q為故障后和故障前兩時刻基波電流；I3h,I3q為故障后和故障前兩時刻3次諧波電流；Izd為整定值；Ka=3.33；K3k 、K3q為故障后和故障前3次諧波含量。2.3.2 電流速斷保護 當系統(tǒng)發(fā)生嚴重的故障時，為了快速切除故障，設置了電流速斷保護，該保護當系統(tǒng)發(fā)生極端故障時保護裝置可以快速出121，一般整定值較高，保護范圍比較短。為了整定時能夠躲過最大負荷電流和勵磁涌流，可以利用高次諧波進行抑制。如果故障電流大于兩倍的電流速斷整定值時，速斷保護動作，不受諧波抑制

37、。動作方程為： I為二、三、五次諧波之和；Izd為電流速斷整定值；Kk可靠系數(shù)，取1.11.2；If最大負荷電流。 圖23電流速斷保護方案框圖，Tsd為電流速斷延時。圖2-3 電流速斷保護方案框圖2.3.3 三段過電流保護 機車在線路上行駛的時候，負荷電流經(jīng)常變化，即在任一電流值下運行的時間都很短。而故障電流只要一產(chǎn)生，就一直持續(xù)到故障切除以后才完結。因此根據(jù)電流持續(xù)時間的不同可以鑒別故障。根據(jù)這一原理采用具有階梯特性的三段過電流保護。 三段過流保護是動作時間與被保護線路中電流的大小有關的一種保護，當電流大時，保護的動作時限短，而當電流小時動作時限長。保護根據(jù)實際的負荷電流時間曲線進行整定。電

38、流速斷保護和三段過電流保護均可以根據(jù)實際情況投退。對于重負荷線路，三段過電流保護還可以選擇低電壓閉鎖、二次諧波閉鎖以及諧波自適應。動作方程為： 式中：K為綜合諧波抑制系數(shù)，K2為二次諧波閉鎖值，Udz為低壓啟動值。三段過電流保護一般保護線路全長，但由于牽引負荷電流的最大值同線路末端的最小短路電流相近，甚至小于最小短路電流，因此，三段過電流保護一般作為牽引饋線保護的后備保護，整定時要求躲過線路的最大負荷。保護特性如圖24所示：圖2-4 三段過流保護特性2.3.4 反時限過電流保護高速電氣化鐵路一般采用大功率高速機車，行車密度高，負荷電流大，當接觸網(wǎng)因為長期大電流發(fā)熱達到一定的程度時，應切斷饋線斷

39、路器，以保證行車安全。反時限過流保護完成此邊能。反時限過流保護是動作時間與被保護線路中電流的大小有關的一種保護，當電流大時，保護的動作時限短，而電流小時動作時限長。反時限過電流保護課通過整定選擇，實際運行中，可以通過控制數(shù)字選擇投入以下三種不同的反時限特性：一般反時限： 非常反時限：極度反時限：其中，t動作時間；Tp時間整定值；Ip電流整定值；I故障電流、在一定程度上，反時限過電流保護具有三段過電流保護的功能：近處故障時動作時限短，遠處故障時動作是自動加長，可以同時滿足速動性和選擇性的要求。反時限保護的啟動門檻電流為1.1Ip，如果電流小于1.1Ip持續(xù)一個周波以上，保護返回。當保護電路為定值

40、20倍或者20倍以上時，保護按照定時限動作，計算用的保護電流定值的20倍。2.3.5 過熱保護 電氣化鐵道的發(fā)展方向是高速、重載。在高速、重載的情況下要求接觸網(wǎng)具有高度的穩(wěn)定性，只有高度的穩(wěn)定性才能保證接觸懸掛不變形，才能保證穩(wěn)定的受流質(zhì)量，才能保證高速重載列車的正常運行。高速重載列車的單車牽引電流較大，在300350Km/h時可達到6001000A，接觸網(wǎng)在長期大電流的情況下發(fā)熱，張力降低，穩(wěn)定性下降，從而影響到高速重載鐵路的正常運行，因此需要設置熱過負荷保護完成對接觸網(wǎng)的保護。 饋線熱過負荷保護的動作原理主要是通過采集外界環(huán)境溫度和接觸線電流，通過內(nèi)部程序計算，將計算結果與接觸線的固有特性

41、相比較，如超出規(guī)定值便發(fā)出報警、跳閘命令，從而達到保護接觸網(wǎng)的目的。 動作原理：饋線熱過負荷的兩個基本元素為外界環(huán)境溫度和負荷電流。外界環(huán)境溫度的測量通過一個溫度傳感器完成，將測量的外界溫度轉(zhuǎn)化為電流信號輸入到保護裝置。當檢測到外界溫度超過正常范圍時，閉鎖溫度輸入，并保留上一次的測量值。保護裝置采集外部接觸線流過的電流，通過內(nèi)部運算程序計算出接觸線的溫度，當計算的溫度超過設定的跳閘溫度時，啟動跳閘回路，跳開饋線斷路器。當計算的溫度超過設定的報警溫度時，發(fā)出報警信號。保護在不同電流情況下的跳閘時間由下式計算： 式中，I為接觸網(wǎng)負荷電流；In為接觸線允許持續(xù)電流；Tate為外界環(huán)境溫度；Tn為額定

42、電流時接觸線溫升界限；To為t0時刻的接觸線溫度；Tend為接觸線設定的跳閘溫度；K為修正參數(shù)；t為設定的接觸線時間常數(shù)。 保護整定：饋線熱過負荷保護的對象是接觸線，接觸線有其自身的熱特性，動作特性是一條自然對數(shù)的反時限曲線，這就要求保護裝置整定的曲線與接觸線的固有曲線進行配合，同時還應與饋線的電流保護進行配合。保護整定的項目和參數(shù)有：t整定范圍為215min；整定范圍為13；Tate、Tn和Tend根據(jù)接觸線的固有特性整定。2.3.6 自動重合閘 裝置可設一次自動重合閘，當饋線發(fā)生瞬時性故障時，經(jīng)過重合閘整定時間，裝置發(fā)出合閘命令，保證了牽引系統(tǒng)的供電質(zhì)量；當發(fā)生永久性故障時，重合閘后，可由過電流、阻抗段或阻抗III段保護進行加速跳閘，保證快速切除故障線路。為保證手動合閘在故障線路時保護不重合閘，所以保護設有重合閘充電