铁路牵引供电系统继电保护配置及分析

目录摘要 (2)前言 (3)第1章绪论 (4)第2章铁路牵引供电系统及继电保护概述 (5)2.1 铁路牵引供电系统组成 (5)2.1.1 牵引变电所、开闭所 (6)2.1.2 牵引网、分区所、AT所 (7)2.2 继电保护装置 (8)2.2.1 继电保护分类 (9)2.2.2 对继电保护的基本要求 (10)第3章牵引变压器继电保护配置及分析 (11)3.1 牵引变压器的运行方式 (11)3.1.1 空载合闸 (11)3.1.2 短路故障 (11)3.1.3 不正常运行状态 (12)3.2 牵引变压器的保护 (12)3.2.1 主保护 (12)3.2.2 后备保护 (13)3.2.3 辅助性保护 (13)3.3 牵引变压器差动保护 (14)3.3.1 单相变压器 (14)3.3.2 Y/d11接线变压器 (15)3.3.3 V/v接线变压器 (15)3.3.4 阻抗匹配平衡变压器 (16)3.3.5 Scott接线变压器 (17)3.3.6 V/x接线变压器 (18)3.3.7 自耦变压器 (18)3.4 牵引变压器差动保护原理框图 (19)第4章AT供电方式继电保护配置及分析 (21)4.1 铁路牵引供电方式 (21)4.2 AT供电方式继电保护配置及分析 (21)4.2.1 A T供电方式的原理接线 (21)4.2.2 A T供电方式的特点 (22)4.2.3 A T供电方式牵引网保护配置 (22)4.2.4 全并联AT供电牵引网保护配置 (24)总结和体会 (27)谢辞 (28)参考文献 (29)摘要电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求，电子技术、计算机技术与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断地注入了新的活力。

继电保护配置一般规定，电力系统中的电力设备和线路，应装设短路故障和异常运行保护装置。

电力设备和线路短路故障的保护应有主保护和后备保护，必要时可再增设辅助保护。

继电保护的基本要求：可靠性、选择性、速动性、灵敏性。

这四个基本要求是评价和研究继电保护性能的基础，在它们之间，既有矛盾的一面，又要根据被保护元件在供电系统中的作用，使这四个基本要求在所配置的保护中得到统一。

本文主要分析了铁路牵引供电系统里牵引变压器的继电保护配置和AT供电方式下继电保护配置。

【关键词】继电保护配置；铁路牵引供电系统；牵引变压器，AT供电前言目前，我国正在大规模进行客运专线建设，已开通约3000km，均采用电力牵引方式，相应对铁路供电系统继电保护可靠性和自动化水平都提出了更高要求。

在铁道部“引进、消化吸收、再创新”技术路线指导下，铁路供电保护专业科研、设计、施工、运营、制造各单位密切合作，在保护原理、保护配置与整定原则、功能设计与回路优化、调试方法与运营维护等方面都取得长足进步，完全实现了国产化并将对国外输出技术和产品。

如今，随着材料、器件、制造技术等相关学科的发展，继电保护装置的结构、形式和制造工艺也发生着巨大的变化，经历了机电式保护装置、静态继电保护装置和数字式继电保护装置三个发展阶段。

第1章绪论我国铁路供电系统继电保护的技术发展是从20世纪60年代我国开通了第一条电气化铁路——宝成铁路宝凤段，采用电磁型保护；70、80年代晶体管保护成为主流产品；90年代初西南交通大学、铁道科学研究院等研究机构与国内继电保护主要企业合作，研制成功铁路微机系列保护并开始推广应用；2002年西南交通大学与相关设计、运行、制造单位开发第一套牵引变电所安全监控及综合自动化系统，从秦沈客运专线起步，推动我国铁路供电系统保护进入无人值班的变电所自动化时代。

继电保护科学和技术是随着电力系统的发展而发展起来的。

供电系统发生短路是不可避免的，伴随着短路，电流增大。

为避免发电机被烧坏，最早采用熔断器串联于供电线路中，当发生短路时，短路电流首先熔断熔断器，断开短路的设备，保护发电机，这种保护方式由于简单，时至今日仍广泛应用于10kv及以下的中低压线路和用电设备。

随着电力系统的发展，用电设备的功率、发电机的容量增大，电力网的接线日益复杂，于1890年后出现了直接装于断路器上反应一次电流的电磁型过电流继电器。

20世纪初，继电器才广泛用于电力系统的保护，被认为是继电保护技术发展的开端。

第2章铁路牵引供电系统及继电保护概述2.1 铁路牵引供电系统组成铁路牵引供电系统由牵引变电所、分区所和接触网等组成。

牵引变电所内设备主要包括牵引变压器、断路器、电动及手动隔离开关、避雷器、电压及电流互感器、二次保护系统、交直流电源系统等；接触网根据供电方式不同有AT、直供两类方式(BT已基本不用），其中AT接触网由供电线、接触线、承力索、吊弦、正馈线、保护线组成。

直供接触网由供电线、接触线、承力索、吊弦、回流线组成。

电力系统提供两路独立电源进线，由牵引变电所进行电能变换后送上牵引网，供电力机车接受电能实现电力牵引，如图2-1所示图2-1 牵引供电系统示意图电力牵引的电流制先后出现了直流制、低频单相交流制，我国采用工频单相交流制，常用牵引供电方式有直接供电和AT供电两种方式，其中的AT供电方式供电能力最强。

2.1.1 牵引变电所、开闭所1.牵引变电所牵引变电所的作用是将电力系统引入的110KV、220KV或其他电压等级三相交流电变换成27.5KV的单相交流电，通过牵引网的馈电线送至铁路沿线的接触网，为电力机车供电。

有少数牵引变电所还承担向铁路地区工农业用户的10KV动力负荷的特殊需求还常采用特殊结线变压器，如单相结线、V/V结线、斯科特结线、阻抗匹配平衡结线等变压器。

2.开闭所在电气化铁路枢纽地区，客运站、编组站和电力机车机务段等铁路设施较集中的地方，由于站线延续长且股道数量多，接触网结构和配置复杂，客货运交会、编组和电力机车整备作业繁忙，致使该地区牵引网发生故障的几率增多。

为了保证枢纽供电的可靠性，缩小事故范围，一般将接触网横向分组及分区供电。

因此设置开闭所，由相邻两牵引变电所的牵引馈线经断路器1QF、2QF向它供电。

通过开闭所的多路馈线和断路器3QF~6QF向站场、电力机车机务段等牵引负荷供电，7QF、8QF为旁路断路器，如图2-2所示。

图2-2 开闭所接线示意图2.1.2 牵引网、分区所、AT所1.牵引网牵引网是由馈电线、接触网、回流线组成的双导线供电系统。

牵引供电回路是牵引变电所→馈电线→接触网→电力机车→钢轨和大地→回流线→牵引变电所。

接触网是悬挂于电气化铁道钢轨的上方并和钢轨顶面保持一定距离的输电网。

电力机车的受电弓和接触网滑动接触，获取电能。

我国接触网的额定电压是27.5KV。

由于接触网运行条件恶劣，且无法备用，因此接触网正常与否对电气化铁路安全运行意义重大。

馈电线是连接牵引变电所和接触网的导线，采用大截面的钢芯铝绞线或电缆。

轨道在电气化区段除作为列车导轨之外，还是回流的导线，是牵引供电回路的重要组成部分。

回流线是连接钢轨和牵引变电所中牵引变压器接地相之间的导线。

它的作用是将轨道中的回流引入牵引变电所。

2.分区所为了增加供电的灵活性，在两个牵引变电所的供电区中间常增设分区所。

分区所如图2-3所示，断路器1QF、2QF正常工作时闭合，实现上、下行牵引网并联运行。

隔离开关1QS、2QS在正常运行时断开，当相邻牵引变电所发生故障而不能继续供电时，可以闭合1QS、2QS由非故障牵引变电所实现越区供电，使行车不至中断。

图2-3 分区所主接线示意图3.AT所采用AT供电方式时，在沿线间隔10KM左右设置一台自耦变压器，该设置处所称作AT所。

2.2 继电保护装置继电保护装置就是指能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。

它的基本任务简单说是：故障时跳闸，不正常运行时发信号。

一般继电保护装置是由测量比较元件、逻辑判断元件和执行输出元件三部分组成，如图2-4所示图2-4 继电保护装置的组成方框图1.测量比较元件测量比较元件通过测量被保护的电力元件的物理参量，并与给定的值进行比较，根据比较的结果，给出“是”、“非”、“0”、“1”性质的一组逻辑信号，从而判断保护装置是否应该启动。

根据需要，继电保护装置往往有一个或多个测量比较元件。

常用的测量比较元件有：被测电气量超过给定值动作的过量继电器，如过电流继电器、过电压继电器等；被测电气量低于给定值动作的欠量继电器，如低电压继电器、阻抗继电器等；被测电压、电流之间相位角满足一定值而动作的功率方向继电器等。

2.逻辑判断元件逻辑判断元件根据测量比较元件输出逻辑信号的性质、先后顺序、持续时间等，使保护装置按一定的逻辑关系判定故障的类型和范围，最后确定是否应该使断路器跳闸、发出信号或不动作，并将对应的指令传给执行输出部分。

3，执行输出元件执行输出元件根据逻辑判断部分传来的指令，发出跳开断路器的跳闸脉冲及相应的动作信息、发出警报或不动作。

2.2.1 继电保护分类在一般情况下，发生短路之后，总是伴随有电流的增大、电压的降低、线路始端测量阻抗的减少，以及电压与电流之间相位角的变化。

因此，利用正常运行与故障时这些基本参数的区别，就可以构成各种不同原理的保护。

一般继电保护可以分为两类：第一类—利用比较正常运行与故障时电气参量（U、I、Z、f）的区别，便可以构成各种不同原理的继电保护，例如反应于电流增大而动作的过电流保护；反应于电压降低而动作的低电压保护；反应于阻抗降低而动作的距离保护，反应于频率降低而动作的低（或欠）频保护等。

图2-5 双侧电源网络接线第二类—首先规定两个前提：一个规定电流的正方向是从母线指向线路；第二个一定是双端电源。

例如图2-5（a）（b）所示的双端电源接线。

分析图2-5（a）（b）中BC线路靠近B母线侧电流的情况，我们发现在正常运行的负荷电流和故障时的短路电流的相位发生了180°的变化。

因此利用比较正常运行（包括外部故障）与内部故障时，两侧电流相位或功率方向的差别，就可以构成各种差动原理的保护。

例如纵联差动保护、相差高频保护、方向高频保护等。

差动原理的保护只反应内部故障、不反应外部故障，因而被认为具有绝对的选择性。

2.2.2 对继电保护的基本要求动作于跳闸的继电保护，在技术上一般应满足四个基本要求，即选择性、速动性、灵敏性和可靠性。

1.选择性定义：继电保护动作的选择性是指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，使停电范围尽量缩小，以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行。

原则：就近原则，即系统短路时，应由距离故障点最近的保护切除相应的断路器。

2.速动性定义：所谓速动性，就是发生故障时，保护装置能迅速动作切除故障。

对不同的电压等级要求不一样，对110KV及以上的系统，保护装置和断路器总的切故障时间为0.1秒，因此保护动作时间只有几十个毫秒（一般30毫秒左右），而对于35KV及以下的系统，保护动作时间可以为0.5秒。