第3讲普速铁路牵引供电系统保护配置与整定计算
这个5_牵引站供电线路的保护配置及其保护整定计算原则(南网规程)
系统〔2014〕88号附件牵引站供电线路的保护配置及其保护整定计算原则1 范围本原则规定了南方电网牵引站供电线路的保护配置要求及其保护整定计算原则。
本原则适用于南方电网牵引站供电线路的保护配置及其保护整定计算。
本原则适用于南方电网企业及用户负责继电保护管理和运行维护的单位。
有关规划设计、研究制造、安装调试单位及部门亦应遵守本原则。
2保护配置要求220kV牵引站供电线路应配置适应负荷波动特性的双套光纤差动保护，对于三相式供电模式，每套保护配置三段式相间及接地距离、两段或四段零序过流（和流）保护、一段PT断线相过流及零序过流的后备保护。
对于两相式供电模式，一般不配置接地距离保护。
110kV牵引站供电线路，一般为三相式供电模式，应配置三段式相间及接地距离、四段零序过流保护、两段PT断线相过流保护的后备保护。
具备光纤通道的110kV线路，可配置一套光纤电流差动保护。
对于长度不超过8km 的短线路、同杆架设的双回线应配置一套光纤电流差动保护。
对多级串联的线路，为满足快速性和选择性的要求，应装设一套光纤电流差动保护。
3 保护整定计算原则本整定计算原则主要明确了牵引站供电线路保护与一般线路保护相比存在的特殊点，其他未明确的整定计算原则均按照《南方电网220kV～500kV系统继电保护整定计算规程》（Q/CSG 110028-2012）及《南方电网10kV～110kV系统继电保护整定计算规程》（Q/CSG 110037-2012）的有关规定执行。
本原则中的牵引站供电线路特指与牵引站直接相连的输电线路。
本原则明确了牵引站供电线路系统侧的整定计算原则，适用于单线单变的接线型式，其他接线型式视具体情况综合考虑。
3.1 总则3.1.1牵引站作为大用户站，是电网的组成部分，其安全运行关系到电网稳定，牵引站供电线路的保护整定计算以保证电网安全稳定运行为根本目标，同时考虑大用户的需求。
3.1.2牵引站新建、扩建或改建工程中，铁路部门应根据工程项目建设进度按规定时间（新建、扩建工程投产前3个月，改建工程投产前1个月）向整定计算部门以书面格式提交牵引站供电线路重合闸方式要求、牵引站接线图、运行方式、最大负荷电流、站内保护配置情况及牵引变阻抗、接线型式等资料。
牵引变电所保护配置及整定原则
牵引变电所保护配置及整定原则牵引变电所，听起来是不是挺神秘的？其实它就在我们的生活中默默地发挥着重要作用，保证了电力的平稳传输，确保了我们的生活不受停电的困扰。
那变电所保护配置及整定原则，听上去又是一大堆技术术语，很多人可能觉得有点晦涩难懂。
别着急，咱们今天就用最简单的语言聊一聊这方面的内容，保证让你听得懂、记得住，甚至能在朋友面前抖一抖自己的知识小故事，大家都觉得你真是“行”！首先啊，牵引变电所的保护配置，可以简单理解为变电所为了防止各种电力设备出现故障，给自己安的“保险”。
大家都知道电力设备就像是我们家的电器一样，使用久了总会有个“老化”期，不小心出现点问题，就可能让整个电网瘫痪，甚至还可能引发大范围的停电事故。
那可就麻烦了。
所以变电所就需要一套很强大的保护系统，确保任何小问题都能第一时间被发现并解决，就像一个隐形的保镖，时刻守护着整个电网。
保护配置的核心原则就是“早发现、早处理”。
比方说，如果变电所的设备出了短路或是过载的故障，保护装置就会迅速“感知”到问题，并自动切断电源，防止故障继续扩展，影响到其他设备或者是整个电力系统。
这就好比你家的电器如果插座插得太满，出现了过载，电路断路器就会迅速断开，避免电器爆炸，避免火灾。
这个过程，一点也不夸张，就是“断电也得保命”的意思。
但是，光是“发现问题”和“切断电源”可不够，还得有个“整定”过程，才能确保保护装置能在“合适的时机”出手。
这就像咱们在生活中做事，得讲个分寸，不能随便冲动。
电力系统也是一样，它的保护装置设置了各种整定值，比如说，允许多大的电流通过，达到什么样的阈值才切断电源。
这个阈值设置得太低，万一出现正常的电流波动，保护装置就误判为故障，那岂不是太“玻璃心”了？而阈值设得太高，可能就无法及时发现故障，造成更大的损失。
所以，整定值的合理设定尤为重要。
接着讲，保护装置的选择也是有门道的。
就拿牵引变电所来说，通常会配置多种保护装置，比如过电流保护、差动保护、距离保护等，每种保护装置负责不同的任务。
不同供电方式下牵引网保护配置及整定计算—牵引供电方式(铁路牵引供电系统继电保护)
全并联AT供电方式
全并联AT供电方式
全并联AT供电方式是在复线AT供电方式的基础上，通过 AT 所、 分区所的母线和断路器，将上下行牵引网并联连接的供电方式。上 下行牵引网虽然都有各自的断路器，但在正常情况下均为一用一备 运行方式，即上下行牵引网共用一台断路器。
全并联AT供电方式
图3.8 全并联AT供电方式示意图
带回流线的直接供电方式
1
2 6
T 5 3 4
R
图3.5 带回流线的直接供电方式示意图 1—牵引变电所；2—接触网；
3—电力机车；4—吸上线；5—回流线；6—钢轨
带回流线的直接供电方式
带回流线的直接供电方式的特点
1 减少流入大地的电流，减轻对通讯的干扰危害。 2 降低钢轨电位，减小馈电回路的阻抗。
3 馈电回路和设备简单、投资省、运营维护方便。
AT供电方式
AT供电方式
AT（Auto Transformer 自耦变压器）供电方式，即225kV供 电方式，是指AT变压器跨接于接触网（T线，Touch）和正馈导线 （F线，Feeder）之间，其中点与钢轨及沿接触网线路同杆架设的保 护线（PW线，Protecting Wire）相连的一种供电方式。
直接供电方式
直接供电方式
直接供电方式（TR供电方式），是在牵引网中不加特殊防护措 施的一种供电方式。电气化铁路最早大都采用这种供电方式，它一 根馈线接在接触网（Touch）上，另一根馈线接在钢轨（Rail）上。
直接供电方式
1
2 T
3 4
R
图3.1 直接供电方式示意图 1-牵引变电所 2-接触网 3-机车 4-钢轨
上行 下行
直接供电方式
直接供电方式的特点
牵引变电所保护整定计算简介
牵引变电所保护整定计算简介牵引变电所保护整定计算建议一牵引变压器保护整定计算主变额定电流排序：高压两端：对y/∆-11、平衡变、scott型高压两端额定一次电流ieh=s/(×uh)对v/v和单化学反应高压侧额定一次电流ieh=s/uh对y/∆-11型低压侧额定一次电流iel=s/(3×ul)对平衡变、scott型扰动两端额定一次电流iel=s/(2×ul)对v/v和单化学反应低压侧额定一次电流iel=s/ul(s：主变容量；uh：高压两端额定电压110kv；ul：扰动两端额定电压27.5kv)1、差动维护主变高压侧电流互感器接线方式：对y/∆-11、平衡变流互二次侧均接成∆，故计算装置侧的额定电流必须考量的接线系数kjx=3，其他类型流互二次两端均K817y,接线系数kjx=1。
主变扰动侧流互二次两端均K817y。
高压侧额定一次电流变换至装置ieh’=ieh×kjx/nh低压侧额定一次电流变换至装置iel’=iel/nl差动保护定值整定如下：1）、主变类型：按类型选择。
2）、控制字：按要求整定。
3）、平衡系数kph：a)对均衡变压器：kph=nlnh4nlb)对y/△-11变压器：kph=c)对v/v接线变压器：kph=4d）对scott变压器：kph=44）、二次谐波制动系数：kyl=0.155）、差动速断电流按逃过励磁充盈考量，通常挑5～6倍额定电流：isd=6×ieh’6）、差动动作电流按0.5~0.7倍额定电流整定：idz=0.5×ieh’7）、差动刹车电流1按1倍额定电流整定：izd1=1×ieh’8）、差动刹车电流2按3倍额定电流整定：izd2=3×ieh’9）比率刹车系数1挑0.3。
10）比率刹车系数2挑0.5。
2、后备维护后备保护主变高低压侧电流互感器二次侧均接成y。
高压侧额定一次电流变换至装置ieh’=ieh/nh低压侧额定一次电流变换至装置iel’=iel/nl后备保护定值整定如下：1）、三相过流电流：i3gl=kk×ieh’，kk挑1.5。
牵引供电系统继电保护配置及整定计算技术导则
牵引供电系统继电保护配置及整定计算技术导则1. 引言哎呀，大家好！今天我们来聊聊牵引供电系统的继电保护配置和整定计算这块儿。
听上去可能有点专业，但其实跟咱们生活中的电器保护是一个道理，简单明了。
想象一下，你家里的电器突然短路，咱们肯定希望它能及时“跳闸”保护自己，对吧？同样，铁路的供电系统也需要这样的保护措施，以确保安全、可靠地运行。
2. 牵引供电系统的基本概念2.1 什么是牵引供电系统？简单来说，牵引供电系统就是为列车提供动力的电力系统。
就像给汽车加油，列车也是需要电的！这个系统包括变电站、供电线路，还有各种电气设备。
想象一下，变电站就像是一个巨大的电源插座，负责把电输送到列车上。
没电，列车就“趴窝”了，别说出门了，连站着都没劲儿。
2.2 继电保护的重要性说到继电保护，简单理解就是一种“保护伞”。
它能帮助咱们在电力系统出现故障的时候，及时切断电源，避免更大的损失。
这就像是你在家里发现漏水了，第一反应就是赶紧关掉水阀！在牵引供电系统中，这个保护装置能确保设备和人身安全，防止发生火灾、设备损坏等风险。
3. 继电保护的配置3.1 保护配置的原则好，咱们接下来聊聊保护配置。
首先，配置原则得好好琢磨。
通常来说，要根据设备的重要性、故障类型以及运行条件来进行合理配置。
比方说，重要设备就要更严格地保护，像是家里的冰箱，万一坏了可就麻烦了！保护配置要做到“因地制宜”，这样才能真正在关键时刻保护好设备。
3.2 整定计算的关键要素整定计算就有点儿像做一道数学题，但别担心，我们不是要考高数。
它主要是计算保护装置在何种情况下能够及时跳闸，具体参数要根据设备的额定电流和故障电流来决定。
比如说，如果你知道你家电器的最大负荷是2000瓦，那你就得确保保护装置在这个负荷出现异常的时候能够迅速反应。
简而言之，就是要把一切都安排得妥妥当当，像是给电器穿上了“防护服”。
4. 结论总的来说，牵引供电系统的继电保护配置和整定计算是个细致活儿，绝不能马虎。
牵引供电系统保护基本原理全
➢动作时限
t' 0s
没有人为延时，只考虑继电 保护固有动作时间
16
❖保护范围校验
最大运行方式下三相短路时保护范围最大，最小运行 方式下两相短路时保护范围最小。
最小运行方式下两相 短路时的保护范围
Lb%L Lm AiB n100%(15%~20% )
线路全长
ห้องสมุดไป่ตู้17
❖ 电流速断保护的评价
➢ 优点：简单可靠，动作迅速 ➢ 缺点：
jX
Zset
ZK
k
R
jX
1 2 Z set
o
Zset
1 Z K 2 Z set
ZK R
全阻抗继电器
方向阻抗继电器
34
方向阻抗继电器的死区及消除死区的方法
当在保护安装地点正方向出口处发生相间短路时,故 障环路的故障电压将降低为零,此时任何具有方向性 的阻抗继电器将因加入的电压为零而不动作,从而出 现保护装置的死区。 为减少和消除死区，可采用以下方法： ➢ 记忆回路 ➢ 装设辅助保护（主要为电流速断保护）
◆相控整流电力机车负荷电流中含有丰富的奇次谐波 分量（三次谐波为最多），而牵引网短路电流接近于 正弦波，因此可利用三次谐波的含量区分正常工作与 故障状态； ◆电力机车通过电分相或空载投入AT，牵引网产生 的励磁涌流接近故障电流，但其中含有较高的二次谐 波分量，因此可利用二次谐波区分励磁涌流和故障电 流。
保护2 电流速断
保护1 电流速断
A
B
C
D
2
1
t
t' 2
t '' 2
t '' 1
t
t ' t
1
l
铁路牵引变电所保护设置与整定计算举例
2017/8/23
12
一、对继电保护的基本原理及要求 牵引变电所保护系统主要分为以下几部分：
1.牵引变压器保护(含备用变压器自投装置与进线
电源失压自投装置)
2.牵引网保护与馈线一次自动重合闸装置
3.并联电容补偿装置保护
被保护区末端金属性短 路时故障参数的最小计 算值 Ks 保护装置动作参数的整 定值
2017/8/23
11
一、对继电保护的基本原理及要求
4.可靠性 保护装置的可靠性是指被保护范围内发生故障时，保 护装置的可靠程度。包含下面两种含义： 1.在保护装置应该动作的情况下，不因保护装置本身
的某种原因而拒绝动作，即不拒动；
2017/8/23
4
一、继电保护基本原理及要求
（二）继电保护的主要作用是：
1.当被保护元件发生故障时，能自动、迅速而有选择地借助断路
器将故障元件从电力系统中切除，以保证系统的其它元件正常运 行，并使故障元件免于继续遭受损坏。
2.当被保护元件出现不正常运行状态时，保护装置能发出信号， 以便值班人员采取有效措施，或由其它自动装置进行自动调整，
ATS4
ATS5 TSS2
ATS6
D7
D2
D4 D6
D8
D1、D2保护配置： ◆阻抗1段 ◆阻抗2段 ◆电流速断 ◆过电流 ◆电流增量 ◆自动重合闸
D5、D6保护配置： ◆阻抗1段 ◆电流速断 ◆电流增量 ◆自动重合闸
（与正常供电时D1、D2相同）
25
谢谢！
26
2017/8/23 9
一、对继电保护的基本原理及要求
第3章牵引变电所容量计算与确定教育课件
IIe Ie
(3-33)
（2）单相结线牵引变压器供给二个供电臂时，绕组有效电流IIe为：
I Ie
1 3
I e21
I
2 e2
2I av1
I av 2
3、V，V结线牵引变压器绕组的有效电流
(3-34)
V，V结线牵引变压器是由两台单相牵引变压器联接而成，每台变压器 负责一个供电臂的供电任务，故其绕组有效电流即为馈线有效电流，即：
1）馈线平均电流
一对列车在供电分区运行时的能耗不变，为：
A UI g
t g 60
UI av1
T 60
kVAh
则一对列车在馈线上的平均电流为：
I av1
t g T
Ig A
当有N对列车通过供电分区时：
I av
NI av1
N
t i T
Ig A
研究学习
(3-14)
(3-15)
15
3-2-2 馈线电流
因为
研究学习
25
3-3 牵引变压器的计算容量
3-3 牵引变压器的计算容量
3-3-1 不同结线方式变压器的绕组有效电流 3-3-2 牵引变压器计算容量的确定
研究学习
26
3-3-1 不同结线方式变压器的绕组有效电流
3-3-1 不同结线方式变压器的绕组有效电流
计算变压器绕组有效电流，首先要明确供电臂负荷在变压器采用不同 结线方式时在变压器绕组中的分配关系。这样就可以用供电臂有效电流和 平均电流求得变压器绕组的有效电流。
(3-26)
两边同时开方得：
Ie Ie2上 Ie2下 2Iav上Iav下
(3-27)
采用实用简化公式为：
Ie Ke Iav
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1 Rzd Rzd 1 K
自适应阻抗继电器的动作特性图
6
②二次谐波闭锁 ◆目的
为了避免电力机车通过电分相或AT供电方式下空载 投入接触网产生的励磁涌流引起保护误动作。
◆判据
I2 K2 I1
7
3.距离保护的整定
一、ab边的整定
ab边按线路阻抗整定，即： X zd K k X 0 L
典型动作时限0.1s
RZD
K k I F max
cos F tg L
线路阻抗角
◆阻抗Ⅱ段
最大负荷电流
电抗边整定按线 路全长2L整定： X ZD K k 2 L X 0 电阻边按负荷阻抗整定 典型动作时限0.2s
25
◆电流速断
电流速断按躲过分区所SP处最大短路电流整定。 I zd 1.2I d .SP. max SP处短路时的最 典型动作时限0.1s
普速铁路牵引供电系统 保护配置与整定计算
西南交通大学电气工程学院
主要内容
牵引网保护原理分析 牵引网保护配置与整定计算 牵引变压器保护配置与整定计算
2
第1节 牵引网保护原理分析
一、牵引供电系统的特点
◆单相、移动、冲击性负荷； ◆负荷电流变化范围大； ◆负荷电流中的谐波含量高（20%～30% ），在再 生工况下更高（可达40%以上）； ◆空载投入机车牵引变压器、含有AT或BT的牵引网 空载投入时，将产生励磁涌流； ◆供电臂供电距离长，单位阻抗大； ◆牵引网结构复杂，接触网机械故障的机率增大。 因此，与电力系统中的线路保护相比，牵引网馈线 保护有其特殊性。
1 3 I A I B I Mt I Mf 1 3 I B I C 2n n 1 I Tt I Tf T CT 1 0 2 I C I A 1 3 I nCT 2 3 1 2nT nCT 1 I 0 2 1 3 I 1 3 1 K ph I 0 2
电阻边按负荷阻抗整定： ZD 0.9U n cos F sin F R K k I F max tg L
最大负荷电流 线路阻抗角
典型动作时限0.1s
28
◆电流速断
1列车最大负荷电流
按躲过1列机车最 大负荷电流整定： I ZD 1.2 I JC .max 典型动作时限0.1s
15
2.保护整定 ◆阻抗Ⅰ段
可靠系数
线路全长
单位线路电抗
电抗边按线路全长整定： ZD K k L X 0 X 电阻边按负荷阻抗整定：RZD 典型动作时限0.1s
最大负荷电流
负荷角
0.9U n K k I F max
sin F cos F tg L
线路阻抗角
I2 ◆二次谐波闭锁：I1 K 2
◆原理框图
信号
I2/I1≥KYL
△I≥I△ZD
&
t
△ZD
跳闸
10
5.动作分析
◆负荷→故障
故障电流基本为纯正弦波，则K =0，显然，继电器的动 作量为基波电流增量。
◆负荷→负荷
负荷电流中综合谐波含量越大，继电器的动作量也就越 小，继电器的动作门槛值也就越大，继电器越不容易动 作。可见改进后躲过渡电阻的能力大大增强。
16
◆电流速断
最大负荷电流
I zd K k I F max
可靠系数
典型动作时限0.1s
I d .SP.min K 1.2 灵敏度校验： m I zd
信号
I1 I zd
t
跳闸
17
◆电流增量
I zd K k I F max
可靠系数 一列车的启动电流
动作时限＝常规保护最长时限＋(0.2 -0.4)s
W1
W2
I
变 压 器 微 机 保 护 装 置
1 0 1 I ＝ 0 1 K ph 1 1 I
I
I
I
30
◆单相变压器
I A I B 2nCT 2 nT nCT 1 I B I A
电阻边按负荷阻抗整定
20
典型动作时限0.2s
◆电流速断
电流速断按分区所SP处最大短路电流整定。
I zd 1.2I d .SP. max
SP处短路时的最 大短路电流
典型动作时限0.1s
21
◆过电流
过电流定值按躲过最大负荷电流整定。
I zd K k I F max
可靠系数 最大负荷电流
典型动作时限0.2s
二、bc边的整定
按基波最小负荷阻抗整定，即：Rzd Z f max (cos sin / tg L )
Z f max U F min K k I F max
8
பைடு நூலகம்
三、电流增量保护
1.目的 提高躲过渡电阻能力 2.基本思想 ◆负荷电流在短时间（ms级）内增量不大； ◆短路电流在短时间（ms级）内增量很大。 3.电流增量定义
IA
IC
IB
I A
IC
IB
W1 W2
I
I
变 压 器 微 机 保 护 装 置
I
I
32
◆阻抗匹配平衡变压器
I A I B 2nCT 2 I B I C nT nCT 1 I C I A
◆躲过渡电阻能力强、灵敏度高
12
四、过电流保护
◆综合谐波抑制 ◆二次谐波闭锁
信号
I1 K I I zd I 2 / I1 K 2
t
跳闸
13
五、反时限过负荷保护
常用的三种反时限特性 0.14 ◆一般反时限 t 0.02
I IGF 1 TGF 10
IC I A
W1
1 K ph
3 1 2 3 1 2 1
3 1 2 3 1 2 1
3 1 W2 I b 2
3 1 W2 2
变 压 器 微 机 保 护 装 置
I
W2
Ia
Ic
I
I
I
33
◆SCOTT变压器
信号
I1 K I I zd I 2 / I1 K 2
t
跳闸
18
二、单线越区供电方式
SS L1 D1 D2 SP L2
1.保护配置
◆阻抗Ⅰ段 ◆阻抗Ⅱ段 ◆电流速断 ◆过电流 ◆电流增量（选配）
19
2.保护整定 ◆阻抗Ⅰ段
电抗边按线路全长L1的 85%整定： 典型动作时限0.1s
I I1 K A K I g I1h I1q K A Kh I1h (1 Kh )I ZD
11
6.特点
◆可按一列机车起动电流整定
I zd K k I F .max
机车起动电流，跟机车类型有关，一般在200A左右。 典型时限：常规保护最长时限＋(0.2 -0.4)s
线路全长
单位线路电抗
X ZD 0.85 L1 X 0
0.9U n K k I F max
负荷角
电阻边按负荷阻抗整定：RZD
sin F cos F tg L
线路阻抗角
最大负荷电流
◆阻抗Ⅱ段
电抗边整定按线路全 长（L1+L2）整定： X ZD K k ( L1 L2 ) X 0
IA
IB
I IB A A IB I
I I
1 I ＝ K ph I
W1 W2
I
变 压 器 微 机 保 护 装 置
I
31
◆Vv变压器
I A 1 0 nCT 2 I I B n n 0 1 T CT 1 1 1 I I C 1 0 1 I 0 1 K ph 1 1 I
◆相控整流电力机车负荷电流中含有丰富的奇次谐波 分量； ◆电力机车通过电分相或空载投入AT，牵引网产生 的励磁涌流中含有较高的二次谐波分量。
基本思想：根据负荷电流中综合谐波含量，自动调节
阻抗继电器的边界。
5
①综合谐波抑制
◆综合谐波含量定义
I 2 I3 I5 I 7 K I1
◆自适应调节动作边界
◆电流增量
I zd K k I F max
一列车的启动电流
动作时限＝常规保护最长时限＋(0.2 -0.4)s
29
第3节 变压器保护
一、差动保护 1. 电流平衡方程
IA
IB
IC
I IB A
I B IC IC I A
◆Y/△-11变压器
I d .SP.min K 1.2 灵敏度校验： m I zd
I1 K I I zd I 2 / I1 K 2
22
信号
t
跳闸
◆电流增量 I zd K k I F max