高速铁路牵引供电系统继电保护研究黄柏翔

高速铁路牵引供电系统继电保护研究黄柏翔

黄柏翔魏金兖宫晨

中国铁路济南局集团有限公司调度所山东省济南市250000

摘要：对于地铁牵引供电系统来说，在一定程度上会有列车的频繁制动导致的能源浪费和牵引变电所供电的距离比较短等问题的存在，使线路牵引变电所的数量以及工程的建筑成本都有所增加。所以，在新建线路时可以使用反馈式的新型直流牵引供电系统来回收列车制动能量，还可以适当地提高牵引网的电压来增加供电能力，从而减少线路牵引变电所的数量。牵引供电系统为高速铁路动车组提供主要的动力资源，然而继电保护对牵引供电系统对于保障动车组安全可靠地供电起了关键性的作用。因为系统的结构、供电的方式和用电的负荷都有所不同，牵引供电系统继电保护原理和电力系统有非常大的区别。基于此，本文首先简单介绍了牵引供电系统，随后从三个方面给出了高速铁路牵引供电系统继电保护的措施研究，以此来供相关人士交流参考。

关键词：高速铁路；牵引供电系统；继电保护

引言：高速铁路的牵引供电系统主要就是为电力机车提供连续可靠的电能。要想让牵引供电系统能进行安全可靠地供电，就需要继电保护来发挥作用，当牵引供电系统正常运行的时候，继电保护能够满足电力机车运行所需要的各个方面的同时，还能在牵引供电系统无法正常工作和出现损坏问题的时候起到保证供电系统及其设备安全运行的作用。在高速铁路长期运行的时候，系统难免会出现一些问题。对于牵引网来说，因为动车组是通过受电弓和接触线滑动接触的取流方式和机械振动等因素，牵引网出现故障问题的机率比电力系统大很多。因为材料、制造的工艺、安装技术以及维护技术等原因，我国牵引网出现故障问题的机率相比国外的电气化铁路要高出很多。在通常情况下的保护措施在一些严重的状况下是不能有效应对的，有可能会造成牵引网的烧毁甚至是扫段、列车供电的长时间中断等严重的事故。对于变压器来说，我国高速铁路使用特殊接线的变压器，它的容量和电压等级相比于普速铁路有了很大的提高。

一、牵引供电系统的概述

牵引供电系统是有牵引变电所和牵引网组成，牵引变电所与牵引变压器类型与牵引变电所的连接方式的选择有关，供电方式影响着牵引网的电压水平。与此同时，牵引供电系统的安全运行取决于电气保护的配置[1]。我国高速铁路使用的是AT供电方式，这种供电方式可以使牵引变压器端输出电压升高一倍，增加供电臂的长度，减少线路牵引变电所的设置，提高输电的能力，减少牵引网的阻抗，减少对通信造成的影响。

二、高速铁路牵引供电系统继电保护的措施研究

（一）高速铁路牵引供电系统继电保护

牵引网是多导线供电回路，主要由馈电线、回路线和接触网组成，是动车组取得电能的唯一的方法。动车组要想获得电流，就需要受电弓和接触导线的滑动接触来实现。在动车运行的过程中，受电弓和接触导线一直都是处于滑动接触的状态，若两者出现接触不良的问题，就会出现过热或产生电弧的情况，从而导致接触导线的损伤。除此之外，要让受电弓滑板能够均匀磨损，就要使接触导线和受电弓中心线形成交角，以之字形的方式来布置，动车组的高速移动产生的压力让接触导线长时间处于振动状态，牵引网机械产生故障的机率就随之增大[2]。所以，牵引网短路的故障出现的频率要比电力线路更加频繁。因为牵引网运行的条件比较恶劣而且不能备用，所以牵引网的继电保护对于电气化铁路安全运行是非常重要的。电压等级在200kv以上的电力系统的主保护主要采用光纤电力纵差保护，保障了线路故障跳闸的选择性与速度性。但电力线路的负荷都在差动保护的范围外，符合电流就不能影响差动保护的定值与灵敏度[3]。若牵引网使用光纤纵差保护，就会因为动车组负荷运行在差动保护的范围内，差动电流的动作值必须比牵引网的最大负荷电流要大，这就造成差动保护的保护范围与灵敏度与基于单端信息量的过电流保护一样，没有体现差动保护的优势，所以高速铁路普遍采用全并联AT供电方式。

（二）牵引变压器的保护

在牵引供电系统中最关键的设备就是牵引变压器，牵引变压器的继电保护在很大程度上影响着设备的安全与供电的是否可靠。牵引变压器的高压侧牵连着三相电力系统的三相或两相，而低压侧则转变为两相或者是单相来给牵引负荷供电，所以牵引变压器的接线方式、绕组容量选择和容量利用率等方面与电力变压器存在着很大的不同。要适应高速铁路列车运行速度快、行车密度大的特点，对列车的牵引功率就有很大的要求。在我国高速铁路采用的AT供电方式下，牵引变压器可以采用V/X接线变压器和二次侧中性点抽出的Scott接线变压器[4]。在当前，牵引变压器主保护通常都使用瓦斯保护和电流差动保护。但因为外部电源和变压器容量发生了变化，低电压启动过电流保护来作为后备保护存在着一些问题。现有的低电压启动过电流保护的基础上，提出了后备保护方案，适用于AT供电方式的V/X接线变压器和二次侧中性点抽出的Scott接线变压器。过电流保护的作用主要是保护外部短路造成的变压器过电流，过电流保护同时也能成为变压器差动保护的后备保护。相同于线路的定时限过电流保护工作原理，牵引变压器过电流保护原理同样的也是在电流大于整定值的时候保护动作。

（三）供电臂联跳保护在数字化牵引变电所的应用

对于联跳保护来说，变电所、AT所很热分区所保护装置之间只需要发送或者接受跳闸和闭锁信号，并不需要模拟量的采样值或者有效值的信息的交互。所以，可以通过联络信号线和通信等方式来实现。高速铁路为了具备测速功能已经为所间通信配置了光纤通道，所以便于使用通信的方案来进行以供电臂为单元的联跳保护[5]。如今计算机技术、通信技术和自动化技术等科学技术的不断发展，变电站自动化系统的发展通过经历了分层分布式的综合自动化系统、数字化变电站、智能变电站等过程，电力系统在智能电网的影响下，进行推进智能变电站建设，然而铁路牵引供电系统还停留在综合自动化系统阶段。在进行长期运行的过程中，因为故障或者是检修等问题，某个牵引变电所有可能会退出运行，相邻的牵引变电所被迫需要进行越区供电。

三、结束语

总而言之，列车、车站、线路、控制系统、通信系统和供电系统等煮成了轨道交通系统，其中最重要的部分是牵引供电系统，保证轨道交通的运营有安全、可靠和优质的电能供应。所以，牵引供电系统的研究成为轨道交通凌云研究的重点与热点，并且在同相供电和牵引变压器的研究过程中获得了非常丰硕的成果。我国高速铁路普遍采用的是电力牵引，牵引供电系统的作用就显得特别重要。但是我国的高速铁路发展的时间不长，而且速度相对来说比较慢，几点保护原理和保护配置的思路还是采用过去普速电气化铁路的经验，这样并不能满足采用了220kv的外部电源、V/X电压器、并联AT方式和动车组负荷的高速铁路牵引供电系统。所以，对高速铁路牵引供电系统的继电保护进行深入的研究，不但与现实需求相适应，而且还有重大的社会经济意义。

参考文献：

[1]王佩刚.高速铁路牵引供电系统继电保护研究[J].中国高新技术企2017（2）：104-105.

[2]于涛.高速动车组车辆牵引供电系统继电器保护的分析[J].电子测试，2017（21）：91-92.

[3]林勇，余龙，卜立峰，etal.地铁供电系统直流开关网络化保护技术探索[J].电工技术，2018，479（17）：55-57.

[4]靳松.基于贝叶斯知识库的AT牵引变电所故障诊断方法[J].科学技术创新，2017（7）：17-19.

[5]章蒙亚.基于矿井整流系统的继电保护设计[J].山东工业技术，2017（10）：261-261.