V/V接线铁路牵引变压器供电线路距离保护定值整定探讨

V/V接线铁路牵引变压器供电线路距离保护定值整定探讨

梁国英 时玉坡

中国铁路济南局集团有限公司青岛供电段 山东 青岛 266000

摘要：随着我国高铁跨越式发展，越来越多的电铁牵引站投入运行。而电铁牵引变压器的电压等级、接线方式种类繁多，等值模型各不相同，给距离保护的整定计算带来诸多问题。本文分析了常见电铁牵引变压器等值阻抗的计算方法，并从整定计算的角度分析距离保护取值原则。

关键词：牵引变；整定；高铁；归算阻抗

我国牵引变压器接线型式主要有5种，分别为单相接线、V/V接线、Y/d接线、Scott接线、阻抗平衡接线变压器。在铁道电气化牵引变电站中多数情况：高压为110kV，低压为27.5kV。因为铁道电气化是需要单相供电（27.5kV侧），而电源方（220kV侧）是三相电源，这样通过V/V接线变压器实施了三相变两相（两个单相，分别供上、下行机车）的目的，这种V/V接线变压器结构简单，节材、节能、体积小、为100%的利用率。

1.电气化铁路运行特性及电气特征

1.1电气化铁路运行特性

电气化铁路牵引负荷是电力系统的重要负荷，同时又是一种特殊负荷，具有不对称性、非线性、冲击性、越区供电能力要求高、短时集中负荷特征明显、负序谐波特性明显等显著特点。电气化铁路牵引供电系统是一个非常庞大而复杂的系统，包括牵引变、接触网、电力机车等很多部分，每一部分又呈现复杂多样的特点。这些使得配套供电工程的方案设计不同于普通供电工程的方案设计，需要考虑更多的因素，设计更加复杂，对供电技术提出了更高标准，协调工作量更大。对于时速160公里，牵引重量为1000吨的列车，所需牵引功率4600kW；时速为250公里，牵引重量仍为1000吨时，列车牵引功率达到13300kW，速度提高0.6倍，牵引功率增加1.9倍；高速铁路设计最高时速350公里，列车牵引功率将达到24800千瓦，速度提高1.2倍，牵引功率则提高4.4倍；对于万吨重载列车、设计时速100公里时，牵引功率达到28000kW，重载铁路牵引功率还稍大于高速铁路的牵引

功率。

1.2某220kV电气化铁路一次接线及电气特征

电铁牵引站的典型接线如图1。图中所示为示意接线，系统变电所母线为双母，本图仅表示单母，牵引站内部为采用2台单相变压器组成V/V结线。

图1电铁牵引站典型一次接线

这种2台单相变压器组成V/V结线不同与以前采用的单相接线的电铁牵引变压器，两者的电气量分析也不同。如图2所示。

图2单相变压器和V/V接线变压器的电气量特征分析

从图2可以看出，对于单相接线的牵引变压器而言，由于电铁牵引变的低压侧电压等级为55kV，高压侧的电压等级为220kV，即高、低压侧的电压比为4：1，所以存在如下电气关系：高压侧三相电流如公式1所示，

IA=I1

IB＝-I1（1）

IC＝0

低压侧电流和高压侧电流之间的关系如公式2所示，

I1＝I2/4

I2＝I左＋I右（2）

即：I左+I右＝4IA－4IB（3）

对于V/V接线的牵引变压器而言，其高低压侧电流存在如公式4和公式5所示的关联关系：

IA=-I左1=-I左2/4=-I左/4，即I左=-4IA（4）

IC=-I右1=-I右2/4=-I右/4，即I右=-4IC（5）

即：I左+I右=-4（IA+IC）=4IB（6）

2某220kV电气化铁路供电线路保护配置情况及整定原则

2.1220kV电气化铁路供电线路保护配置

（1）电铁供电线路的保护按单线送终端方式考虑，即仅在系统变电所侧配置距离、零序保护装置，线路在电铁牵引站侧不配置任何保护；

（2）线路保护采取三相跳闸方式，重合闸功能退出；

（3）电铁供电线路系统侧不考虑旁路代；

（4）距离保护不需经振荡闭锁。

2.2 220kV电气化铁路供电线路保护整定原则

2.2.1距离Ⅰ段整定

三相电铁线路一般配置三段式相间、接地距离保护，为简化距离保护计算，接地、相间距离保护可取相同定值。同时由于电铁线路均为线变组接线，若已配置双套全线速动的光纤差动保护，距离Ⅰ段可按躲线未故障整定；若未配置全线速动的保护，考虑到系统稳定要求，距离Ⅰ段伸入对侧变压器，同时确保不伸出变压器低压侧母线。原则如下：

（1）按可靠躲过本线路末端故障整定。（已配置光差保护时取此原则）

Z_zd≤K_K*Z_L

K_K为可靠系数，取0.7；Z_L为线路正序阻抗值。

（2）按本线路末端故障有灵敏度整定，以保证全线速动性。（未配置光差保护时取此原则）

Z_zd≥K_lm*Z_L

K_lm为灵敏系数，大于等于1.5；Z_L为线路正序阻抗值。

（3）躲过电铁牵引变电站变压器低压侧故障。（未配置光差保护时取此原则）

Z_zd≤K_K*Z_L+K_T*Z_T/K

K_K为可靠系数，取0.7；Z

_L为线路正序阻抗值；K_K为变压器可靠系数，取0.7；Z_T为

牵引变正序阻抗等效计算值；K为折算系数。

（4）距离Ⅰ段整定时间取0S。

2.2.2距离Ⅱ段整定

距离Ⅱ段保证全线故障有足够灵敏度整定，同时确保不伸出变压器低压侧母线。

（1）按本线路末端故障有灵敏度正定，以保证全线速动性。

Z_zd≥K_lm*Z_L

K_lm为灵敏系数，大于等于1.5；Z_L为线路正序阻抗值。

（2）躲过电铁牵引变电站变压器低压侧故障。（未配置光差保护时取此原则）

Z_zd≤K_K*Z_L+K_T*Z_T/K

K_K为可靠系数，取0.7；Z_L为线路正序阻抗值；K_K为变压器可靠系数，取0.7；Z_T为

牵引变正序阻抗等效计算值；K为折算系数。

（3）距离Ⅱ段整定时间与牵引变压器差动保护配合，取0.3S。

若本线路未配置光差保护时，距离Ⅱ段取值原则与距离Ⅰ段相同，由于Ⅱ段带延时而Ⅰ段不带延时，此时距离Ⅰ段可尽量取小，以确保牵引变压器发生障时尽量不误动，距离Ⅱ段取值尽量取大，以确保有更多的保护范围。

2.2.3距离Ⅲ段整定

由于电铁牵引变主变保护一般均为单套配置，距离Ⅲ段考虑保对侧电铁牵引变压器低压侧故障有远后备灵敏度，同时躲最大负荷阻抗。若无法兼顾可用四边形特性的电阻分量或电阻线来躲负荷阻抗。原则如下：

（1）按保牵引变压器低压侧故障有远后备灵敏度。

Zzd≥K_lm*（Z_L+Z_T/K）

K_K为灵敏系数，取0.7；Z_L为线路正序阻抗值；Z_T为牵引变正序阻抗等效计算值；；K为折算系数。

（2）按躲线路最小负荷电阻值整定

Z_zd≤0.9U_e/（K_K*K_f*K_zqd*√3*I_fhmax）

KK为可靠系数，取1.2；K_f为返回系数，可取12，K_zqd为负荷的自启动系数，取1.5-2.5；U_e为额定运行电压（相见电压）；If_hmax应有铁路部门提供，牵引变可能过负荷若倍运行，不能用变压器容量进行折算，应取两台变压器共用相的最大电路；由于负荷阻抗角与线路、变压器阻抗角相差较大，假设负荷阻抗角为30度，实际电阻分量阻值可取阻抗分量值得一半。

（3）距离Ⅲ段整定时间与牵引变压器高后备保护定制保护配合，取T_zd≥T_T+△T。△T=0.3s

2.2.4牵引变压器的正序阻抗等效计算

由于三相牵引线路一般由两台单相变压器挂在线路两个相间运行，变压器的归算阻抗不能直接用于整定计算。X_Ｔ=U_e^２*U_ｋ% /S_ｅ式中：U_ｋ%为以单相容量为基准的短路电压百分比；S_ｅ为单相额定容量；U_e为额定相间电压。

为简化计算，按躲变压器计算时X_T取牵引变的穿越阻抗，按保变压器计算时X_T取牵引变的半穿越阻抗。与此同时，变压器低压侧母线发生金属性短路故障时，安装在变压器高压侧的接地阻抗继电器最小测量阻抗为Z_T=X_T/3、相间阻抗继电器最小测量阻抗为Z_T=X_T/2，出相间距离保护的定值可直接取接地距离保护定值，因此躲过电铁牵引变电站变压器低压侧故障Z_zd≤K_K*Z_L+K_T*Z_T=K_K*Z_L+K_T*X_T/3（K=3）；按保牵引变压器低压侧故障有远后备灵敏度Zzd≥K_lm*（Z_L+Z_T）=K_lm*（Z_L+X_T）（K=1）。

3.结语

电铁牵引变的特殊接线组别及与线路的接线方式，使得距离保护整定计算面临很多问题。通过对牵引变模型的分析及适当的处理，距离保护仍能正确保护牵引线路、不会因为定值设置错误造成保护的误动，同时能一定程度上做为牵引变的后备保护。

参考文献：

[1]DL/T594-2007，220～750kV电网继电保护运行整定规程［S］.

[2]GB-14285，继电保护和安全自动装置技术规程［S］.

[3]汤大海、严国平《220KV线路距离保护在V/X接线牵引变压器短路时测量阻抗分析》《电力自动化设备》2013年02期

[4]崔家佩等.电力系统继电保护与安全自动装置整定计算［M］.中国电力出版社.2003.6