李 冰

0 引言

2011年7月1日京滬高鐵開(kāi)通運(yùn)行后，由于惡劣天氣影響，接觸網(wǎng)絕緣子受雷擊發(fā)生擊穿故障時(shí)，牽引變電所曾經(jīng)發(fā)生供電臂饋出斷路器沒(méi)有跳閘，而主變壓器越級(jí)跳閘現(xiàn)象。同時(shí)，導(dǎo)致綜合自動(dòng)化裝置無(wú)法提供故標(biāo)信息，給現(xiàn)場(chǎng)人員快速查找故障造成了嚴(yán)重影響。因此，對(duì)故障進(jìn)行技術(shù)分析，提出有針對(duì)性的改進(jìn)措施，迅速消除設(shè)備故障，確保京滬高鐵運(yùn)行安全，成為牽引供電系統(tǒng)一項(xiàng)刻不容緩的任務(wù)。

1 故障及存在的問(wèn)題

2011年8月12日，京滬高鐵周營(yíng)變電所主變壓器二次側(cè) 202DL發(fā)生低電壓過(guò)電流保護(hù)跳閘，興仁AT所271 DL和272 DL、望河分區(qū)所273DL和 274DL失壓跳閘，主變壓器所帶的望河上下行供電臂211DL、212DL均啟動(dòng)了阻抗Ⅰ段保護(hù)，但均未出口動(dòng)作，反映出主變壓器二次側(cè) 202DL與饋線211DL、212DL繼電保護(hù)存在越級(jí)跳閘問(wèn)題。同時(shí)，由于望河上下行供電臂211DL、212DL均未跳閘，綜合自動(dòng)化故標(biāo)裝置和保護(hù)裝置未能提供故標(biāo)信息。故障發(fā)生后，供電段對(duì)故障區(qū)段連夜組織了巡視檢查，發(fā)現(xiàn)滕州東—棗莊間下行K620處接觸網(wǎng)1065#支柱AF線懸式絕緣子因雷擊斷裂、擊穿接地。

2 對(duì)繼電保護(hù)動(dòng)作情況的分析

調(diào)閱跳閘數(shù)據(jù)顯示：興仁AT所、望河分區(qū)所、周營(yíng)變電所吸上電流分別為2 033，1 997，130 A。

從吸上電流數(shù)據(jù)中看出，故障應(yīng)該在AT所到分區(qū)所的區(qū)間。

跳閘時(shí)上行T線、F線電流分別為738，1 017 A；下行T線、F線電流分別為735，2 494 A。

從T線、F線電流數(shù)據(jù)來(lái)看，應(yīng)該是下行的F線發(fā)生接地故障。

綜合分析，跳閘原因應(yīng)該是周營(yíng)牽引變電所望河下行供電臂 AT所到分區(qū)所區(qū)間的 F線接地故障。按照繼電保護(hù)的整定原則，饋線 211DL和212DL應(yīng)該跳閘，主變壓器不應(yīng)該越級(jí)跳閘。下面對(duì)斷路器跳閘數(shù)據(jù)和保護(hù)動(dòng)作的邏輯關(guān)系進(jìn)行分析，以便找出造成主變壓器越級(jí)跳閘的原因

2.1 主變壓器202DL跳閘分析

主變壓器低壓側(cè)過(guò)電流保護(hù)整定值：

3 425 A / 1.0 s / 72 V。

主變壓器低壓側(cè)過(guò)電流保護(hù)啟動(dòng)事件記錄如下：

低壓側(cè)過(guò)流出口時(shí)間 1 000 ms；高壓側(cè)電壓100.270 V；低壓側(cè)電壓UT= 49.260 V；低壓側(cè)電壓UF= 48.92 V；低壓側(cè)電壓UTF= 49.090 V；高壓側(cè)電流IH2= 0.61 A；低壓側(cè)電流IL1= 2.06 A。

發(fā)生跳閘時(shí)，低壓側(cè)故障電流為5 150 A大于整定值3 425 A，母線電壓為49.090 V大于整定值72 V，時(shí)限達(dá)到1.0 s。根據(jù)主變壓器低電壓過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作原理，主變壓器二次側(cè) 202DL保護(hù)為正確動(dòng)作（圖1）。

圖1 主變壓器低電壓過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作原理圖

2.2 饋線211DL和212DL未跳閘分析

211DL和212DL阻抗I段保護(hù)整定值：

R= 63 Ω，X= 188.1 Ω；二次諧波閉鎖系數(shù)為0.2；PT斷線檢測(cè)電壓定值60 V（一次值33 000 V）；PT斷線閉鎖電流定值1.1 A（一次值2 750 A）。

211DL和212DL裝置保護(hù)啟動(dòng)事件記錄如下：

（1）211DL裝置。阻抗Ⅰ段，保護(hù)啟動(dòng)；UTF1= 26 253 V，ITF1= 2 650 A；阻抗Ⅰ段，保護(hù)返回；UTF1= 26 268 V，ITF1= 2 675 A。

（2）212DL裝置。阻抗Ⅰ段，保護(hù)啟動(dòng)；UTF1= 25 113 V，ITF1= 2 650 A；阻抗Ⅰ段，保護(hù)返回；UTF1= 25 107 V，ITF1= 2 600 A。

饋線211DL和212DL阻抗Ⅰ段保護(hù)均投入了PT斷線閉鎖功能。從整定值和故障數(shù)據(jù)可以看出，211DL饋線電壓UTF1= 26 268 V，212DL饋線電壓UTF1= 25 107 V，均小于整定值33 000 V。同時(shí)，211DL饋線電流ITF1= 2 675 A，212DL饋線電流ITF1= 2 600 A，均小于整定值2 750 A，達(dá)到了PT斷線閉鎖條件，從而啟動(dòng)了PT斷線閉鎖功能，阻抗Ⅰ段保護(hù)自動(dòng)返回，保護(hù)沒(méi)有出口。

投入PT斷線閉鎖功能，主要是防止因電壓互感器PT斷保險(xiǎn)引起阻抗Ⅰ段保護(hù)裝置誤動(dòng)作。

接觸網(wǎng)發(fā)生接地故障時(shí)，由于接觸網(wǎng)線路產(chǎn)生電壓降，在牽引變電所電壓互感器檢測(cè)到的電壓會(huì)大大降低，遠(yuǎn)小于額定電壓。從而，保護(hù)裝置計(jì)算得出的電阻、電抗值會(huì)達(dá)到阻抗Ⅰ段保護(hù)阻抗四邊形的啟動(dòng)條件。

電壓互感器PT斷保險(xiǎn)（或PT回路斷線）時(shí)，接觸網(wǎng)電壓正常，而電壓互感器電壓為0。由于感應(yīng)電的作用，電壓表會(huì)顯示有一定的感應(yīng)電壓，一般不超過(guò) 40 V。由于電壓互感器檢測(cè)到的電壓接近0，從而保護(hù)裝置計(jì)算得出的電阻、電抗值也會(huì)達(dá)到阻抗Ⅰ段保護(hù)阻抗四邊形的啟動(dòng)條件，引起誤動(dòng)作。因此，電壓互感器PT斷保險(xiǎn)時(shí)，盡管接觸網(wǎng)電壓正常，并非發(fā)生接地故障，仍然會(huì)引起保護(hù)裝置跳閘。

但是，在直供方式下，接觸網(wǎng)發(fā)生接地故障和電壓互感器PT斷保險(xiǎn)時(shí)，電流和電壓值是有區(qū)別的。接觸網(wǎng)發(fā)生接地故障時(shí)，電流會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)最大負(fù)荷電流（可認(rèn)為是過(guò)電流保護(hù)整定值），同時(shí)，測(cè)量到的二次電壓會(huì)大大降低，根據(jù)故障點(diǎn)遠(yuǎn)近不同會(huì)有所差異，但肯定低于最低工作電壓72 V（一次為20 kV）。而電壓互感器PT斷保險(xiǎn)時(shí)，電流為正常的負(fù)荷電流，不會(huì)超過(guò)過(guò)電流保護(hù)整定值，同時(shí)，電壓接近0，一般會(huì)低于電壓互感器的感應(yīng)電壓40 V。

因此，在直供方式下，為了防止電壓互感器PT斷保險(xiǎn)引起保護(hù)裝置誤動(dòng)作，引入了PT斷線閉鎖功能。在接觸網(wǎng)線路電阻、電抗值滿足阻抗Ⅰ段保護(hù)裝置動(dòng)作條件時(shí)，如果牽引變電所二次測(cè)量電壓低于接觸網(wǎng)最低工作電壓，而電流不超過(guò)正常負(fù)荷電流（一般取過(guò)電流保護(hù)整定值）時(shí)，即判定為電壓互感器斷保險(xiǎn)，閉鎖阻抗Ⅰ段保護(hù)裝置動(dòng)作。否則，判定為接觸網(wǎng)接地故障，啟動(dòng)阻抗Ⅰ段保護(hù)裝置動(dòng)作。在設(shè)置整定值時(shí)，一般將PT斷線閉鎖保護(hù)動(dòng)作的條件設(shè)為電流不大于過(guò)電流保護(hù)整定值，同時(shí)，電壓不大于接觸網(wǎng)最低工作電壓72 V，為可靠起見(jiàn)，一般取60 V。

但是，在 AT供電方式下，如果故障點(diǎn)在 AT所與分區(qū)所之間，由于其所內(nèi)AT變壓器的吸流作用和上下行并聯(lián)分流作用，故障電流被強(qiáng)制分配到上下行供電臂中，從而在牽引變電所每個(gè)保護(hù)裝置檢測(cè)到的故障電流比實(shí)際故障電流小很多，甚至只有實(shí)際故障電流的一半。當(dāng)饋線過(guò)電流整定值設(shè)置偏高時(shí)，牽引變電所保護(hù)裝置檢測(cè)到的故障電流就會(huì)比PT斷線閉鎖條件設(shè)置的最大負(fù)荷電流（過(guò)電流保護(hù)整定值）還小，這樣，保護(hù)裝置無(wú)法區(qū)分該電流是故障電流還是負(fù)荷電流，就會(huì)啟動(dòng)PT斷線閉鎖功能，造成保護(hù)裝置阻抗Ⅰ段拒動(dòng)。

同時(shí)，從該故障可以看出，在AT供電方式下，如果故障點(diǎn)在AT所與分區(qū)所之間，牽引變電所二次電壓雖然低于整定值 60 V，但大于最大感應(yīng)電壓40 V。因此，以接觸網(wǎng)最低工作電壓作為PT斷線閉鎖條件是不可靠的，應(yīng)當(dāng)以PT斷線時(shí)電壓互感器二次最高感應(yīng)電壓作為閉鎖條件最為合適。

綜上所述，在AT供電方式下，由于PT斷線閉鎖條件設(shè)置不合理，PT斷線閉鎖電壓整定值偏高（設(shè)置為60 V），PT斷線閉鎖電流整定值也偏高（設(shè)置為2 750 A），造成阻抗Ⅰ段保護(hù)被閉鎖，導(dǎo)致主變壓器低壓側(cè)202DL越級(jí)跳閘。

3 整改措施

通過(guò)調(diào)整阻抗Ⅰ段保護(hù)裝置的PT斷線閉鎖條件，可保證該保護(hù)裝置動(dòng)作可靠。具體作法：一是根據(jù)京滬高鐵實(shí)際負(fù)荷情況，將牽引變電所饋線阻抗Ⅰ段保護(hù)裝置 PT斷線閉鎖電流整定值適當(dāng)降低，不超過(guò)設(shè)計(jì)的最大負(fù)荷電流即可，調(diào)整為2 500 A；二是根據(jù)監(jiān)測(cè)到的PT斷線實(shí)際電壓值，將PT斷線閉鎖電壓整定值適當(dāng)降低，調(diào)整為40 V。

按照上述思路，濟(jì)南鐵路局自2011年9月對(duì)京滬高鐵牽引變電所阻抗Ⅰ段保護(hù)裝置的PT斷線閉鎖條件進(jìn)行調(diào)整后，未再發(fā)生越級(jí)跳閘的現(xiàn)象。