林曉鴻，林 圣，溫曼越，孫建明

1. 西南交通大學(xué) 電氣工程學(xué)院，四川 成都 610031；2. 中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430063)

0 引言

我國(guó)政府主導(dǎo)的“一帶一路”戰(zhàn)略致力于亞歐非大陸及附近海洋的互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)安全高效的陸?？胀ǖ谰W(wǎng)絡(luò)，推進(jìn)沿線國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略相互對(duì)接[1]。鐵路運(yùn)輸作為交通基礎(chǔ)設(shè)施，可為沿線國(guó)家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易提供安全便利的國(guó)際運(yùn)輸通道，因此，鐵路“走出去”成為“一帶一路”戰(zhàn)略的重要推動(dòng)力[2]。在此背景下，電氣化鐵路的安全可靠運(yùn)行愈發(fā)受到關(guān)注，鐵路電力貫通線作為鐵路供電系統(tǒng)的重要組成部分，肩負(fù)著向沿線鐵路信號(hào)、通信及沿線非牽引綜合用電等負(fù)荷供電的重任，是列車安全準(zhǔn)時(shí)運(yùn)行的重要保障，因此，為保證鐵路電力貫通線安全可靠供電，鐵路電力貫通線保護(hù)作用日益凸顯。

鐵路電力貫通線一般采用線路首端電流保護(hù)實(shí)現(xiàn)貫通線路故障切除，造成故障切除后全線停電。為了縮短切除區(qū)間，提高鐵路電力貫通線供電可靠性，可采用電力遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)通過“四遙”技術(shù)確定并隔離故障區(qū)間。然而，在諸如非洲落后國(guó)家等通信技術(shù)欠發(fā)達(dá)的國(guó)家或地區(qū)，由于技術(shù)約束及外界因素干擾，并不具備采用通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)鐵路電力貫通線有選擇性的故障區(qū)間隔離的技術(shù)條件與環(huán)境。為了克服這一難題，有必要提出不依賴通信的鐵路電力貫通線故障區(qū)段自動(dòng)隔離方案，作為鐵路電力貫通線保護(hù)方案的一種補(bǔ)充方式，解決通信技術(shù)欠發(fā)達(dá)地區(qū)鐵路電力貫通線路故障切除與隔離問題。

在電力配電線路中，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了采用無(wú)通道保護(hù)實(shí)現(xiàn)不依賴于通信的輸配電線路故障有選擇性隔離[3-5]。文獻(xiàn)[6]采用IEC60870-5-103協(xié)議，研制了一種新型的鐵路自閉(貫通)線路微機(jī)保護(hù)裝置;文獻(xiàn)[7]基于故障電流正序分量與參考相量的相位差判斷故障方向，確定故障區(qū)段定位，實(shí)現(xiàn)保護(hù)有選擇性配合工作;文獻(xiàn)[8]提出了利用故障區(qū)間保護(hù)動(dòng)作時(shí)限短的一端開關(guān)動(dòng)作后，線路健全相產(chǎn)生的電氣量突變信號(hào)加速對(duì)端開關(guān)動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)不對(duì)稱故障隔離的無(wú)通道保護(hù)模式;文獻(xiàn)[9-10]研究了對(duì)稱故障下的無(wú)通道保護(hù)故障隔離方案，完善了無(wú)通道保護(hù)的適用范圍，并解決了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中與上級(jí)變電所保護(hù)配合的保護(hù)配置方法。因此，借鑒電力配電線路故障隔離方案，可利用無(wú)通道保護(hù)解決通信技術(shù)欠發(fā)達(dá)地區(qū)鐵路電力貫通線路故障隔離問題，然而，由于“雙電源結(jié)構(gòu)單端供電運(yùn)行”的鐵路電力貫通長(zhǎng)線路供電區(qū)間較多，直接采用傳統(tǒng)的雙電源配電線路無(wú)通道保護(hù)存在線路中段供電區(qū)間故障隔離時(shí)間過長(zhǎng)的問題。

因此，本文在現(xiàn)有配電網(wǎng)絡(luò)無(wú)通道保護(hù)研究的基礎(chǔ)上，考慮鐵路電力貫通長(zhǎng)線路“雙電源結(jié)構(gòu)單端供電運(yùn)行”特點(diǎn)，建立鐵路電力貫通線仿真模型，分析無(wú)通道保護(hù)方案對(duì)鐵路電力貫通線的適應(yīng)性，基于單端故障測(cè)距方法加速貫通線路中段保護(hù)動(dòng)作，改進(jìn)傳統(tǒng)無(wú)通道保護(hù)方案，以解決鐵路電力貫通長(zhǎng)線路供電區(qū)間較多導(dǎo)致的線路中段供電區(qū)間傳統(tǒng)無(wú)通道保護(hù)故障隔離時(shí)間過長(zhǎng)的問題，最后通過仿真驗(yàn)證進(jìn)行適應(yīng)性分析。

1 鐵路電力貫通線無(wú)通道保護(hù)適應(yīng)性分析

1.1 無(wú)通道保護(hù)基本原理

無(wú)通道保護(hù)基于傳統(tǒng)定時(shí)限保護(hù)，綜合利用故障信號(hào)及斷路器跳閘后造成的線路健全相電壓電流二次擾動(dòng)信號(hào)，在故障發(fā)生區(qū)間的一端斷路器跳閘后加速另一端斷路器跳閘，實(shí)現(xiàn)更快速、有選擇性的故障隔離[4]。在單電源輻射狀線路中，為了實(shí)現(xiàn)故障發(fā)生后能夠從兩端完全切除故障，單斷路器保護(hù)裝置均需要根據(jù)故障方向判斷故障發(fā)生位置投入對(duì)應(yīng)保護(hù)模塊，保護(hù)相對(duì)于故障點(diǎn)位于電源側(cè)時(shí)，投入過電流OC(Over Current)保護(hù)和加速過電流AOC(Accelerated Over Current)保護(hù)，保護(hù)相對(duì)于故障位于負(fù)荷側(cè)時(shí)，投入帶方向的低電壓DUV(Directional Under Voltage)保護(hù)和加速低壓低流ADUCV(Acce-lerated Directional Under Current under Voltage)保護(hù)[8]。

OC保護(hù)模塊和AOC保護(hù)模塊采用序電流比值Ri判斷不對(duì)稱故障[11]，OC及AOC保護(hù)的啟動(dòng)判據(jù)為：

(1)

Iset=(KrelKss/Kre)IL，max

Ri=(I0+I2)/I1

其中，If為故障相電流；Krel為可靠系數(shù)，可取為1.25；Kss為自啟動(dòng)系數(shù)，可取為1；Kre為返回系數(shù)，可取為 0.85[12]；IL，max為保護(hù)節(jié)點(diǎn)最大負(fù)荷電流；I0、I1、I2分別為線路零序、正序、負(fù)序電流分量；Ri,set為整定值，可取為0.2～0.4[8]。

(2)

其中，m為保護(hù)編號(hào)。

AOC保護(hù)模塊在加速動(dòng)作時(shí)間窗內(nèi)檢測(cè)健全相是否產(chǎn)生電流二次擾動(dòng)信號(hào)以加速保護(hù)動(dòng)作[8]。利用小波變換在故障檢測(cè)中的優(yōu)勢(shì)[13]，選用db4小波[14]對(duì)健全相電流信號(hào)進(jìn)行離散小波變化，計(jì)算每層模極大值，實(shí)現(xiàn)健全相電流二次擾動(dòng)信號(hào)的檢測(cè)，設(shè)置AOC加速判據(jù)作為健全相電流二次擾動(dòng)判據(jù)[15]：

Wmax>Wset

(3)

其中，Wmax為健全相電流最大小波變換模極大值；Wset為設(shè)置閾值，一般可取為3。

DUV保護(hù)模塊及ADUCV保護(hù)模塊采用序電壓比值Ru判斷不對(duì)稱故障，DUV及ADUCV保護(hù)的啟動(dòng)判據(jù)為[8]：

(4)

Ru=(U0+U2)/U1

其中，Uf為故障相電壓；Uset為整定值，可取為額定電壓的30%;U0、U1、U2分別為線路零序、正序、負(fù)序電壓分量；Ru,set為整定值，可取為0.2～0.4[8]。

DUV保護(hù)模塊的動(dòng)作時(shí)限t超過整定動(dòng)作時(shí)限時(shí)保護(hù)動(dòng)作，即式(5)成立時(shí)保護(hù)動(dòng)作。

(5)

ADUCV保護(hù)模塊在加速動(dòng)作時(shí)間窗內(nèi)檢測(cè)健全相無(wú)電壓無(wú)電流信號(hào)加速保護(hù)動(dòng)作，ADUCV保護(hù)加速判據(jù)[11]為：

(6)

其中，Us為健全相電壓有效值；Is為健全相電流有效值；ε為近似0的正值。

為了保證保護(hù)選擇性，上一級(jí)保護(hù)動(dòng)作時(shí)限應(yīng)比下一級(jí)保護(hù)動(dòng)作時(shí)限大一個(gè)時(shí)限階段Δt，根據(jù)采用的斷路器型式，時(shí)限階段Δt在0.35～0.65 s范圍內(nèi)[16]，本文取為0.35 s。OC保護(hù)模塊按從負(fù)荷到電源的方向由小到大配置，DUV保護(hù)模塊則相反[8]，即OC、DUV保護(hù)模塊的動(dòng)作時(shí)限可分別整定為：

(7)

(8)

其中，M為線路總保護(hù)個(gè)數(shù)；m由潮流實(shí)際流向的電源側(cè)向負(fù)荷側(cè)增大。

AOC保護(hù)模塊加速動(dòng)作時(shí)間窗以潮流下游相鄰斷路器的DUV保護(hù)模塊整定時(shí)間為基準(zhǔn)設(shè)置在0.10 s內(nèi)，ADUCV保護(hù)模塊的加速動(dòng)作時(shí)間窗以潮流上游相鄰斷路器的OC模塊整定時(shí)間為基準(zhǔn)設(shè)置在0.10 s內(nèi)[8]。因此，AOC及ADUCV保護(hù)模塊的加速動(dòng)作時(shí)間窗分別為：

(9)

(10)

保護(hù)模塊通過動(dòng)作時(shí)限及動(dòng)作邏輯的相互配合實(shí)現(xiàn)電力貫通全線保護(hù)。各保護(hù)模塊在動(dòng)作時(shí)限或加速動(dòng)作時(shí)間窗內(nèi)檢測(cè)線路狀態(tài)，如果符合保護(hù)判據(jù)則保護(hù)動(dòng)作。如果OC保護(hù)模塊在達(dá)到整定動(dòng)作時(shí)限前檢測(cè)到故障相電流恢復(fù)正常則保護(hù)返回，DUV保護(hù)模塊在達(dá)到整定動(dòng)作時(shí)限前檢測(cè)到健全相無(wú)流則保護(hù)返回，AOC及ADUCV保護(hù)模塊加速動(dòng)作時(shí)間窗內(nèi)加速判據(jù)不滿足則保護(hù)返回。

1.2 鐵路電力貫通線無(wú)通道保護(hù)方案

考慮鐵路電力貫通線“雙電源結(jié)構(gòu)單端供電運(yùn)行”特點(diǎn)，需要根據(jù)潮流實(shí)際流向，配置2套獨(dú)立的無(wú)通道保護(hù)，并分別按照實(shí)際供電電源端依照單電源輻射狀線路無(wú)通道保護(hù)進(jìn)行配置。因此需定義潮流正向及故障正向，并增加潮流方向元件及故障方向元件判別線路運(yùn)行工況，據(jù)此選擇對(duì)應(yīng)保護(hù)出口。保護(hù)出口選擇邏輯如圖1所示[8]。

圖1 鐵路電力貫通線無(wú)通道保護(hù)出口選擇邏輯Fig.1 Logic of non-communication protection exit selection for railway power transmission line

根據(jù)鐵路電力貫通線采用不同側(cè)電源進(jìn)行單端供電的運(yùn)行工況，對(duì)于含有12個(gè)保護(hù)節(jié)點(diǎn)的鐵路電力貫通長(zhǎng)線路，考慮供電對(duì)稱性，下文僅分析由電源PB1供電運(yùn)行工況，其對(duì)應(yīng)OC1、DUV1、AOC1及ADUCV1保護(hù)配置及其整定動(dòng)作時(shí)限，如圖2所示，圖中，P為保護(hù)裝置，B為斷路器。

圖2 鐵路電力貫通線無(wú)通道保護(hù)配置Fig.2 Non-communication protection configuration for railway power transmission line

1.3 鐵路電力貫通線無(wú)通道保護(hù)適應(yīng)性

在圖2所示的鐵路電力貫通線中，假設(shè)0.11 s時(shí)區(qū)間2發(fā)生A相接地故障。P1、P2判別潮流正向且故障正向，選擇保護(hù)OC1及AOC1出口；P3—P12判別潮流正向而故障反向，選擇保護(hù)DUV1及ADUCV1出口。

根據(jù)保護(hù)動(dòng)作判據(jù)及時(shí)限，P3的保護(hù)DUV1在故障0.55 s延時(shí)后(即0.66 s)動(dòng)作，B3跳開，如圖3所示；P2的保護(hù)AOC1在動(dòng)作時(shí)間窗(0.66～0.76 s)內(nèi)檢測(cè)到健全相電流二次擾動(dòng)信號(hào)，滿足加速判據(jù)，保護(hù)動(dòng)作，則B2在0.76 s跳開，如圖4所示。然后，故障區(qū)間被隔離，故障信號(hào)消失，其他保護(hù)返回。

同理，對(duì)于線路其他供電區(qū)間故障，各保護(hù)模塊基于保護(hù)邏輯及動(dòng)作時(shí)限相互配合，利用故障信號(hào)實(shí)現(xiàn)有選擇性故障隔離。對(duì)于配置12個(gè)保護(hù)節(jié)點(diǎn)的鐵路電力貫通長(zhǎng)線路，采用無(wú)通道保護(hù)裝置時(shí)，各供電區(qū)間故障隔離時(shí)間如圖5所示。可見，采用傳統(tǒng)無(wú)通道保護(hù)能夠快速隔離鐵路電力貫通長(zhǎng)線路兩端的供電分區(qū)故障，但是，對(duì)于線路中部的供電分區(qū)，存在故障隔離時(shí)間過長(zhǎng)的問題，而對(duì)于需要設(shè)置更多保護(hù)節(jié)點(diǎn)的鐵路電力貫通線路，基于保護(hù)模塊采用時(shí)限階段整定動(dòng)作時(shí)限的原理，線路中部供電分區(qū)的故障隔離時(shí)間過長(zhǎng)的問題會(huì)更加嚴(yán)重，降低了傳統(tǒng)無(wú)通道保護(hù)的速動(dòng)性。

圖3 P3的DUV保護(hù)模塊的響應(yīng)波形Fig.3 Response waveforms of DUV protection module of P3

圖4 P2的AOC模塊的響應(yīng)波形Fig.4 Response waveforms of AOC protection module of P2

圖5 配備12個(gè)保護(hù)節(jié)點(diǎn)的無(wú)通道保護(hù)故障隔離時(shí)間Fig.5 Isolation time of non-communication protection fault with twelve protection nodes

2 鐵路電力貫通線改進(jìn)無(wú)通道保護(hù)

2.1 無(wú)通道保護(hù)改進(jìn)方法

為縮短鐵路電力貫通長(zhǎng)線路故障時(shí)的停電范圍，在采用無(wú)通道保護(hù)時(shí)，需要配置較多保護(hù)節(jié)點(diǎn)。按照故障隔離時(shí)長(zhǎng)，可將線路大致均分為首段、中段及末段。線路首段DUV保護(hù)動(dòng)作時(shí)限較短，故障通過DUV保護(hù)及AOC保護(hù)實(shí)現(xiàn)快速隔離；線路末段OC保護(hù)動(dòng)作時(shí)限較短，故障通過OC保護(hù)及ADUCV保護(hù)實(shí)現(xiàn)快速隔離；但對(duì)于線路中段，由于DUV保護(hù)和OC保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限均較長(zhǎng)，導(dǎo)致其故障隔離時(shí)間過長(zhǎng)。

當(dāng)前，故障測(cè)距法在輸電線路保護(hù)中的應(yīng)用已有研究[17]，而對(duì)于鐵路貫通長(zhǎng)線路，在線路首段及末段可按照傳統(tǒng)無(wú)通道保護(hù)配置實(shí)際動(dòng)作的保護(hù)模式，對(duì)于線路中段，則可在各供電區(qū)間潮流上游側(cè)配置帶故障測(cè)距保護(hù)FLP(Fault Location Protection)模塊加速保護(hù)動(dòng)作，改進(jìn)無(wú)通道保護(hù)。即線路中段發(fā)生故障時(shí)，位于潮流上游側(cè)的FLP模塊啟動(dòng)故障測(cè)距判斷故障發(fā)生位置，從而判定是否加速保護(hù)動(dòng)作，達(dá)到縮短線路中段故障隔離時(shí)長(zhǎng)的目的。

2.1.1 基于故障測(cè)距的FLP判據(jù)

FLP模塊啟動(dòng)判據(jù)與OC保護(hù)模塊相同，通過故障測(cè)距結(jié)果判斷故障是否發(fā)生在FLP的保護(hù)范圍內(nèi)，若是則按照FLP的動(dòng)作整定時(shí)限加速保護(hù)動(dòng)作。具體動(dòng)作判據(jù)為：

(11)

Lset=Kdisxdis

Ri=(I0+I2)/I1

其中，Kdis為FLP可靠性系數(shù)；xdis為保護(hù)區(qū)間長(zhǎng)度；Ldis為測(cè)距結(jié)果；Lset為FLP的整定值。

對(duì)于單端供電運(yùn)行系統(tǒng)，各保護(hù)通過監(jiān)測(cè)電壓電流波形判斷系統(tǒng)故障類型。

a. 單相接地故障。

設(shè)單相接地故障過渡電阻為純電阻，線路單位長(zhǎng)度的正序阻抗、零序阻抗分別為Z1、Z0，且正負(fù)序阻抗相同，則故障阻抗為[18]：

(12)

其中，Uc為故障相電壓；Ic為故障相故障電流；K=(Z0-Z1)/(3Z1)，為零序補(bǔ)償系數(shù)；Zr為線路單位阻抗；x為繼電器與故障點(diǎn)的距離。

對(duì)x進(jìn)行迭代搜索，Im[Zf]最小值對(duì)應(yīng)的x值即為故障距離Ldis。

b. 兩相短路及兩相短路接地故障。

兩相短路故障的測(cè)距計(jì)算公式為[18]：

(13)

其中，Umd、Imd分別為兩故障相電壓、電流之差。

兩相短路接地故障的測(cè)距計(jì)算公式為[19]：

(14)

2.1.2 FLP選擇性分析

考慮故障測(cè)距誤差，F(xiàn)LP可靠性系數(shù)Kdis可取為1.2，為保證保護(hù)選擇性，F(xiàn)LP動(dòng)作時(shí)限按從潮流下游至上游由小到大配置。對(duì)于FLP相鄰潮流下游的ADUCV保護(hù)，在配合OC保護(hù)整定的動(dòng)作時(shí)間窗τ的基礎(chǔ)上，以FLP整定時(shí)間為基準(zhǔn)的0.10 s內(nèi)再配置動(dòng)作時(shí)間窗τ′。另外，應(yīng)保證FLP與OC保護(hù)對(duì)應(yīng)ADUCV保護(hù)加速動(dòng)作時(shí)間窗τ與τ′互斥，避免ADUCV誤動(dòng)，F(xiàn)LP保護(hù)模塊動(dòng)作時(shí)限可整定為：

(15)

其中，Q為配置的FLP保護(hù)總數(shù)；q為配置FLP保護(hù)編號(hào)，由潮流實(shí)際流向的潮流上游向下游增大。

特別地，對(duì)于編號(hào)最大的FLP模塊，即按照潮流實(shí)際流向排序的最后一個(gè)保護(hù)節(jié)點(diǎn)，為了避免因下一區(qū)間首端故障造成FLP誤動(dòng)，需要縮短該FLP模塊的保護(hù)范圍。因此，針對(duì)該FLP模塊，可靠性系數(shù)Kdis取為0.8，相應(yīng)供電區(qū)間末端故障則由OC保護(hù)按原整定時(shí)間動(dòng)作實(shí)現(xiàn)故障隔離。

類似于其他保護(hù)模塊投入整定原理，按照潮流實(shí)際流向，F(xiàn)LP模塊也需按照實(shí)際配置2套獨(dú)立模塊。

2.2 鐵路電力貫通線改進(jìn)無(wú)通道保護(hù)方案

在傳統(tǒng)無(wú)通道保護(hù)的基礎(chǔ)上，鐵路電力貫通線無(wú)通道保護(hù)在線路中段保護(hù)配置了FLP模塊，加速保護(hù)動(dòng)作；另外，針對(duì)對(duì)稱故障，在鐵路電力貫通線首末兩端的首個(gè)保護(hù)節(jié)點(diǎn)配置過電流速斷IOC(Ins-tantaneous Over Current)保護(hù)，IOC模塊根據(jù)潮流方向投入，實(shí)現(xiàn)從線路首端快速動(dòng)作切除對(duì)稱故障，設(shè)定IOC模塊的動(dòng)作時(shí)限為0.06 s[15]，IOC保護(hù)的啟動(dòng)判據(jù)為：

(16)

Iset=(KrelKss/Kre)IL，max

Ri=(I0+I2)/I1

其中，IA，B，C為三相電流。

考慮鐵路電力貫通長(zhǎng)線路“雙電源結(jié)構(gòu)單端供電運(yùn)行”特點(diǎn)，保護(hù)根據(jù)鐵路電力貫通線潮流方向及故障方向自動(dòng)選擇保護(hù)出口。故障發(fā)生后，各保護(hù)按照改進(jìn)無(wú)通道保護(hù)判據(jù)及動(dòng)作時(shí)限，根據(jù)潮流方向及故障方向的判別結(jié)果選擇保護(hù)出口，各保護(hù)出口選擇邏輯如圖6所示。

圖6 鐵路電力貫通線改進(jìn)無(wú)通道保護(hù)出口選擇邏輯Fig.6 Logic of improved non-communication protection exit selection for railway power transmission line

圖7 鐵路電力貫通線無(wú)通道保護(hù)動(dòng)作邏輯Fig.7 Action logic of non-communication protection for railway power transmission line

鐵路電力貫通線發(fā)生故障時(shí)，各保護(hù)模塊動(dòng)作邏輯如圖7所示。故障發(fā)生后，IOC保護(hù)、FLP、OC保護(hù)和DUV保護(hù)模塊監(jiān)測(cè)故障信號(hào)是否滿足保護(hù)判據(jù)，若滿足，則保護(hù)啟動(dòng)，在達(dá)到動(dòng)作時(shí)限后，保護(hù)動(dòng)作、斷路器跳開；對(duì)于ADUCV和AOC保護(hù)模塊，保護(hù)模塊在檢測(cè)到啟動(dòng)判據(jù)滿足后，在相應(yīng)加速動(dòng)作時(shí)間窗內(nèi)檢測(cè)線路健全相是否出現(xiàn)電流二次擾動(dòng)信號(hào)或者無(wú)壓無(wú)流信號(hào)，從而判別加速判據(jù)是否滿足，若加速判據(jù)滿足，則加速所在節(jié)點(diǎn)保護(hù)動(dòng)作、斷路器斷開，實(shí)現(xiàn)故障完全隔離；故障被隔離后，未動(dòng)作保護(hù)根據(jù)線路狀態(tài)判別其他保護(hù)已經(jīng)動(dòng)作，則保護(hù)返回。

3 仿真分析

3.1 鐵路電力貫通線改進(jìn)無(wú)通道保護(hù)整定方案

根據(jù)鐵路電力貫通線改進(jìn)無(wú)通道保護(hù)方案，對(duì)如圖2所示的鐵路電力貫通線進(jìn)行無(wú)通道保護(hù)整定，基于無(wú)通道保護(hù)，在線路中段供電區(qū)間5—7配置FLP模塊如圖8所示，圖中僅給出配置FLP的供電區(qū)間的保護(hù)配置情況。

圖8 鐵路電力貫通線中段無(wú)通道保護(hù)配置Fig.8 Non-communication protection configuration in middle section of railway power transmission line

3.2 中間加速區(qū)段故障分析

設(shè)供電區(qū)間6、7的長(zhǎng)度分別為0.81 km及2.86 km。若在0.18 s時(shí)在區(qū)間7發(fā)生B相接地故障且與P7的距離為0.86 km。P1—P7判別潮流正向且故障正向，選擇保護(hù)OC1及AOC1出口，其中，P5—P7同時(shí)選擇保護(hù)FLP1出口；P8—P12判別潮流正向而故障反向，選擇保護(hù)DUV1及ADUCV1出口。根據(jù)保護(hù)動(dòng)作判據(jù)及時(shí)限，P7的FLP1在故障發(fā)生后經(jīng)過0.30 s的延時(shí)(即0.48 s時(shí))動(dòng)作，斷路器B7跳開，見圖9；P8的ADUCV1在動(dòng)作時(shí)間窗內(nèi)(0.48～0.58s)檢測(cè)到健全相電壓電流降低，滿足加速判據(jù)，保護(hù)動(dòng)作，因此B8在0.58 s時(shí)跳閘，見圖10。然后，故障區(qū)間被隔離，故障信號(hào)消失，其他保護(hù)返回。

圖9 P7的FLP模塊響應(yīng)波形Fig.9 Response waveforms of FLP protection module of P7

若B相接地故障發(fā)生于區(qū)間7且與P7相距僅0.02 km，P6及P7的FLP1的動(dòng)作判據(jù)均滿足，由于P7的FLP1的動(dòng)作時(shí)限短于P7，因此P7將先于P6動(dòng)作，從而避免保護(hù)誤動(dòng)，如圖11所示。

3.3 對(duì)稱故障下的保護(hù)響應(yīng)分析

設(shè)在0.20 s時(shí)線路發(fā)生三相對(duì)稱故障，P1判別為三相對(duì)稱故障且潮流正向，選擇保護(hù)IOC1出口，在0.06 s延時(shí)后(即0.26 s時(shí))保護(hù)動(dòng)作，切除對(duì)稱故障，響應(yīng)波形如圖12所示。

圖11 P6和P7的FLP模塊響應(yīng)波形Fig.11 Response waveforms of FLP protection module of P6 and P7

圖12 P1的IOC保護(hù)模塊在對(duì)稱故障下的響應(yīng)波形Fig.12 Response waveforms of P1 of IOC protection module under symmetrical fault

3.4 改進(jìn)方案加速效果分析

對(duì)比采用改進(jìn)無(wú)通道保護(hù)方案與傳統(tǒng)無(wú)通道保護(hù)方案的配置12個(gè)保護(hù)節(jié)點(diǎn)的鐵路電力貫通長(zhǎng)線路各供電區(qū)間的故障隔離時(shí)間，如圖13所示。由圖13可見，采用改進(jìn)無(wú)通道保護(hù)方案時(shí)全線最長(zhǎng)的故障隔離時(shí)間較采用傳統(tǒng)無(wú)通道保護(hù)方案時(shí)縮減了0.60 s， 區(qū)段6 —7的故障隔離時(shí)間縮減更加顯著，均縮減了1.20 s。

圖13 采用傳統(tǒng)和改進(jìn)無(wú)通道保護(hù)的配置12個(gè)保護(hù)節(jié)點(diǎn)的鐵路電力貫通長(zhǎng)線路的故障隔離時(shí)間Fig.13 Fault isolation time of railway power transmission line with 12 protection nodes adopting improved and traditional non-communication protections

相比于傳統(tǒng)無(wú)通道保護(hù)方案，改進(jìn)無(wú)通道保護(hù)方案能夠有效地縮短鐵路電力貫通長(zhǎng)線路故障隔離時(shí)間，在線路允許保護(hù)最遲動(dòng)作時(shí)限的約束下，有利于鐵路電力貫通長(zhǎng)線路設(shè)置更多的保護(hù)節(jié)點(diǎn)，以縮短線路故障時(shí)需要切除的供電范圍，從而解決了傳統(tǒng)無(wú)通道保護(hù)方案為保證快速切除線路故障需要減少保護(hù)節(jié)點(diǎn)而造成故障切除后停電區(qū)域過大的問題，提高了無(wú)通道保護(hù)的可靠性，為通信條件不發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)的電氣化鐵路電力貫通線路的故障隔離提供保障。

4 結(jié)論

本文通過分析傳統(tǒng)無(wú)通道保護(hù)在鐵路電力貫通線的適應(yīng)性，考慮鐵路電力貫通線“雙電源結(jié)構(gòu)單端供電運(yùn)行”特點(diǎn)，提出了利用單端故障測(cè)距技術(shù)加速保護(hù)動(dòng)作的方法，改進(jìn)了傳統(tǒng)無(wú)通道保護(hù)，給出了適用于鐵路電力貫通線的無(wú)通道保護(hù)自動(dòng)投入方案，解決了傳統(tǒng)無(wú)通道保護(hù)方案下鐵路電力貫通長(zhǎng)線路中段供電區(qū)間故障隔離時(shí)間過長(zhǎng)的問題，實(shí)現(xiàn)不依賴于通信信道進(jìn)行鐵路電力貫通線故障區(qū)段的快速、準(zhǔn)確隔離。文中提出的鐵路電力貫通線無(wú)通道保護(hù)方案可作為鐵路電力貫通線保護(hù)的補(bǔ)充方式，解決通信技術(shù)欠發(fā)達(dá)地區(qū)鐵路電力貫通線路故障切除與隔離問題。