第4讲高速铁路牵引供电系统保护配置与整定计算

高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2高速铁路牵引供电系统运行方式牵引网保护配置与整定计算变压器保护配置与整定计算主要内容3一、高铁牵引供电系统第1节供电系统运行方式京津城际示意图4二、高铁牵引供电系统运行方式1QFSSSPATP2ATP13QF5QF7QF2QF4QF6QF8QF上行下行k1k3k5AT1AT2AT3AT4AT5AT6k6k4k2k75故障情况：Ⅰ-a：正常运行时发生故障Ⅰ-b：重合闸于永久故障时，所有AT所断开Ⅱ-a：越区供电时发生故障Ⅱ-b：越区供电时重合于故障，所有AT所断开6距离保护电流保护电流增量保护第2节牵引网保护7一、AT供电系统分析2I1IcomI1U2U对牵引网AT变压器：12112comIIII82I2ILDD1TI2TII1RI2RIFIxFRT92I2ILDD1TI2TII1RI2RIFIxFRT1112212231211221()()0TRTRFTTTRFRTFTFIzxIzxIzDxIzDxIzDIIIIIIIIIIII12TTFTRzzzz22RTRRFzzzz32FTFRFzzzz101231211231221232123121123122123(2)()2()2(2)2()22()2TTFTRRxzzzzzDIIzzzxzzDIIzzzIIxzzzzzDIIzzzxzzDIIzzz1212(1)22(1)TTFRRxIIDxIIIDxIIDxIID接触线与正馈线截面相等对称悬挂13zz1105101520253001234567短路点到牵引变电所的距离L(km)牵引网短路阻抗Z(ohm)T-R短路阻抗理论计算曲线T-F短路阻抗理论计算曲线AT牵引网阻抗曲线TR或FR故障无法用电抗法测距122I2ILDD1TI2TII1RI2RIFIxFRT12(1)RRxIIDxIID212RRRIxIIDAT供电方式常采用吸上电流比测距原理132I2I1TI2TII1RI2RIFIFRT2CT3CT1CT1VT2VT1551227.523VTCTVTCTCTUZIUZII5527.54ZZ二、互感器接线与短路阻抗14京津城际短路阻抗曲线15京津城际短路电流曲线16京津城际馈线保护配置与整定原则：正常运行与越区供电采用1套定值。三、全并联AT供电牵引网保护配置与整定计算京津城际馈线距离保护示意图17京津城际的馈线保护模式探讨：优点：一套定值，越区供电时无需改变定值缺点：正常运行时末端较大范围需要阻抗3段保护，动作速度慢。建议配置原则：正常运行与越区供电时采用不同的保护配置与整定。18正常供电方式D3、D4、AT所馈线保护配置：◆失压保护◆线路有压自动合闸D1、D2保护配置：◆阻抗1段◆电流速断◆电流增量◆自动重合闸ATSTSS1SPD1D2D3D419(1)阻抗1段：电抗边整定（按供电臂最大短路电抗整定）：.max*ZDkdXKX电阻边整定（按躲开最大负荷整定）：LFFFknZDtgIKURsincos9.0max0.1ts时限（与机车保护和自耦变压器保护配合）20(1)阻抗1段：当靠近保护安装处故障时，另一条非故障线路测量阻抗非常大，需要故障线路先跳，非故障线路才能跳闸。也可以通过联络信号使两线路同时跳闸。21(1)阻抗1段：求供电臂最大短路电抗需要考虑下图中的几种情况时的最大阻抗：22(2)电流速断（按躲开最大负荷电流整定）：电流速断保护原理框图maxFkzdIKI0.1ts时限tSDI1≥ISD信号跳闸整定计算：23maxFkzdIKI0.20.4ts时限常规保护最长时限＋（）(3)电流增量（按躲开1列机车启动电流整定）：电流增量原理框图&t△ZDI2/I1≥KYL信号跳闸△I≥I△ZD动作方程：整定计算：1111(1)AghqAhhhZDIIKKIIIKKIKI24(4)失压保护：(5)线路有压自动合闸：0.60.7zdNUU－0.70.8zdNUU0.20.4ts时限变电所保护最长时限＋（-）0.20.4ts时限变电所保护最长时限＋（-）25越区供电方式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）TSS1ATS2ATS4ATS5ATS6SPATS3TSS2D1D2D3D4D5D6D7D826合武线分区所主接线图27武广线分区所主接线图28(1)阻抗1段：电抗边整定按分区所SP处短路电抗的85％整定：电阻边整定（按躲开最大负荷整定）：LFFFknZDtgIKURsincos9.0max0.1ts时限（与机车保护和自耦变压器保护配合）.10.85ZDdSPXX29(2)阻抗2段：电抗边整定按越区时最大短路电抗整定：电阻边整定（按躲开最大负荷整定）：LFFFknZDtgIKURsincos9.0max0.2ts时限.maxZDKdXKX30(3)电流速断：电流速断按分区所SP处最大短路电流整定max..2.1SPdzdII0.1ts时限与正常供电方式下的整定相同maxFkzdIKI0.20.4ts时限常规保护最长时限＋（）(4)电流增量：过电流定值按躲过最大负荷电流整定maxFkzdIKI时限0.2s(4)过电流：31馈线保护配置及整定越区供电方式D3、D4、D7、D8、所有AT所馈线保护配置：◆失压保护◆线路有压自动合闸（与正常供电时D3、D4相同）TSS1ATS2ATS4ATS5ATS6SPATS3TSS2D1D2D3D4D5D6D7D832一、牵引变压器保护保护配置差动保护低压启动过电流保护过负荷保护非电量保护第3节变压器保护337SJ627SJ647SJ647SJ627SJ647SJ647SJ627SJ647SJ647U6127U612京津城际变压器保护示意图京津城际一组V/x变压器组采用2套主保护及3套后备保护，国内厂商一般采用1套主保护1套后备保护。34V/X变压器组差动保护原理接线图平衡关系:1.差动保护:ph10101k11ABCIIIII变压器微机保护装置MtIMfITfITtIIIAIBICIAIBICI1W2W1W2W35变压器微机保护装置AIBIMtIBAIIABIIMfII1W2W2W1ABphBAIIIKIII平衡关系:单相三绕组变压器差动保护原理接线图36差动电流:制动电流:CDACDBCDC1I1I1IAphBphCphIIkIIkIIIk比率制动特性制动电流0差动电流ISD制动区速断动作区IDZ比率差动动作区K2K1I1I2CDACDBCDC11I211I211I2AphBphCphIIkIIkIIIk37整定原则：IDZ整定考虑不平衡与励磁电流引起的误差。K1考虑了流互和抽头导致的误差。K2考虑了外部故障时大电流导致的流互饱和误差。ISD按躲过励磁涌流整定。二次谐波闭锁15-20％比率制动特性制动电流0差动电流ISD制动区速断动作区IDZ比率差动动作区K2K1I1I2382.低压启动过电流保护:电流按整定电压一般牵引网额定电压的60%～70%整定高压侧低压启动过电流保护原理框图CTfeKdznKIKI跳两侧断路器≥1信号TGL≥1&Uα≤UDYUβ≤UDYIA≥IGLIB≥IGLIC≥IGL39(2)低压启动过电流保护:α相低压启动过电流保护原理框β相低压启动过电流保护原理框图跳α相断路器信号TGL0&Iα≥IGL0Uα≤UDY跳β相断路器信号TGL0&Iβ≥IGL0Uβ≤UDY403.反时限过负荷保护一般反时限特性：甚反时限特性：极度反时限特性：10114.002.0GFGFTIIt1015.13GFGFTIIt101802GFGFTIIt41(4)非电量保护瓦斯保护变压器内部故障时，由于短路电流和电弧的作用使附近的绝缘物分解而产生气体，同时由于气体的上升会引起油流的变化，利用这个特点构成瓦斯保护。压力保护当变压器内部出现严重故障时，压力释放装置使油膨胀和分解产生的不正常压力得到及时释放，以免损坏油箱，造成更大的损失。温度保护非电量保护在变压器的继电保护配置中有着不可替代的作用，是对常规配置的模拟量保护的重要补充。42差动保护碰壳保护非电量保护二、自耦变压器保护保护配置43整定原则:按躲过最大不平衡电流整定。接触网对地和负馈线对地故障时最大故障电流的10％为最大不平衡电流。动作电流为0.125*Is.cmaxout动作延时0ms采用二次谐波闭锁励磁涌流，定值为15％(1)差动保护:变压器微机保护装置TIFITIFITFII平衡关系:44与牵引变压器类似(3)非电量保护:根据经验值，取额定电流的10％动作延时0ms(2)碰壳保护: