运营维护
DOI： 10.19587/jxnki.l007-936x.2018.04.021
电气化铁道2018年第4期
一起牵引变电所过电流保护动作分析
于桂华，伍俊霖，葛海波
摘要：对一起牵引变电所过电流保护动作进行了分析，通过分析变压器低压侧相间电压与负荷的关系，结合 过电流保护低压启动判据，给出过流保护动作的原因，并提出一种改进保护判据的方法。关键词：过电流保护；过负荷；相间短路
Abstract： With analyzing a case of over-current protection action of the traction substation, by analyzing the relations
between inter-phase voltage and load at low side of transformer and with connection to judgment of low voltage start up of over-current, the paper brings forward the causes of over current protection action, and puts forward a method for improving the protection criteria.
Key words： Over-current protection; over-load; inter-phase short circuit
中图分类号 :U226.7
文献标识码：B
文章编号：1007-936X(2018) 04-0084-04
0引言
牵引变电所主变后备保护一般设置低压启动
低压启动值导致B相过流元件动作。
过电流保护，用于变压器外部短路引起的过流保 护，同时也作为变压器差动保护及馈线保护的后备 保护。本文对某牵引变电所发生的一起低压启动过 电流保护跳闸事件进行分析，由于引起保护动作的 原因在以往故障分析中较少出现，因此对该次跳闸 的原因进行分析，并给出改进方案建议。
图1 B相低压启动过电流保护动作逻辑
在图1中，厶为主变B相电流，/b»SB相过 电流整定值，
为b相过电流保护时限整定值，
[/dy为低压启动整定值，C/tl、[/t2分别为母线T1、 T2相电压，[/ttSTl、T2相间线电压。
表1跳闸数据及过电流保护整定值
跳闸数据整定值
报告类型：主变后备保护装置A相过电流整定值：250 A故障动作：高压侧B相过流B相过电流整定值：145 At；AB： 229.76 kVC相过电流整定值：145 AUBC- 230.37 kV低压启动整定值：18.15 kVUqa： 233.66 kV/A： 201.73 A7b： 213.07 A/c： 14.22 A/tfi： 1 875.27 AItf2： 123.02 A
1保护动作概况
某牵引变电所1回进线1号主变运行，2回进 线2号主变备用。2017年7月8日14: 12: 05, 1 号主变后备保护装置高压侧过流保护动作，变压器 两侧101、201、203断路器跳闸。保护装置跳闸报 告显示：B相过流保护动作，动作电流为213.07 A。
2原因分析
故障发生后，检修人员对牵引变电所内设备及
接触网进行排查，均未发现异常，调度台远方合 101、201、203断路器成功。
2.1跳闸数据分析
B相低压启动过电流保护的动作逻辑如图1所 示。保护装置跳闸数据及过电流保护整定值如表1 所示。从表1可以看出，故障时刻B相电流值大 于整定值，且C/tl和C/e均大于低压启动值，C/tt值 保护装置跳闸数据中未记录，初步判断C/tt值小于作者简介：于桂华.中国铁路南宁局集团有限公司，工程师；
伍俊霖.成都地铁运营有限公司，助理工程师；
葛海波.成都交大许继电气有限责任公司，高级工程师。
Utv. 23.81 kVUt2： 26.54 kV
2.2过电流保护动作分析
该变电所牵引变压器为三相V/V联接变压器， 由2台单相变压器1B和2B构成，其联接方式和 相量图如图2所示。可以看出，变压器空载时， %和％之间夹角为60°,计算空载时C/tt = 25.3 kV,大于低压启动整定值，过电流保护不应动作。
84
一起牵引变电所过电流保护动作分析于桂华，伍俊霖，葛海波运营维护
图2
三相V/V联接牵引变压器联接图和相量关系
进一步分析变压器负荷电流和C/tl、％之间角 度的关系。跳闸时刻T2相故障电流很小，可当作 是空载电流。三相V/V变压器只有T1侧有故障或 负荷，所以只分析单相变压器1B。单相变压器等
值电路如图3所示，其中6、为变压器髙、低压侧电压（归算至高压侧)，P+jg为负荷功率， i?T+j^T为变压器短路阻抗，/为变压器负荷电流。
图3单相变压器简化等值电路及电压相量
根据图3的电压相量图可得出变压器压损为 Ux-U2
= LU+]8U
(1)
其中，变压器压损有功分量AC/和无功分量況/
AU=P'Rr+Q'X-r
u2su = PXt-QRt
(2)
U2因为该铁路线运行机车为交直交型机车，负荷 功率中无功功率式（2)中无功分量況/计 算式可简化为
su = p(3)
U-2^[^和C>2之间的角度6%^ 9 = arcsin. —SU . P XT u(4), =arcsin-----U,xU—
2P=lh 乂 I(5)
式中，P、人C/2分别为单相变压器负荷侧有功功率、
电流、电压。
将式（5)代入式（4)中，可得
0 = arcsin
U,(6)
式（6)中，為为变压器短路电抗，可按下式计算
XT =
^-
xUk% (7)
式中，t/N、知、[/k%分别为变压器的额定电压，V; 额定容量，VI;阻抗电压百分比。
从式（6)可以看出，负荷电流/和0成正比关 系，负荷电流越大，0也越大。可根据变压器参数 及表1跳阐数据计算0。
1B 变压器参数 t/N = 220 kV, SN = 20 MV-A,C/k%=11.55%,代入式（7)可得
XT =^-x^% = 279.5 Q(8)0-arcsin/xXT = 15.02°
(9)u,P=t/2x/= 44.65 MW(10)^=60°- 0=44.98°
(11)
Utl
图4 IB侧重负荷，2B侧空载时rtl、t心电压相量
从图4可以看出，1B侧重负荷、2B侧空载情 况下，[/tl逆时针旋转0，而％角度不变。通过计 算，本次跳闸伪15.02°, C/tl和％之间的角度步 为44.98°。计算得t/tt= 19.42 kV,与低压整定值 18.15 kV接近。调取跳闸时刻故障波形，叫和％
之间的实际角度爭为41°,计算为17.82 kV,小于低压启动整定值，B相过流保护按图1保护逻辑
85
运营维护
电气化铁道
2018年第4期
动作，属于保护正常动作。
3改进措施
由上节分析可知，本次过流保护动作是由于
1B变压器过负荷（约2倍过负荷），2B变压器空 载的负荷分配方式引起C/tl电压降低且C/tl、％之 间角度<5减小，使C4小于低压启动整定值，导致 低压启动过电流保护动作。
3.1变压器负荷分配和相间电压分析
三相V/V联接变压器低压侧两相不同负荷分 配情况下t/tl、％之间角度的关系如图5所示。
当IB、2B空载时，[/tl、
之间的角度步为
60。，C/tl = C/t2=C/tt = 27.5kV，如图 5 (a)所示。
当1B重负荷、2B空载时，[^电压降低，％ 大小、相位不变，C/tl逆时针旋转，t/tl、C/t2之间的 角度_小，C/tt也减小，如图5 (b)所示。
当2B重负荷、1B空载时，％电压降低，C/tl 大小、相位不变，[/(2逆时针旋转，C/tl、％之间的 角度变大，C/tt也同步变化，如图5 (c)所示。
当IB、2B两侧均有负荷时，C/tl、％同时逆 时针旋转，[/tl、％之间的角度由根据两侧负荷分 配可能增大或缩小，C4也同步变化，如图5 (d) 所示。
(a) 1B、2B空载 （b) 2B空载，IB重负荷(c) IB空载，2B重负荷（d) IB、2B两侧均有负荷
图5
变压器负荷分配与电压相量
可以看出，在不同负荷分配情况下C/tt变化不 同。下面计算三相V/V联接变压器有负荷情况下 c/tt最小值。首先根据相关标准和规范设定如下约 束条件：
(1) 牵引网最大负荷时[4] , min(C/tl、C19 kV；
(2) 变压器空载时[4], [40^) = 27.5 kV;(3) 机车紧密运行时[5]，变压器最大过负荷86
彡3倍额定负荷。
由图5可以看出，C/tt满足
+Ua2 -2xUnxUaxcos0 (12)
式(12)可以变换为____________________Uu = V(t/tl -Ua)2+2xUtlx Ut2 x (1 - cos 0)(13)
3倍过负荷情况下，相电压旋转角度战；^ 0 = arcsin. I----xXT . 20000x3x279.5Ux - = arcsrn--------------220 x 229.76xl03-=
19.38°
(14)
式（13)中少、[/tl、％的取值范围为
Utv C/t2G[19kV, 27.5 kV],
[40.62°, 79.38°]
(15)
从式（13)可以看出当[/tl = t/t2=19kV, 0=
40.62°时，t/tt最小值为
x V2x(l-c〇s 40.62°)=
0.694X C/tl min= 13.13 kV
(16)可以看出，V/V联接牵引变压器在3倍过负荷 运行且％ (t/e)最低为19kV时，％最小可达到 13.13 kV。
3.2低压启动过流保护判据改进
牵引变电所发生Tl、T2相间短路时，变压器 低压侧相电压比空载时有所下降，但仍维持在一个 较高水平[6]。为防止相间短路时低压过电流保护拒 动，低压启动判据中采用相电压和相间电压二者的 “或”逻辑作为过电流启动判据。但根据前面分析, 当三相V/V联接变压器过负荷运行时，存在相间
电压比相电压明显降低情况，相间电压最低可降至 相电压的0.7倍左右，出现相电压高于低压整定值 而相间电压低于低压整定值导致低压过电流保护 元件误动的情况。
为防止类似情况造成低压启动过电流保护元
件误动作，保护装置的低压启动定值可按相电压和相间电压2项分别整定，低压启动过电流保护动作 逻辑修改后如图6所示。t/dyl、C/dy2分别为相电压、 相间电压低压启动整定值，C/dyl按原方式计算，参 考式（16)给出t/dy2的计算式为
C/dy2 = (0.7X[/tl ^
(17)
式中， 私为可靠系数，取1.2,
为返回系数，取
1.1, 为牵引网最大负荷时T1相母线最低母
线电压。
4)彡一起牵引变电所过电流保护动作分析于桂华，伍俊霖，葛海波运营维护
器时应根据联接方式计算相间电压最小值，然后根 据式（17)计算相间电压的低压启动整定值。参考文献：
[1] 曹建猷.电气化铁道供电系统[M].北京：中国铁道出版
社，1993.
图6
修改后的B相低压启动过电流保护动作逻辑
[2] 谭秀炳.交流电气化铁道牵引供电系统[M].成都:西南
交通大学出版社，2014.
4结论
牵引变压器在列车紧密运行时常处于过负荷
[3] 韩祯祥.电力系统分析[M].杭州：浙江大学出版社， 2005.
[4] 中国国家标准委员会.GB/T 1402-2010轨道交通牵引
供电系统电压[S].北京：中国质检出版社，2010.
状态，会弓丨起变压器低压侧两相电压角度发生偏 移，严重过负荷时可能导致相间电压明显降低，造 成低压启动过流保护动作。通过分析三相V/V联 接变压器负荷分配和相间电压关系，找到一种新的 低压启动判别方法，并给出了相间电压的低压启动 整定值计算方法。
由于篇幅，本文只分析了三相V/V联接 变压器一种类型，当牵引变电所采用其他类型变压
[5] 中华人民共和国铁道部.TB/T3159-2007电气化铁路牵
引变压器技术条件[S].北京：中国铁道出版社，2007.
[6] 张长梅，楚振宇.牵引变电所相间短路保护及其分析[J].
铁道学报，2006，28 (5): 83-.
收稿日期：2018-01-09
(上接第
78页
）
5结语
电力贯通线路的施工涉及内容较多，若一个方
4.5鸟害防范
设备杆、转角杆和分歧杆的区域联络线非常密 集，很容易因为鸟害造成短路现象。有些鸟的体形 偏大，其翼展距离大大超过了相间300 mm的安全 距离，可增设驱鸟器进行防范，在设备维护阶段对 鸟害较为严重的区段加强线路巡视。4. 6
提局施工技术水平
为保障线路施工的质量、安全，施工人员应不 断提高自身技术能力，不断学习新技术，全面提升 对线路施工质量的控制能力。在施工前，施工单位 应与当地供电部门及时沟通，为后期线路的维护与 改造等做好准备。在施工期间，应根据施工进度为 线路提供适当缓冲期，并对各项设备进行质量检 测，合格后方可投入使用。
面出现问题，将会对后期的运营维护造成影响。工 程设计及施工阶段采取合理防范措施，可有效保证 工程质量，保障线路的安全稳定运行。参考文献：
[1] 肖玲.配电网10kV线路施工的特点与质量控制措施[J].
工程技术：全文版，2016 (12): 00134-00134.
[2] 尤江平.配电网10 kV线路施工特点与质量控制对策[J].
大科技，2016 (33).
[3] 郑巍.10 kV配电网建设中的合理设计探讨[J].民营科
技，2011 (12): 316-316.
[4] 陈兴胜.10 kV配网架空线路维护和检修剖析[J].科技
与企业，2015 (12): 227-227.
收稿日期：2018-04-03
87
