高铁牵引所主变低压启动过电流保护分析及对策

俞益飞 中国铁路上海局集团有限公司调度所

高速铁路牵引所是铁路供电的核心设备，主变是牵引所心脏设备，承担电能的输送与电压的变换。目前高速牵引所采用两路220 kV 电源进线受电分别接至两组主变，日常运行两路电源及主变采用一主一备方式，当一路电源或者主变故障，另一路电源和主变自动投入运行，确保不间断给高速铁路接触网动车组供电。

1 概况

XX 年 X 月 X 日 2：23，沪通高铁 XX 牵引所 4 号主变低压侧204 断路器在天窗点内进行设备检修时拒合暂时无法修复，由于牵引所电源一（对应1 号、3 号主变）供电公司计划停电未能恢复供电，后确定采用邻所半边越区供电方式，XX 牵引所通过XX 分区所越区供电恢复接触网供电。8:11、9:17XX 牵引所2号主变低压侧202DL分别过电流保护动作，手动送电恢复供电，造成接触网两次停电5 min，影响多趟动车组运行。

1.1 动作情况

8:11，XX 牵引所2 号主变低压侧202DL 低电压过电流保护动作，Ua 为 27.3 kV，Ub 为 0.5 kV,Ia 为 0.18 A，Ib 为 1247.1 A。初步判断过负荷，8:14 手动闭合202DL 恢复供电。9:17，XX牵引所2号主变低压侧202DL低电压过电流保护动作，Ua为26.6 kV，Ub 为 0.5 kV,Ia 为 0.25 A，Ib 为 1100.3 A。初步判断过负荷，9:19 手动闭合202DL 恢复供电。通知列车调度员适当控制车流。

1.2 保护分析

主变过电流保护的作用是保护外部短路引起的变压器过电流。牵引变压器高低压侧均设置了过电流保护，低压侧过电流保护是27.5 kV 母线的主保护、相应馈线的后备保护。根据最新继电保护导则要求，过电流保护增加低电压闭锁功能，动作电压按躲过变压器低压侧最低运行电压整定。

式中：Umin为低压侧最低运行电压，单位伏特（V）；

Kk为可靠系数，取1.2；

npt为电压互感器变比。

对于2×25 kV AT供电方式，低压判据采用T母线对地或者TF合成电压。

低压侧动作电流按躲过低压侧额定电流整定，AT供电方式低压侧取T、F 电流之和（向量差），各相动作电流应分别计算。

式中：Kkl为低压侧可靠系数，取1.2～1.5；

Iel为低压侧额定电流，单位安培（A）;

nCTl低压侧电流互感器变比。

查该所保护整定单，2号主变低压侧过流保护定值（二次值）：过流值0.44 A，电压值73 V，时限整定0.7 s，流互变比2500/1，压互变比275/1。换算至高压一次值，过流值为0.44 A×2 500=1 100 A，电压值为73 V×275=20.075 kV，两次跳闸时低压侧过电流1247.1 A、1100.3 A 均超过整定值1 100 A；两次跳闸时低压侧闭锁电压接近于零，小于整定值20.075 kV，达到动作条件，保护属于正常动作。

2 原因分析

分析跳闸数据（跳闸报告见图1），对照XX牵引所一次主接线图，发现2号主变对应202DL 且供电至T1、F1段母线，对应201YHT、201YHF，查询母线电压曲线，发现201YHT、201YHF 在跳闸前电压正常（电压曲线见图2）。跳闸报告数据Ub=0.5 kV，而a 相母线已停电情况下Ua=27.3 kV，Ua、Ub电压数据异常。继续查询牵引所二次接线图以及所内保护装置配置，发现综自厂家在保护装置里将低压Ⅰ段、Ⅱ段的a相与b相定义取反，即Ua、Ub数据反了，致使主变低压侧过电流保护中低电压闭锁功能失效，当主变低压侧过电流超过保护定值保护装置延时后出口动作。

图1 跳闸报告

图2 电压曲线图

3 存在问题

3.1 主变低压侧过电流与馈线低电压过电流保护整定不合理

主变低压侧过电流保护是馈线保护的后备保护，整定按躲开主变低压侧额定电流整定，而馈线过电流按躲开馈线最大负荷电流并保证末端故障有足够灵敏度整定。查询该主变一个月里低压侧最大负荷曲线图见图3，最大负荷出现在13 日15：59：32，持续2 s，单条馈线最大电流1 466 A，该主变低压最大电流1 541 A。对照保护整定单数据：馈线过电流整定值1 320 A，主变低压过电流整定值1 100 A。存在过流保护整定与实际负荷、上下级保护电流定值不匹配的情况，遇到低电压闭锁功能失灵时，易使主变低压侧断路器越级跳闸。

图3 最大负荷曲线图

3.2 主变后备保护装置电压定义不正确

XX 牵引所1 号、2 号系统在开通施工期间曾进行二次接线对换，保护装置对应的遥测数据进行同步修改，但遗漏主变后备保护装置里低压Ua和Ub定义的修改。查询牵引所交接整体传动试验时，只在二次端子排处加压通过保护装置确认电压显示正常，未进行低电压闭锁功能试验等。

3.3 未设置主变过电流自动放大电流定值功能

目前主变后备保护装置均支持主变低压侧过电流保护在PT 断线时自动放大电流定值功能，当低压侧PT 断线条件启动后，过电流保护会自动放大电流，确保在大负荷时不误动作。

4 改进措施

针对高铁牵引所主变低压侧过电流保护设置存在的问题，结合运行实际，应采取以下措施：

4.1 合理配置馈线和主变后备过电流保护的定值参数

建议馈线与主变后备保护的电压、电流、时限定值按上下级级差配置。目前不断推出新型高铁动车组，机车功率越来越高，运行图线条密度越来越密，这要求牵引所保护配置也必须动态维护，在满足主导电回路能力的情况下，根据实际运行负荷峰值大、持续时间短的情况，选取列车调图后一时间段内的最大负荷，并考虑馈线末端最小短路电流数值（设计数值为1 905 A），合理调整馈线低压过流保护的电流数据。上级主变低压侧过流保护的电流数值应与馈线设置合理级差。根据该所馈线实际负荷情况以及主变过负荷能力，建议馈线低压过流整定值提高至1 480 A 左右、2 号主变低压过流整定值提高至1 530 A左右为宜。

4.2 加强新线介入验收工作，提高牵引所交接试验工作质量

牵引所验收时需首先核对图纸与现场实际接线是否一致，不同厂家对相关定义是否统一，提前审核调试点表；其次通过交接试验核实回路的正确性，通过在设备源头电压、电流分别加量，遥测、保护数据关联性校核，分部试验与整组传动试验相结合，各类闭锁试验也需要逐一核对试验，从而确保接线和数据配置的正确性。

4.3 设置主变低压侧过电流自动放大电流定值功能

XX 牵引所是2020 年新开通运行的牵引所，按照最新继电保护配置及整定导则，主变保护按双套保护配置，现场设备分别为南自WBZ662、凯发KF6531 主变后备保护装置，该型号保护装置在低电压启动单相过电流保护时均具备PT 断线时自动放大电流定值功能。其中单相过流保护的电流调整定值I1GLΨψ’＝k I1GLψ，I1GLψ为单相过流保护电流定值，ψ 为 a/b 相中任 一相；当低压侧对应相 PT 断线且过流定值调整功能投入时k=KGL1，其中KGL1为单相过流电流系数定值，否则k=1。低电压启动的a相过电流保护在满足以下条件时出口跳a相断路器（启动条件见图4）。

①Ua小于低压侧低压启动电压定值；

②Ia＞I1GLa’，其中I1GLa’为a相过流电流调整定值；

③延时时间到。

其中PT 断线闭锁判据满足电压、电流条件：电压定值按躲过最低运行电压整定，一般取30 V-50 V; PT 断线延时2 s发出告警信号。这样在电压回路异常产生PT断线报警时，能自动放大主变过电流定值，低压侧过电流放大倍数为最大负荷电流/额定电流比值，查询放大倍数设计定值为2.86，保护装置在满足放大条件时自动把主变低压侧过电流电流定值由1 100 A 放大到3 146 A。投入这项功能，能有效减少过负荷引起的主变过电流保护动作次数。

图4 a相过电流保护

4.4 合理安排牵引所内设备检修时间

本次误动作是在牵引所半边越区供电的特殊运行方式产生，虽然误动作原因为保护装置电压设置错误，但为有效较少此类情况再发，建议牵引所内不同区域的设备检修在安排时间上错开，避免备用设备停电检修、主用设备在天窗点维修发生设备故障无法修复从而影响正常供电。另外在特殊情况下必须采用牵引所半边越区运行方式，需提前检查确认牵引所具备运行条件，越区完成后仔细检查运行主变的后备保护装置内的电压电流数值是否正常，主变过电流保护电压、电流、时限正确设置，双套保护配置完全一致。

5 结论

通过上述分析，高铁牵引所主变低压侧低电压过电流保护误动作，造成接触网停电，干扰高铁运输次序，分析误动作原因，采取针对性措施，合理调整保护定值、加强交接试验、正确投入防误动保护功能，可以有效减少主变低压侧低电压过电流保护跳闸的次数，提高牵引所供电可靠性。