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摘要：铁路运行系统具有行车密度大、运行速度高、牵引功率大等特点。继电保护作为电力系统的主要构成部分，是保证系统可靠、安全运行的重要措施。文章结合铁路工程实际，提出了牵引变电所继电保护存在的问题和继电保护的注意事项，最后对保护方案进行了分析。
关键词：铁路运行系统；牵引变电所；继电保护方案；电力系统；铁路工程 文献标识码：A
中图分类号：TM63 文章编号：1009-2374（2015）19-0114-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.19.056
1 案例介绍
某铁路的牵引变电所使用变压器本体保护、过负荷保护、高压侧过流保护、变压器差动保护等措施来对牵引变电所进行保护，并且没有在牵引变电所中设置220kV线路保护，只是在电力系统一侧配置了双套距离保护来保护线路，未设置过电流、电流速断、零序电流等保护装置进行后续的保护工作，整个保护方案不够完善，还有一些问题存在。需要在此基础上进一步对铁路牵引变电所的继电保护方案进行探讨。
2 牵引变电所继电保护存在的问题
2.1 线路的保护配置存在的问题
本铁路路段的大多数客运专线都没有对220kV线路设置专门的保护措施，只有极少数的客运专线使用220kV线路光纤电流差来对线路进行保护。在现行的《继电保护和安全自动装置技术规程》中的规定要求：对于需要装配全线速动保护的架空短线路和电缆线路中，全线速动主保护一般使用光纤电流差动保护。而对于中长线路，条件允许的情况下，全线速动保护要使用光纤电流差动进行保护。在规范中，要求电气化铁路供电线路满足以下要求：使用三相电源来对电铁负荷进行供电的线路，在对其进行保护时，可以按照一般线路的保护设施进行保护，而对于使用两项电源进行供电的线路，可以使用两段式电流和两段式距离的方式对线路进行保护。
在《继电保护和安全自动装置技术规定（GB 14286）》中指出，对于向电气化铁路进行供电的线路，特别对于架空短线路和电缆线路来说，其全线速动主保护要使用光纤电流差动进行保护。而本铁路工程的大部分客运专线牵引变电所进行供电的线路的全线速动主保护都没有使用光纤电流差动保护。分析后，发现主要是由下述两个原因造成的：（1）牵引变电所多使用架空的方式作为220kV的进线，并且线路比较长，对电缆进线使用比较少，只是在少数的变电所中使用。在220kV供电网络的快速发展下，220kV架空线路数量逐渐减少，为了达到使用要求会逐渐使用电缆线路，特别是对于一些土地资源紧缺、经济发达的城市，对电缆线路的使用会更加普遍。在这种情况下，要优先使用光纤电流差动保护来对为电气化铁路供电的220kV线路提供全线速动主保护。在设计牵引变电所时，要重点考虑；（2）一般情况下在网状结构的电力系统中，对光纤电流差动保护的应用比较多。主要用来判断故障的区间，避免影响系统中的其他用户。在220kV电网中的线路和变电站都是此网中的节点，并且节点会和其他的节点关联到一起。由于负荷端和电源端随时都有可能发生变化，会导致电流保护和距离保护整定、配合的难度大。为了保证用户的选择性，通常会使用光纤差动保护。由于牵引变电所只是系统的终端负荷，只是一个单电源的网络，不需要对穿越功率进行考虑，运行方式也是固定的，所以使用距
离保护来对220kV线路进行保护基本已经可以达到要求。
2.2 牵引变压器保护配置存在的问题
按照相关规定要求，在使用数字式保护的方法对220kV以上的变压器进行保护时，除了电量保护以外，均使用双重化的保护配置。如果断路器中有两组跳闸线圈，这两套保护要分别保护一组跳闸线圈。而牵引变压器是否使用保护双重配置，是由牵引变压器的运行方式和牵引变电所的主接线方式来决定的，要灵活运用。本铁路线路牵引变电所使用的接线方式和电力系统220kV变电所的接线方式不同。牵引变压器按照固定备用的方式进行运行，实际运行过程中，一组变压器组处于运行状态，另一组变压器组处于备用状态，不管是运行线路发生故障还是牵引变电所两线路变压器组发生故障，都会将故障线路变压器组切除，然后切换到备用线路变压器组，从而确保牵引供电系统可以保持稳定运行。经过上述分析后可知，牵引变电所的变压器和进线都设置有冗余设备，并且使用220kV线路保护来对牵引变压器进行后备保护，不需要再对220kV变压器进行双重保护配置。
3 保护配置的建议以及保护整定中的注意事项
3.1 保护配置建议
在进行以上分析后，要求对该铁路线路保护配置做如下设置：（1）不使用双重化配置来对牵引变电所变压器进行保护；（2）优先使用双套光纤电流差动保护来作为电气化铁路供电线路的全线速动保护，并配置电流速断、距离保护、零序电流保护、过电流保护作为后备保护。
3.2 保护整定中的注意事项
对该铁路使用电流速断保护、距离保护、电流增量保护、过电流保护的措施来配置牵引变电所反馈线的保护，并以距离保护为馈线的主要保护措施。为了防止出现机车带电过变电所分相产生越级跳闸的情况，使用电流增量保护、过电流保护和电流速断保护作为馈线的后备保护。在保护整定过程中需要注意下面两个问题：（1）考虑到馈线的最小断路电流和最大负荷电流有的时候比较接近，使用常规的规定要求一般无法达到电流保护的灵敏度要求，在应用过程中要对其进行解决；（2）由于该铁路线路牵引变电所反馈线的保护装置是由不同的公司提供的，所以，在馈线PT断线判距保护整定时，要注意不同厂家对PT断线的判断依据是不同的。
4 热过负荷的保护分析
4.1 馈线热过负荷保护
馈线热过负荷保护主要是在收集接触线电流和外界环境温度后，利用内部程序进行计算，然后将接触线的固有特性和计算结果进行对比，并根据不同的情况发出跳闸和报警的命令，进而达到对接触网进行保护的目的。馈线过热负荷主要是用来对接触线进行保护的，由于接触线自身带有特定的热特点，是一个以电流为变量的反时限曲线，要求接触线的固有曲线可以和保护装置的整定曲线配合好。此外，馈线的电流保护也要和保护装置的整定曲线配合好。配合曲线见图1： 图1 配合曲线
接触线的通过电流的持续时间主要体现在接触线温度升高以后对接触线机械性能造成的影响，即接触线的耐热能力是由接触线运行持续通过的电流大小来决定的。接触线包含了从变电所反馈线路连接到接触网上网处的接触网和供电线，而供电线允许通过电流的时间主要是由电线的材质来决定的，而接触网运行的持续电流主要是由承力和接触导线来决定的。电流从接触线流过后，由承力索和接触导线进行分流。所以，接触网允许通过的持续电流是接触导线承力索和允许持续电流的和，需要确定承力索和接触导线的材质后，才能将接触网运行磁性电流计算出来。
4.2 变压器过热负荷保护
牵引变压器作为电气化铁路中的一个主要供电设备，对铁路运行的经济性和安全性均有较大影响。当长时间出现热状态下，会导致变压器绝缘材料的弹性丧失，影响电气强度。为了延长变压器的使用年限，确保其在过热情况下不至于损坏变压器绝缘，我国的变压器标准明确规定了变压器的温升限制。当前，主要使用定时限过负荷来对牵引变压器进行保护，并利用过电流动作和过电流倍数来实现。这种保护方案的适用性比较小，当负荷定值整定比较高时，会使变压器持续保持在过负荷的状态下，影响变压器的使用年限。而当整定值过低时，会使变压器频繁出现跳闸情况，对变压器过负能力的发挥有比较大的影响。导致这种情况出现的根本原因是保护方案无法将变压器温升反映出来，使变压器实际的过负荷能力和保护方式不匹配。而使用热点温度来限制负荷，可以更加准确、真实地将变压器内部的热状态反映出来，可以提升牵引变压器过负荷的能力。在测量温度时，可以使用间接测量和直接测量的方式来进行测量，其中间接测量是利用变压器时间对电流的特性曲线来将内部温升反映出来的，而直接测量是使用温度传感器设备安装在内部发热体上来实现的。由于铁路牵引负荷具有持续时间长、负荷电流大等特点，当前使用的定时限过负荷已经不能再满足实际运行的要求，在未来会使用热过负荷保护取代时限保护。
5 结语
经过上述分析后，按照以下方案对铁路牵引变电所保护进行配置：（1）变压器。使用热过负荷保护、过电流保护、变压器本体保护来对变压器高低压侧进行保护；（2）线路。使用全线速动主保护来对光纤电流差动保护，并进行双重配置，配置电流速断、距离保护、零序电流、过电流来作为后备保护；（3）馈线。使用电流速断保护、距离保护、电流增量保护、过电流保护、过热负荷保护来对馈线进行保护。
参考文献
[1] 王勇.客运专线牵引供电系统短路试验的研究[J].铁道工程学报，2009，（11）.
[2] 继电保护和安全自动装置技术规程（GB 14285-2006）[S].
[3] 中铁电气化勘测设计研究院有限公司.高速铁路牵引供电技术研究[M].北京：中国铁道出版社，2005.
作者简介：张相志（1979-），男，河南荥阳人，成都交大许继电气有限责任公司中级工程师，研究方向：市场营销。
（责任编辑：黄银芳）
关键词：铁路运行系统；牵引变电所；继电保护方案；电力系统；铁路工程 文献标识码：A
中图分类号：TM63 文章编号：1009-2374（2015）19-0114-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.19.056
1 案例介绍
某铁路的牵引变电所使用变压器本体保护、过负荷保护、高压侧过流保护、变压器差动保护等措施来对牵引变电所进行保护，并且没有在牵引变电所中设置220kV线路保护，只是在电力系统一侧配置了双套距离保护来保护线路，未设置过电流、电流速断、零序电流等保护装置进行后续的保护工作，整个保护方案不够完善，还有一些问题存在。需要在此基础上进一步对铁路牵引变电所的继电保护方案进行探讨。
2 牵引变电所继电保护存在的问题
2.1 线路的保护配置存在的问题
本铁路路段的大多数客运专线都没有对220kV线路设置专门的保护措施，只有极少数的客运专线使用220kV线路光纤电流差来对线路进行保护。在现行的《继电保护和安全自动装置技术规程》中的规定要求：对于需要装配全线速动保护的架空短线路和电缆线路中，全线速动主保护一般使用光纤电流差动保护。而对于中长线路，条件允许的情况下，全线速动保护要使用光纤电流差动进行保护。在规范中，要求电气化铁路供电线路满足以下要求：使用三相电源来对电铁负荷进行供电的线路，在对其进行保护时，可以按照一般线路的保护设施进行保护，而对于使用两项电源进行供电的线路，可以使用两段式电流和两段式距离的方式对线路进行保护。
在《继电保护和安全自动装置技术规定（GB 14286）》中指出，对于向电气化铁路进行供电的线路，特别对于架空短线路和电缆线路来说，其全线速动主保护要使用光纤电流差动进行保护。而本铁路工程的大部分客运专线牵引变电所进行供电的线路的全线速动主保护都没有使用光纤电流差动保护。分析后，发现主要是由下述两个原因造成的：（1）牵引变电所多使用架空的方式作为220kV的进线，并且线路比较长，对电缆进线使用比较少，只是在少数的变电所中使用。在220kV供电网络的快速发展下，220kV架空线路数量逐渐减少，为了达到使用要求会逐渐使用电缆线路，特别是对于一些土地资源紧缺、经济发达的城市，对电缆线路的使用会更加普遍。在这种情况下，要优先使用光纤电流差动保护来对为电气化铁路供电的220kV线路提供全线速动主保护。在设计牵引变电所时，要重点考虑；（2）一般情况下在网状结构的电力系统中，对光纤电流差动保护的应用比较多。主要用来判断故障的区间，避免影响系统中的其他用户。在220kV电网中的线路和变电站都是此网中的节点，并且节点会和其他的节点关联到一起。由于负荷端和电源端随时都有可能发生变化，会导致电流保护和距离保护整定、配合的难度大。为了保证用户的选择性，通常会使用光纤差动保护。由于牵引变电所只是系统的终端负荷，只是一个单电源的网络，不需要对穿越功率进行考虑，运行方式也是固定的，所以使用距
离保护来对220kV线路进行保护基本已经可以达到要求。
2.2 牵引变压器保护配置存在的问题
按照相关规定要求，在使用数字式保护的方法对220kV以上的变压器进行保护时，除了电量保护以外，均使用双重化的保护配置。如果断路器中有两组跳闸线圈，这两套保护要分别保护一组跳闸线圈。而牵引变压器是否使用保护双重配置，是由牵引变压器的运行方式和牵引变电所的主接线方式来决定的，要灵活运用。本铁路线路牵引变电所使用的接线方式和电力系统220kV变电所的接线方式不同。牵引变压器按照固定备用的方式进行运行，实际运行过程中，一组变压器组处于运行状态，另一组变压器组处于备用状态，不管是运行线路发生故障还是牵引变电所两线路变压器组发生故障，都会将故障线路变压器组切除，然后切换到备用线路变压器组，从而确保牵引供电系统可以保持稳定运行。经过上述分析后可知，牵引变电所的变压器和进线都设置有冗余设备，并且使用220kV线路保护来对牵引变压器进行后备保护，不需要再对220kV变压器进行双重保护配置。
3 保护配置的建议以及保护整定中的注意事项
3.1 保护配置建议
在进行以上分析后，要求对该铁路线路保护配置做如下设置：（1）不使用双重化配置来对牵引变电所变压器进行保护；（2）优先使用双套光纤电流差动保护来作为电气化铁路供电线路的全线速动保护，并配置电流速断、距离保护、零序电流保护、过电流保护作为后备保护。
3.2 保护整定中的注意事项
对该铁路使用电流速断保护、距离保护、电流增量保护、过电流保护的措施来配置牵引变电所反馈线的保护，并以距离保护为馈线的主要保护措施。为了防止出现机车带电过变电所分相产生越级跳闸的情况，使用电流增量保护、过电流保护和电流速断保护作为馈线的后备保护。在保护整定过程中需要注意下面两个问题：（1）考虑到馈线的最小断路电流和最大负荷电流有的时候比较接近，使用常规的规定要求一般无法达到电流保护的灵敏度要求，在应用过程中要对其进行解决；（2）由于该铁路线路牵引变电所反馈线的保护装置是由不同的公司提供的，所以，在馈线PT断线判距保护整定时，要注意不同厂家对PT断线的判断依据是不同的。
4 热过负荷的保护分析
4.1 馈线热过负荷保护
馈线热过负荷保护主要是在收集接触线电流和外界环境温度后，利用内部程序进行计算，然后将接触线的固有特性和计算结果进行对比，并根据不同的情况发出跳闸和报警的命令，进而达到对接触网进行保护的目的。馈线过热负荷主要是用来对接触线进行保护的，由于接触线自身带有特定的热特点，是一个以电流为变量的反时限曲线，要求接触线的固有曲线可以和保护装置的整定曲线配合好。此外，馈线的电流保护也要和保护装置的整定曲线配合好。配合曲线见图1： 图1 配合曲线
接触线的通过电流的持续时间主要体现在接触线温度升高以后对接触线机械性能造成的影响，即接触线的耐热能力是由接触线运行持续通过的电流大小来决定的。接触线包含了从变电所反馈线路连接到接触网上网处的接触网和供电线，而供电线允许通过电流的时间主要是由电线的材质来决定的，而接触网运行的持续电流主要是由承力和接触导线来决定的。电流从接触线流过后，由承力索和接触导线进行分流。所以，接触网允许通过的持续电流是接触导线承力索和允许持续电流的和，需要确定承力索和接触导线的材质后，才能将接触网运行磁性电流计算出来。
4.2 变压器过热负荷保护
牵引变压器作为电气化铁路中的一个主要供电设备，对铁路运行的经济性和安全性均有较大影响。当长时间出现热状态下，会导致变压器绝缘材料的弹性丧失，影响电气强度。为了延长变压器的使用年限，确保其在过热情况下不至于损坏变压器绝缘，我国的变压器标准明确规定了变压器的温升限制。当前，主要使用定时限过负荷来对牵引变压器进行保护，并利用过电流动作和过电流倍数来实现。这种保护方案的适用性比较小，当负荷定值整定比较高时，会使变压器持续保持在过负荷的状态下，影响变压器的使用年限。而当整定值过低时，会使变压器频繁出现跳闸情况，对变压器过负能力的发挥有比较大的影响。导致这种情况出现的根本原因是保护方案无法将变压器温升反映出来，使变压器实际的过负荷能力和保护方式不匹配。而使用热点温度来限制负荷，可以更加准确、真实地将变压器内部的热状态反映出来，可以提升牵引变压器过负荷的能力。在测量温度时，可以使用间接测量和直接测量的方式来进行测量，其中间接测量是利用变压器时间对电流的特性曲线来将内部温升反映出来的，而直接测量是使用温度传感器设备安装在内部发热体上来实现的。由于铁路牵引负荷具有持续时间长、负荷电流大等特点，当前使用的定时限过负荷已经不能再满足实际运行的要求，在未来会使用热过负荷保护取代时限保护。
5 结语
经过上述分析后，按照以下方案对铁路牵引变电所保护进行配置：（1）变压器。使用热过负荷保护、过电流保护、变压器本体保护来对变压器高低压侧进行保护；（2）线路。使用全线速动主保护来对光纤电流差动保护，并进行双重配置，配置电流速断、距离保护、零序电流、过电流来作为后备保护；（3）馈线。使用电流速断保护、距离保护、电流增量保护、过电流保护、过热负荷保护来对馈线进行保护。
参考文献
[1] 王勇.客运专线牵引供电系统短路试验的研究[J].铁道工程学报，2009，（11）.
[2] 继电保护和安全自动装置技术规程（GB 14285-2006）[S].
[3] 中铁电气化勘测设计研究院有限公司.高速铁路牵引供电技术研究[M].北京：中国铁道出版社，2005.
作者简介：张相志（1979-），男，河南荥阳人，成都交大许继电气有限责任公司中级工程师，研究方向：市场营销。
（责任编辑：黄银芳）