引网高阻接地故障电流与增量保护的设置

引网高阻接地故障电流与增量保护的设置

赵琼

中国铁路兰州局集团公司兰州供电段 甘肃兰州 730000

摘要：对于高阻接地故障，其短路阻抗较大，短路电流较小，牵引网中的常规保护难以感知这类事件，可采用电流增量保护来解决牵引网高阻接地故障问题。

关键词：牵引网；高阻接地故障；增量保护

1牵引网高阻接地故障电流

发生高阻接地故障时牵引网的故障电流很小，故障电压降低少，其测量阻抗较常规故障时的测量阻抗要高数倍至数十倍，常规过电流保护装置无法可靠检测，阻抗保护也不能正确动作。高阻接地故障还表现出随机性，电流不稳定、波动大，反映高阻接地故障的故障量不明显，不易与移动取流、负荷电流大小随时变化、谐波含量丰富的交流牵引负荷相区分，导致保护动作不灵敏。图1所示为某变电所发生高阻接地故障跳闸的故障录波。在有机车取流的情况下发生高阻接地短路跳闸，在短路瞬间，电流由约420A突增到约800A，突变量达到380A，波形整体平滑，谐波含量为21.9%。由于发生高阻接地故障前线路中有机车运行，谐波含量中2次谐波和3次谐波占比较大，可认为谐波大部分是由机车负荷造成。针对该情况，如果保护整定过大会失去灵敏性，整定过小又会使保护容易误动，失去选择性。区分高阻接地故障电流与交流牵引负荷电流的不同之处是解决高阻接地故障保护动作灵敏性、选择性问题的根本途径。

为研究高阻接地故障电流与高铁交流牵引负荷电流的不同之处，本文以某高铁变电所的录波检测分析结果为例，分3种情况进行叙述：(1)电力机车正常运行工况下，取流曲线是平缓的，电流变化也是渐变的，谐波含量低，波形平滑、完整。而图1高阻接地故障发生时电流虽小，但是在短路瞬间前后，波形之间的突变量较大。因此，可以采用突变量大小来区分高阻接地故障电流与交流牵引负荷电流。(2)电力机车启动工况下，合闸时机车变压器励磁涌流造成电流冲击较大。目前测试到的最大电流突变量达到前后2个周波增加264.96A，故障初始2周波谐波含量高，2次谐波含量达到69.72%，3次谐波的含量为12.31%。故障2周波波形不完整。故障2周波后，励磁涌流衰减，波形基本平滑、完整，2次谐波含量降低，3次谐波反而增加，超过15%。电力机车启动的合闸励磁涌流含有一定量的谐波，尤其是大量的2次谐波，使励磁涌流波形出现明显的单侧尖顶波，该电流增量很明显是由机车启动造成的。2次谐波含量不同是高阻接地短路电流和机车启动负荷电流的不同之处，但机车启动电流的2次谐波基本上2个周波就衰减了，因此针对该情况可以采用延时或2次谐波闭锁的方式实现保护的选择性。(3)电力机车突然加速进级工况下，取流曲线会有突变，通常此时的电流增量比机车启动时的电流增量变化速率小，谐波含量小，波形平滑。该情况下，只要整定值大小设置可靠，就可以实现保护的选择性。可见，铁路牵引负荷电流与高阻接地电流的区别主要是电流突变量大小和谐波含量。相较高速铁路运用交直交机车，运行时谐波含量较低的情况，普速铁路采用交直机车较多，交流牵引负荷电流与高阻接地电流的区别也主要是电流突变量大小和谐波含量，只是机车正常运行负荷电流中的3次、5次谐波含量较高，更有利于保护装置谐波抑制功能的运用。

2增量保护的设置

针对高阻接地短路电流与负荷电流的区别及高阻短路的特征，将对增量保护进行整定设置。整定值：根据目前测得的最大电流突变量，将增量保护电流整定值设置为普铁240A，高铁300A，特殊区段需根据线路具体实际情况调整。时限：为躲过机车启动励磁涌流，将时限整定为0.5-0.6s。综合谐波抑制系数：整定为15%-20%。2次谐波闭锁：整定为超过15%-20%即闭锁保护。鉴于高铁主要采用交直交机车，运行中谐波含量很低，新研发增量保护已经取消了综合谐波抑制，只采用2次谐波闭锁。需要注意的是，很多保护装置增量保护还设置一个小电流突变量启动门槛值，电流突增量超过该值才会进入增量保护启动程序，否则不会启动增量保护，该小电流突变量的启动值必须合理设置。

3牵引网高阻接地故障增量保护的应用

表1中几次典型跳闸过渡电阻均较大，短路电流较小，如果采用常规的过电流保护和阻抗保护，会造成保护无法动作。同时，实际运行中增量保护也遇到很多误动的问题，对此进行了梳理分析，希望为牵引变电所增量保护整定提供一些经验。表2中的3次跳闸是比较具有代表性的角度值超过80°的跳闸，经过与跳闸时间段供电臂机车负荷情况对比，基本可以判断为机车励磁涌流造成增量保护误动。原因是整定初期对动作时限要求过短，只有0.1～0.2s，导致保护动作未能躲过机车涌流，动作时限重新整定为0.5s后，很少发生该类情况。但理论上多机车同时取流造成供电臂涌流叠加、时间延长的情况还是有可能发生，这就需要谐波闭锁功能运行可靠。上述例子也说明时限设置为0.5-0.6s时，电流增量保护定值才有下调空间，如果采用增大定值的方法躲过励磁涌流，就会造成保护动作的灵敏性变差。表3所示的跳闸是在大负荷时并列运行倒馈线，或大负荷情况下操作分区所并联开关，导致负荷突然转移加载，使增量保护误动作的情况。这就要求供电调度或值班人员在倒闸操作之前必须确认线路负荷情况，必须在无负荷情况下进行操作。表4所示为某列车过分段绝缘器时，负荷瞬间从分段的一端转移到另外一端，造成供电臂增量保护动作跳闸。该情况下，只有适当放大增量保护定值来避免误动。

4结束语

本文主要探讨高阻接地故障的主要特征、保护动作不灵敏的原因，通过分析增量保护实际应用情况，提出整定设置需注意的要点。

参考文献

[1]侯文玉.枢纽牵引供电系统谐波问题探讨[J].电气化铁道，2016，0(6):7-13.

[2]程彩红.高速铁路牵引变电所继电保护方案优化研究[J].中国铁路，2021(4):85-91.

[3]陈雪菲.电力机车主断路器“跳闸”原因分析及应急措施探究[J].科技创新导报，2020，17(18):68-69.