沈阳至铁岭城际铁路中压供电系统保护配置及定值整定

苏 堤

摘 要：本文结合沈阳至铁岭城际铁路工程设计，对中压供电系统的保护配置进行研究分析，并给出进出线开关、母联开关、整流机组馈线开关、配电变压器馈线开关等中压供电系统继电保护定值整定的计算方法，供其他类似工程参考。

关键词：城际铁路；中压供电系统；继电保护；定值整定

0 引言

中压供电系统是城市轨道交通供电系统的重要组成部分，为全线的牵引负荷和各类动照负荷提供中压交流电源。本文结合沈阳至铁岭城际铁路工程，对中压供电系统的保护配置及定值整定计算进行分析研究。

1 中压供电系统概况

沈阳至铁岭城际铁路中压供电系统电压等级为35 kV，采用分区双环网供电方式，35 kV电源来自上级66/35 kV主变电所，中压供电系统主接线如图1所示。变电所（牵引降压混合变电所或独立降压变电所）的35 kV中压网络主接线形式为单母线分段，通过母联断路器将2段母线连接，2段母线均从上一个变电所引入1回35 kV电源，并环出1回35 kV电源至下一个变电所。母联断路器的正常工作状态为热备用状态，当一段母线处于失电状态时，启动母联备自投逻辑判断，判断条件满足时，启动合闸，由另一路35 kV进线电源供电。

2 继电保护配置及定值整定计算方法

沈阳至铁岭城际铁路典型牵引降压混合变电所中压供电系统保护配置如图2所示。

2.1 进出线保护

根据中压网络环网供电方式的特点，该工程采用光纤纵差保护作为35 kV中压环网进出线的主保护，并配置定时限过电流和零序过电流保护作为其后备保护。

2.1.1 35 kV环网光纤纵差保护

差动电流保护要求保证在高阻抗接地情况下的灵敏性，因此最小动作电流应整定为低设定值，此时需要考虑外部短路时引起CT饱和导致保护的误动作，如果一端CT会引起饱和，则整定为20～50%CT变比（一般不会引起单个CT的饱和），当2个变电所CT变比不一致时，其电流定值整定应以一次电流值为基准。

差动电流保护的最小动作电流Iminop按照躲过正常运行状态下的最大不平衡电流进行整定，并且应躲过线路的充电电流，即

Iminop = 20%Ir · FactorCT

式中，Ir为电流互感器原边额定电流，FactorCT为CT倍率。

CT倍率取1（对CT变比不同时的补偿，其值为对端CT变比和本端CT变比的比值）；制动系数取IdiffLVI1 = 40%，IdiffLVI2 = 60%；两斜率交点取500%；整定时间：瞬时跳闸。

2.1.2 35 kV环网后备保护

为解决传统过电流保护上下级整定电流和时间极差选择性的问题，该工程采用光纤差动保护故障退出触发过电流保护时间定值加速的方案判断故障区间，该方案不必考虑供电分区内变电所过流保护的极差配合，从而简化了定值整定计算。

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（1）中压环网过电流保护按照躲过被保护中压环网各类运行方式下最大负荷电流进行整定，灵敏系数不小于1.5。最大负荷电流计算应结合供电系统方案，考虑正常运行、非正常运行（主所解列或一路环网故障）和维护检修运行方式（一台主变检修）的各类工况。

I = Kk · Igf /Kfh，t = 0.1 s

式中，Kk取1.3；Igf为最大负荷电流；Kfh为继电器返回系数，取0.95。

图1 中压供电系统主接线

图2 典型牵引降压混合变电所中压供电系统保护配置

（2）中压环网零序过电流保护按照躲过正常运行工况下的最大不平衡电流进行整定，灵敏系数不小于1.5，即IE = 0.4Igf，t = 0.1 s。

对29号螺孔螺纹使用梳刀、铣刀、打磨、抛光等工具对损伤螺纹进行了铣削去除和抛光打磨，初步修复后检查发现较多螺纹扣出现损伤，29号螺孔总体情况如下：①第2-20扣螺纹，中径实测值超出设计最大值152.667mm，其中8-18扣螺纹中径值达到或超过M156螺孔中径值范围；②第21-55扣螺纹尺寸符合设计要求；

（3）由于中压环网供电系统采用分区供电方式，位于供电分区末端的变电所负荷电流很小，若取该负荷电流进行定值整定，可能会造成过电流及零序过电流保护定值过小。而由于微机保护、电流互感器等存在一定的误差等原因，可能导致保护误动作，且每个供电分区环网电缆长度不长，末端两相短路电流均在2 kA以上，因此，适当增大末端的变电所过电流保护定值，完全能够满足保护的灵敏性。该工程方案为选取一个供电分区内最大负荷电流进行定值整定。

2.2 母联保护

母联开关设置合闸后加速过电流保护和合闸后加速零序过电流保护，当备自投启动并动作，若投切到故障发生点时，母联开关加速跳闸，保护只在合闸后1.5 s内开放。母联开关设置过电流保护、零序过电流保护。母联开关的保护整定原则：

（1）合闸后加速过电流保护应按照满足保护灵敏系数要求进行整定，灵敏系数为各类运行工况下35 kV母线发生两相金属性短路时的短路电流除以保护整定值。灵敏系数按照不小于2计算，三相低电压启动定值取0.65Un，时限按0.1 s，全线统一。

（2）合闸后加速零序过电流保护与合闸后加速过电流保护整定原则一致，即按照满足保护灵敏系数要求进行整定，灵敏系数为单相金属性短路时微机保护元件流出的电容电流除以保护整定值。灵敏系数按照不小于2计算，零序过电压3U0取0.2 Un，时限按0.1 s，全线统一。

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（3）过电流保护、零序过电流保护定值与本变电所进出线定值保持一致。母联自投检压有压值77 V，失压值22 V。

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（4）备自投整定配合。

a.一个变电所内设置2级备自投，除在35 kV中压系统设置备自投外，在400 V低压配电系统也设置备自投，2级备自投定值整定时，应设置时间极差，本工程按极差时间0.5 s整定。

b.一个环网供电分区内的各变电所35 kV备自投与下一级变电所备自投定值整定时应设置时间极差，本工程按极差时间0.5 s整定。

2.3 整流机组馈线保护

城轨工程中，单台整流机组容量一般不超过4 MV·A，因此，设置电流速断保护为主保护即能满足保护要求，并配置定时限过电流和零序过电流保护作为其后备保护。整流机组设置过负荷保护，由于整流机组按照VI类负荷标准设计，为满足其负荷特性，本工程设置反时限过电流保护作为其过负荷保护。整流机组的非电量保护主要包括：整流变压器本体温度保护、整流器本体保护、二极管保护等。整流机组馈线保护整定原则：整流机组35 kV保护的整定考虑与整流机组的耐变能力及工作特性配合。

（1）电流速断保护按躲过整流变压器空载合闸时的励磁涌流进行整定，灵敏系数不小于2，即I = 8IN，t = 0.1 s，式中，IN为变压器额定电流。

（2）定时限过电流保护按照躲过各种运行工况下变压器的最大负荷电流进行整定，灵敏系数不小于1.5，即I = 4IN，t = 0.4 s。

（3）反时限过电流保护的反时限曲线应与整流机组的过负荷特性曲线相匹配，并考虑与1 500 V直流系统电流保护的时限配合。为此，本工程结合整流机组负荷特点，选取IEC 60255极端反时限曲线（EI），取常数Tp = 1，Ip = 1.2IN。

（4）零序过电流保护按躲过正常运行工况下最大不平衡电流进行整定，灵敏系数不小于2，即IE≥0.4IN，t = 0.1 s。

3）存储管理。利用Qt的文件类QFile和数据库SQL模块等，进行自动存储管理，如记录ROV状态信息、清理临时文件等。

2.4 配电变压器馈线保护

城轨工程中，单台配电变压器容量一般不超过3 MV·A，因此，设置电流速断保护为主保护即能满足保护要求，并配置定时限过电流和零序过电流保护作为其后备保护。配电变压器设置过负荷保护，为满足其负荷特性，本工程设置反时限过电流保护作为其过负荷保护。配电变压器的非电量保护主要包括：配电变压器本体温度保护等。整定原则：

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（1）电流速断保护按照躲过整流变压器空载合闸时的励磁涌流进行整定，灵敏系数不小于2，即I = 8 IN，t = 0.1 s。

（2）定时限过电流保护按照躲过各种运行工况下变压器的最大负荷电流进行整定，灵敏系数不小于1.5，即I = 4IN，t = 0.4 s。

（3）反时限过电流保护的反时限曲线应与配电变压器的过负荷特性曲线相匹配。本工程结合配电变压器的负荷特点，选取IEC 60255极端反时限曲线（EI），取常数Tp = 1，Ip = 1.2IN。

（4）零序过电流保护按照躲过正常运行工况下最大不平衡电流整定，灵敏系数不小于2，即IE≥0.4IN，t = 0.1 s。

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2.5 工程定值整定数据

根据本文上述定值整定计算方法进行沈阳至铁岭城际铁路中压供电系统的定值整定，并在各变电所投入使用。选取一个变电所为例，其整定值如表1—表5所示。

表1 进线保护定值

保护种类参数整定值 光纤差动保护CT倍率1 启动电流/A0.2 制动系数10.4 制动系数20.6 两斜率交点5 过电流保护Ⅰ段整定值/A1.12 时间/ms厂家PLC设定（带闭锁） 零序过电流保护Ⅰ段整定值/A0.34 时间/ms厂家PLC设定（带闭锁） 过电流保护Ⅱ段整定值/A1.12 时间/ms1 000 零序过电流保护Ⅱ段整定值/A0.34 时间/ms1 000 检压失压整定值/V22 有压整定值/V77 时间/ms1 700

表2 出线保护定值

保护种类参数整定值 光纤差动保护CT倍率1 启动电流/A0.2 制动系数10.4 制动系数20.6 两斜率交点5 过电流保护Ⅰ段整定值/A1.12 时间/ms厂家PLC设定（带闭锁） 零序过电流保护Ⅰ段整定值/A0.34 时间/ms厂家PLC设定（带闭锁） 过电流保护Ⅱ段整定值/A1.12 时间/ms1 000 零序过电流保护Ⅱ段整定值/A0.34 时间/ms1 000

表3 母联开关保护定值

保护种类参数整定值 合闸后加速过电流保护整定值/A4.92 时间/ms100 低电压/V65 合闸后加速零序过电流保护整定值/A1.18 时间/ms100 低电压/V20 零序过电流保护Ⅰ段整定值/A0.34 时间/ms厂家PLC设定（带闭锁） 过电流保护Ⅱ段整定值/A1.12 时间/ms1 000 零序过电流保护Ⅱ段整定值/A0.34 时间/ms1 000

表4 整流机组馈线保护定值

保护种类参数整定值 电流速断整定值/A2.11 时间/ms100 过电流整定值/A1.03 时间/ms400 反时限过电流反时限类型IEC EI Ip /A0.32 Tp1 零序过电流整定值/A0.11 时间/ms100 温度保护超温报警温度/℃130 超温跳闸温度/℃150

表5 配电变馈线保护定值

保护种类参数整定值 电流速断整定值/A1.65 时间/ms100 过电流整定值/A0.82 时间/ms400 反时限过电流反时限类型IEC EI Ip/A0.25 Tp1 零序过电流整定值/A0.08 时间/ms100 温度保护超温报警温度/℃130 超温跳闸温度/℃150

3 结语

本文针对城市轨道交通中压供电系统的主接线形式及分区供电的运行方式，提出了中压供电系统继电保护配置及定值整定计算方法，完善了保护配置功能，如采用光纤差动保护故障退出触发过电流保护时间定值加速的方案，末端变电所选取一个供电分区内最大负荷电流进行定值整定等，力求实现定值整定的最优匹配。

②河库灌区量水测站按照经济、合理、实用原则，全面规划，统一布设，合理确定量水设施的形式和数量。各级固定渠道分水口因地制宜设置自动化、半自动化或人工量水测站。对于数量庞大的田间渠道分水口，应采用简单、实用的量水设施。

沈阳至铁岭城际铁路于2018年正式通车运营，截至目前，供电系统运行稳定，其中压供电系统保护配置及定值整定计算方法可供类似工程设计参考。

参考文献：

[1] 于松伟，杨兴山，韩连祥，等. 城市轨道交通供电系统设计原理与应用[M]. 成都：西南交通大学出版社，2008.

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[3] 陈建君，周才发. 城市轨道交通工程中压供电网络保护方案优化[J]. 电气化铁道，2014，25（3）：46-48.

[4] 刘跃龙，张荣新，黄书明. 上海地铁9号线一期工程中压环网变电所继电保护整定[J]. 铁道标准设计，2012，（2）：102-106.

Abstract: With connection to the design of Shenyang-Tieling intercity railway project, the paper studies and analyzes the protection configuration of medium voltage power supply system, puts forward the calculation methods for setting values for relay protection of medium voltage power supply systems such as: incoming and outgoing line switches, bus bar switches, rectifier set feeder switches and feeder switches of distribution transformer, providing references for other similar projects in the future.

Key words: Intercity railway; medium voltage power supply system; relay protection; fixing of setting values

中图分类号：U231.8

文献标识码：B

文章编号：1007-936X(2019)04-0053-04

DOI：10.19587/j.cnki.1007-936x.2019.04.015

收稿日期：2019-06-05

作者简介：苏 堤.中国铁路设计集团有限公司，工程师。