【电气化铁路牵引供电系统继电保护设计12000字（论文）】

电气化铁路牵引供电系统继电保护设计中文摘要牵引供电系统是电气化铁路发展的必然趋向，变压器对牵引供电系统有着十分重要的作用。从目前我国电网建设中来看，对于变压器的保护工程构成了牵引供电系统的主要工作。目前来看，保护工程主要通过变压器结合信息技术，构成实时通信控制网，简化继电配置。但是目前对此类的研究还不多，所以本文首先从牵引供电系统及继电保护技术概述入手，结合对其核心技术的研究，比如供电方式、牵引网保护、变压器保护等技术，分析了变电所保护配置如何应用于继电保护。最后，结合配置标志的高度自动化实现，给出了详细的继电保护配置图。以220kV变压器为例，介绍了220kV变压器的技术指标，介绍了220kV变压器的研制情况。变压器继电保护专用配置在驱动电源系统中。它对当前保护电气化铁路的吸引力具有重要的理论和实践作用，可以带来巨大的经济价值和社会效益。关键词：变压器；牵引供电系统；电气化铁路目录TOC\o"1-3"\h\u中文摘要 电气化铁路牵引供电系统与继电保护原理探究电气系统提供两条独立的电源进线。当转换电力时，它将电力发送到牵引网，以便电力机车接收电力，从而牵引结束。牵引站，牵引网络和电力机车，组成牵引驱动系统。2.1电气化铁路牵引供电系统铁路牵引动力系统的目的是将电力从本地发电厂或发电厂供应给沿铁路运行的电动机。它主要包括外部电气系统，牵引变电所、分区所、主导变电站的任务是将系统的高供电电压转换为低压交流电压，通过供电线路传输到铁路附近的架空线路供电。由于牵引负荷为单级负荷，为了使单级负荷尽可能均匀地分布在电力系统的三相之间，上拉式压力互感器通常选择一个单独的接线变压器，例如斯科特线，电阻器对应于均衡器和其他变压器[6]。牵引压力互感器，例如V/x接线，用于电气化铁路。这些区域通常位于两个牵引站的源区域之间，以实现更灵活的供电。电力牵引供电示意图如图2.1所示。图2电力牵引供电系统示意图当EMC工作时，钢轨和接触线保持接触。如果两个触点均不良，则可能导致过热或电弧放电，从而损坏接触线。另外，为了使受电弓均匀地磨损，辊隙与受电弓的中心线成一角度并具有之字形。由EMS高速运动引起的压力导致接触线频繁振动，以及牵引网机械故障的增加。因此,短比输电线路牵引电网更常见。由于牵引电网的使用条件恶劣，不受保护，矢量电网的继电保护对电气化铁路的安全运行至关重要。2.1.1全并联AT供电方式。为了满足“高速度、高密度”的EMS性能要求，我国电气化铁路网普遍采用全并行AT供电方式来改善供电。由于动车组负载和全并联AT供电模式的应用，使得电轨的负载和故障特性与正常速度电轨的负载和故障特性有较大差异，但牵引保护原理仍然适用。可用于远程防滑轨保护。距离和过电流保护的原则可能不能完全满足电气化铁路运输日益增长的需求。另一方面，由于大容量EMS的不断推广和使用，以及运行频率的提高，驱动供电系统的负载电流将不断增大，负载电阻将不断减小，继电保护网络的灵敏度将不断提高。很大程度上增加了拒动和误动概率。另一方面，由于牵引网络的平行分支，分配的电流被重新分配并具有混合特性。不能仅使用站电流和阻抗来确定故障线，在当前的保护方案中，当牵引网络出现故障时，首先将两条线路从站点断开，然后根据断开和电压准则执行并行隔离和故障隔离。这满足了牵引供电系统要求的选择性保护的要求。在电压高于220kV的电源系统中，主要使用光学电流差保护作为一次保护，有助于实现线路故障开关的选择性和快速操作。但是，电源线上的负载超出了差动保护范围，并且负载电流不会影响差动保护的设置和灵敏度。如果牵引网络由于EMC负载在差动保护范围内而接受光纤的纵向差动保护，则根据最大牵引，剩余电流的作用值必须大于负载电流，因此，有必要对完全平行于电气化铁路的牵引网继电器的保护进行专门研究。第一章分析了完全平行于高压电源的牵引网络的短路电流和电阻特性，并提出了一种新的保护方案[8]。2.1.2直接供电方式直接供电相对简单，通过从牵引变电所发电来提供电力机车所需的电力，作为直接供电方式。这种方式的结构作为一种简单的电气模式，该电源模式的牵引反馈是钢轨，这是一种不平衡的供电模式，对通信线路具有较大的感应作用。为克服通信线路中的干扰，提出了带回线的直接供电方式。返回轨道和钢轨之间的平行牵引力使轨道流尽可能地从轨道回流线向牵引站牵引变电所，从而部分补偿了架空线对相邻触点的干扰。这种供电方式简单，提高了供电设备的可靠性：拉网的总强度低于直接供电方式，功率容量更大，成本也不过高。这就是为什么在我国的电气化铁路上得到了广泛应用[9]。图3直接供电方式2.1.3AT供电方式在这种AT供电方式下，电源电压高，功率容量大，牵引站数量少，成本低。但接触线和输入线的电流近似相等且相反，因此牵引电流对通信线的影响很小。自动互感器的供电方式与电压互感器的V/X接线相对应。牵引变压器的输出电压为2×27.5kV，电源通过八T向架空线供电，一端接架空线，另一端接正电源，其中AT供电方式如下图所示[10]。图4AT供电方式2.2继电保护研究2.2.1电力系统线路保护由于电气化铁路全线快速运行要求，在供电系统中电压等级高于220kV的线路上，使用光纤作为线路保护材料，光纤电流差动保护简称光差保护，其保护原理建立在基于当前的Kirhof法。这是一个很好的选择，可以快速消除保护区域中的故障[11]。牵引网的负电荷，在电力机车或EMS将沿着拉网部分中的电线移动。如果拉拔器接受剩余电流保护，则剩余电流将是负载条件下所有负载电流的总和，并且剩余电流保护器的工作电流应避免最大负载电流。在这种情况下，差动保护的工作电流和过压保护的工作电流相同，并且两者的灵敏度相同。此外，差动保护的应用还必须克服机车过载时机车引起的输入电流问题，并在牵引网络上启动时启动电流。这些瞬态电流通常可以达到机车额定负载的几倍。因此，差动电流保护必须采取诸如增加工作电流阈值，增加工作延迟和增加锁定标准之类的措施，以确保其在充电条件下不会发生故障。但是，一旦采取了这些措施，差动保护的性能将变差，保护的复杂程度和拒绝的可能性将增加。因此，牵引网络不应直接使用差动保护。信息技术和通信技术的发展促进了继电保护技术的发展，从而允许应用越来越复杂的继电保护算法[12]。2.2.2牵引网保护电气化基础设施应符合高铁网络常用的保护原则，特别是距离保护、过流保护和电源保护。距离保护。正常速度电气化轨道采用距离保护作为牵引电网的一级保护，必须利用负载电流的全部谐波含量动态调整四种性能的极限，以避免损坏。过电流保护。根据各种类型的牵引电源和选择性继电器的保护要求，可配置1-3步过流保护，并进行完整的谐波阻尼和唤醒功率抑制措施。第三，电流增量保护。附加电流保护根据短时电流的变化将电流和故障电流分开:正常情况下，机车以平移方式移动，增加的牵引电流不超过1篮电流的最大值;由于牵引网络的故障,短路电流显著增加,电流增益远远高于负载电流。第四，触摸电网加热罩。高速重型列车以相对较高的速度行驶，时速在300-350公里时可以达到600-1000A。驱动电网将长时间处于高功率状态。则很容易变热，因此拉伸膨胀网的容量会降低。它降低了稳定性，降低了稳定性，会影响重载铁路正常工作运行，所以为了保护接触网，因此必须保护其免受热过载的影响。该原理基于机车负载和环境温度，并且根据架空线的热模型实时计算架空线温度。当计算出的温度高于设定温度时，警报电路将启动，馈线电路将关闭[13]。2.2.3变压器保护牵引供电系统最重要的设备就是变压器，如果电源正常且设备安全，然后它直接影响到继电器的保护。根据基尔霍夫电流定律，主变压器保护始终为偏差保护:当变压器正常运行或出现外部故障时，变压器电流的代数和为零，即差动电流为零;当内部变压器发生故障时，电流为零。代数和不再是零,所以有一个微分流量。因此，不对称电流影响差动保护的性能，电流互感器的励磁输入电流和饱和导致较大的不对称电流。由此可见，抗比差动保护的关键在于区分调谐输入表达式与电流互感器饱和检测。目前，国内外研究人员针对这两个问题提出了许多方法。当波形的前半部分和差动电流的后半部分在波形周期内是对称的时，确定它是否是变压器。一般采用的方法有微分波形对称法、积分波形对称法和波形相关法。变压器回路方程的计算方法与前两种方法的不同之处在于它同时使用了电流和电压。通过列出一次侧和二次侧电路的方程，该方程仅通过电压，电流和绕组参数获得。除主保护装置外，变压器还具有后备保护装置，可防止外部短路造成变压器过载，并可作为偏差和线路保护的后备装置。在电源系统中，从双倍电压开始的常规过载保护用作变压器的备用保护，从而大大提高了过载保护的灵敏度。而单渝铁路采用220kV以上的高压作为供电，牵引变压器80-100MVA，不仅增加了系统中相应供电的电阻，而且提高了电压等级，低压元件可以停止。目前对变压器后备保护的研究主要有两点:一是加强现有过流保护，二是应用其他保护原理。2.3变压器保护与传统变压器继电保护2.3.1保护装置的设计变压器保护装置满足IEC61850的通用通信规范,有三个基本功能:SMV、MMS，SMV的主要任务是作为过程层传输采样值的一部分。GOOSE的主要任务是补充不同bay层设备之间的信息交换。彻底改变了传统变压器的二次设计模式。MMS的主要功能是在基站控制层的设备和基础设备之间进行信息交换。在传统的变压器中，屏蔽通过接线盒的连接器进入外壳的接线盒。面板根据实际需要安装，端子排之间的辅助电缆用于保护柜之间的连接。该转换器支持GOOSE功能，将二次电路连接转换为GOOSE网络连接。根据当前二次设备厂商的需求，可以给出GOOSE终端的定义。设计院根据其定义完成了GOOSE网络项目，设备制造商使用GOOSE设计和配置文件创建变压器SCD文件，使所有设备制造商使用一个SCD文件，GOOSE网络发送和接收信息，提取并发送到设备上。从上述数据传输可以看出，GOOSE网络的使用大大减少了辅助电缆的使用。这不仅简化了项目，而且节省了施工和运营成本，减少了面板和机柜之间的电线数量，减少了现场施工和调试的工作量，这对缩短变压器的建造时间是有用的。2.3.2保护装置的程序化操作在传统的变压器中，当需要两名操作员使用继电保护装置的压板时，一名操作员检查压板的名称，另一名操作员读取“操作内容”并进行操作。该变压器采用IEC61850通信协议作为标准，并且仅在保护屏上保留了高压卡的“在线维护”一次，并且不需要其他高压卡。所有传统的变压器继电保护功能都可以通过一个软压板来执行，并对次级设备的控制和操作进行编程。几个软面板可以同时在后台运行。这样可以有效减少停机时间并防止停机。这对提高整个变压器的安全效率具有积极作用。2.3.5变电保护在继电保护上的配置对比分析变压器在继电保护配置上的优越性表现在:(1)对于变压器，可以通过一次设备协调的形式进行分散和网络交换，实现资源输入过程与设备通信之间的交互。继电保护的分级配置可应用于变压器及其连接导线的工艺级。它可以绕过许可证并直接对UM采取操作以获取其信息源。对于该层主要是总线保护的配置，基本上，断路器后台过程需要完成对每个设备的数据参数的搜索。安全管理可以在站点管理层进行后台运行和维护。(2)主设备可有效保护并实现离线操作。通过保护系统的输电线路和变压器的主要设备,转换到数据可以有效地保持阅读区域,直接与μ和数据交换设备即使数据交换情况将导致网络崩溃和糟糕的网络连接,数据无法正常工作。变压器可以有效地提高效率。使用获得的变压器继电保护控制，可以检查所有电气化铁路和控制设备的运行情况，维修人员可以使用此方法来监视和实施统一的标准化动态防护措施。还可以在冗余保护条件下恢复变压器系统，并且可以对配电设备和受保护设备进行逻辑分区，以简化变压器监管。(3)变压器的继电保护配置可根据电流需求进行调整，保护区域可自行选择，避免直流变压器的直流系统产生尝试保护继电器。通常，以传统的继电保护形式，设备管理员必须设置一定的保护时间。根据变压器继电保护的设置，也可以手动调节。可以根据站点的当前操作条件以及总线和其他线路的保护来设置和调整保护设置。2.4变压器继电保护性能2.4.1分布式母线保护变压器总线是连接不同电压范围的主要方法。它的主要功能是收集，确定并传送功率。母线故障是电力系统中最严重的事故。传统的电力钢轨保护不仅连接最复杂，而且范围广泛，不容易扩展。分布式母线保护是母线保护的主要趋势。假设它具有区间、散点和层次处理函数。分布式总线保护对数据的稳定性和数据传输能力有严格的标准，而传统的交换系统可能无法满足这些要求。该变压器使用先进的网络通信技术和交换机,满足上述要求有很多要求。在配电的基础上建立变压器母线保护装置，对输出继电器、双电压锁定装置等设备进行清洗，基于配电的变压器母线保护装置以及输出继电器和双电压互锁装置等设备，从而简化了差分母线的逻辑保护。母线护罩具有分段功能，但是跳线剥离开关只是一个开关，基本上是集中保护。它没有保护功能。CPU和块之间的通信链接是分布式总线保护的重要组成部分。2.4.2主变压器保护根据相关规定，变压器保护必须配置为集成的主要和冗余保护配置，并且冗余保护可以配置为集成的监视配置。当变压器保护装置配置上保护装置时，开关(MU)和连接器也必须采用两侧双配置方式。中性点电流和间隙电流应与MU对应部分结合。变压器保护直接抽样法,断路器连接两岸,部分断路器连接到网络,并在网络故障保护用于执行电源开关的功能。电流和电压信号从变压器的并联模块接收到变压器直接传输到SV网络和数据仅在一个方向上传播。通过执行直接信号采样功能，SV网络数据直到保护结束后才能传输，除GOOSE网外，高、中、低压连接器还连接变压器保护装置。屏蔽直接穿过连接器。2.4.3输电线路保护对于变压器的线路保护，变压器的测量、控制和保护功能必须在组内集成配置。线路保护装置可集成直接采样和直接切割。通过GOOSE网络使用断路器后，可以停止断路器关机和故障保护功能。在安全时间内，除了与GOOSE网络交换信息外，还要确认逐点通信。连接的设备和端子直接连接。保护性测控装置与耦合器结合在一起，可以直接进行数据采样和传输。比赛结束后，执行了直接采样和数据传输功能。在传输电流和电压信号之后，将电子变压器安装在线路中以及与耦合设备相连的母线上。相关数据被封装并收集，并通过光缆发送到测量和控制设备以及SV网络。当单向信息进入测控设备时，必须使用GOOSE网络的传输模式来传输数据。2.5变压器保护配置方案2.5.1常规保护配置方案传统保护设备继续使用从缓冲层组装而成的传统变压器开关方案，包括购买和远程保护变压器保护母线。传统的交流保护插头不再使用，必须用数据线替换。I/O接口插件与GOOSE光纤通信。更换该接口，将CPU扩展更换为数据接口。该终端操作系统较老，保护原理不需要大量的模拟测试。保护组态电路的保护对象是能够快速实现传统微机继电保护向保护过渡的间接单元。但是，这种方法网络配置复杂，增加了设备数量，并不能有效地显示变压器特性。在变压器中，变压器和耦合器是分开进行的，主要是变压器差动保护，后备保护，计量设备数据采集和传输到辅助设备。每个辅助设备的数字接口都不同。每个10kV线路和电容器条的每种配置未连接在一起。电压断路器执行母线电压转换功能。所有安全度量和控件都必须连接到GOOSE网络。为了确保正确的数据传输，必须配置网络控制网络。由于站点控制的复杂性和GOOSE网络的结构，从继电保护技术到保护设备的过渡相对容易，但转换率较低。2.5.2系统保护配置方案近年来，变压器技术取得了创新性突破。通信协议IEC61850已被广泛接受。变压器的所有组件都可以共享信息。为了保护整个变压器继电器，需要获取信息。ED提供了完整的系统级安全性配置。该程序必须遵守对偶原则。每个设备的继电保护均包括一个保护罩以及一个测量和控制罩。用于变压器，线路等安全组A和B是必需的，并且都可以推荐。独立运行和操作。该配置图是为不同设备设计的，它使网络连接简单易懂，实现了信息的相互访问，增强了数据保护，并且是变化的主要趋势与将来的安全配置。系统安全配置计划的主要特征包括：（1）信息集成：主要包括站点范围内的所有单位数据以及大范围内使用冗余信息。站点之间的距离较大，以达到提高附近安全人员效率的目的。变压器的可靠性2）集成功能：变压器系统的保护配置可以包括保护，测量和控制，四个遥控器等。工作站中的任何设备都可以处理组件之间的关系。系统保护配置图不仅是一个日期和一个配置，而且不限于任何站台单元，从而简化了对象的构造。同时，大大降低了实施转换项目的成本，运行中的变压器以及操作人员和维护人员也减少了工作量和工作难度。不同级别。工作站系统的连接方法也更加简洁，为数据的传输和共享提供了极大的方便。2.6变压器继电保护问题说明在传统的继电保护装置中，首先将模拟电信号传输到CT和PT，然后将辅助电缆插入保护装置，并在同步电表之后接收信号。最后，收集信息。为了确保接收到的信息能够满足整个继电保护系统的要求，有必要调节耦合器的安装时间以及组件提供的数据的一致性与继电器的保护。同步锁相模式和信息获取操作规则用于电子变压器的传输位置，因此可以根据该值灵活调整信息接口的获取间隔。此外，由于法规信息获取周期的验证，电子变压器可以准确，实时地分析和记录数据，其价值得到了广泛体现。3DF7型内燃机车的控制电路工作原理与故障分析3变压器继电保护配置实例及其自动化的实现3.1变压器继电优化简要介绍1)装设三相三绕组主变压器两台，容量均为240MVA;2)220kV部分:线路2条，母线为双母单分段接线方式;3)110kV部分:线路8条，母线为双母双分段接线方式;4)10kV部分:线路24条，母线为单母分段接线方式。图5站内继电保护配置图3.2变压器继电保护配置与自动化实施方案3.2.1变压器继电保护国电南京自动化有限公司的PST-1200U和长远申瑞继电保护装置PRS-778-D由A、B两组保护装置组成。PST-1200U型保护:保护类型有纵向差动保护(快切、比例差动)、高压侧后备保护(后电压电流步进双保护、零序过流步进单保护、零序过流相过流II时限保护、间隙零序保护、主变压器触发故障)、中压侧后备保护(复压电流I相一、二、三时限保护、零序过流我阶段1和2的时间限制保护、零序保护,低压侧后备保护(过流保护我第一阶段期限、复杂的电压过流,两个时间限制保护,CT断路报警和锁差动保护,过载报警并阻止和PT断路报警。保护prs-778d型:类型的保护包括纵差动保护(快速切断,比例微分方程,二次谐波制动),高压side-protection保护(两届aftervoltage和过电流限制保护楼梯II,零序方向第一阶段一次极限保护、零序过电流二期一次极限保护,两个时限零序保护、零序过电流保护期限,故障通过主变压器激活，中压侧安全保护三、间隙零序过流双重保护、间隔序过流保护)、低压侧保护保护(过流I相单时限保护、浪涌II相1、2时限保护、零序浪涌保护)、CT断路器和锁紧差动保护、过载报警，阻断和PT中断报警。3.2.2220KV母线保护、220KV母联保护220kV电力轨道保护由PCS-915NARI继电保护有限公司和SG-B750南京自动化有限公司两套保护套件组成。220kV母线保护由PSL-633U南京自动化有限公司和PRS-723D两套保护套件组成。总线连接保护被配置为两组安全，充分保证客车的安全性和可靠性，220kV电力轨道保护包括电力轨道保护、断路器保护、母线连接(分区)故障保护、母线连接(分区)死区保护、母线连接(分区)充电过流保护和母线连接(分区)缺相保护。装置如图6,7所示。图6SG-B750型保护图7PCS-915型保护220kV母线保护包括两相充电相过流保护，零序充电过流保护I相、II相、三相不一致保护，CT断路报警和TWJ异常报警，装置如图8,9所示。图8PSL-633U型保护图9PRS-723D型保护3.2.3110KV母线保护、110KV母联保护110kV铁路保护由NARI继电保护装置有限公司组成。pc-915-ga型设备。110kV母线保护由国电南子PSL-633U型保护组成。(1)110kV电流轨保护包括电流轨差动保护、断路器故障保护、母线接(分区)故障保护、母线接(分区)充电过流保护和母线接(分区)死区保护。设备如图10所示。(2)110kV母线保护包括充电相过流保护、两相零序保护、两相过流保护和三相不一致保护。设备如图11所示。。图10PCS-915GA型保护图11PSL-633U型保护3.2.4线路保护与应用220kV线路均为双保护配置。其中，A组由NariKeppel的pcs-902gc保护。B国保护南国免受psl602u的伤害。l0kV线路保护采用sal61保护装置。Pcs-902gc保护功能配置包括纵向距离、纵向零序、工频变换距离、三级距离、三级接地距离、二级零序方向过流保护、PT断开流量、零特性NCE过电流，停用重合闸，该装置如图12所示。PSL602U型保护功能配置包括纵向差动保护、CT断路阻断差动、三级相间距离、三级接地距离、两级零序方向过电流保护、PT断路相位过电流等。RO序列过电流，停用重合闸，该装置如图13所示。PSL-621UD型保护功能配置包括纵向差动、三级相间距离、三级接地距离、三级零序过电流保护、两级PT断开相间过电流、自动复合和设备图14。SAR61保护功能配置包括过流保护、快断保护、自动重合闸。图12PCS-902GC型保护图13PSL602U型保护图14PSL-621UD型保护3.2.5电容器、电抗器保护与应用SAC61类型的电容器保护包括保护装置,可以用来保护电容器电压水平低于110千伏。保护组件包括三级过流保护、低压保护、过压保护、压差保护、零序过压保护、PT分离分离、CT分离分离器和控制回路分离板，由SAR61型保护设备组成，模拟反应器保护。目前，220kV变压器自2014投产以来，运行稳定。在正常运行和维护中，工作人员也遇到过由设备故障引起的继电保护动作，但每次工作人员能在第一时间正确运行，没有任何个人或设备事故发生，运行状况良好，装置如图15所示。图15电容器SAC61型保护4结论目前电气化铁路主要由电力来牵引供电，因此对其的保护配置研究具有十分重要的意义，但对比国外研究，我国电气化铁路在发展时间和发展速度上都略显不足，特别是在继电保护原理和保护配置思路上，或在模拟普通高速列车运行方面，本文将220kV外接电源、AT模式全并联电气化铁路供电系统和动车组负载相结合。因此，对电气化牵引供电系统的继电保护进行持续深入的研究，不仅可以满足当前的需求，而且具有社会和经济价值。本文首先说明电气化铁路的作用以及一般继电保护的安装和配置，其次对电气化铁路牵引供电系统与继电保护原理进行分析；在弄清楚牵引网的供电方式后，研究牵引供电