电气化铁路负荷最大电流突变量估算方法

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1、万方数据第32卷第9期2008年5月10日电力系统自动化AutomationofElectricPowerSystemsV01．32No．9May10，2008电气化铁路负荷最大电流突变量的估算方法王慧芳，何奔腾(浙江大学电气工程学院，浙江省杭州市310027)摘要：冲击性电气化铁路(简称电铁)负荷产生最大电流突变量的主要原因不明，导致突变量启动元件定值不能准确估算，线路保护装置频繁误启动现象时有发生。通过对上海地区电铁供电线路的大量录波数据分析，发现产生最大电流突变量的主要原因是电力机车在启动时内部变压器产生了励磁涌流，最大涌流幅值大约可达最大容量机车额定电流的4倍。

2、根据这一发现，结合牵引变电所的变压器接线方式给出了线路最大电流变化量的估算依据和估算方法。结果表明，根据该估算方法整定的电流突变量启动元件不会引起线路保护装置频繁启动。最后给出了提高启动元件灵敏度的改进建议。关键词：继电保护；电气化铁路；电流突变量；估算方法；励磁涌流中图分类号：TM773O引言线路保护装置广泛采用相电流突变量或相间电流突变量作为启动元件[1≈]，其原理简单，动作灵敏，能在故障时可靠地启动保护装置。但是对于电气化铁路(简称电铁)供电线路，由于电铁负荷具有冲击性[4巧]，会造成电流突变量启动元件的频繁启动[6]，给保护装置的安全运行带来严重的影响。现场已多

3、次发生保护装置不正确动作的事件。要防止保护装置的频繁启动，首要的问题是能够较准确地估计电铁冲击性负荷产生的最大电流突变量，为保护装置启动元件的整定提供依据。但由于电气化机车的运行工况复杂，并且电铁供电臂上可能同时有多台机车运行，目前尚无电流突变量大小的估算方法，只能通过实测进行估算，耗费了大量的人力、物力，并且实测数据也难以适应电铁提速和机车技术更新换代所带来的变化。本文在对上海电铁负荷录波波形进行大量研究后发现，电铁冲击性负荷所产生的最大电流突变量主要由机车内部变压器的励磁涌流组成。根据这一发现，提出了电铁负荷冲击性可能引起的最大电流突变量估算方法，以此为依据来整定保

4、护装置的突变量元件，能有效保证启动元件不频繁误启动。通过提高动作门槛防止保护装置频繁启动的措施，对保护装置的灵敏度会带来不利影响。若保护的灵敏度不能满足要求，则需从保护装置启动元件的原理上采取改进措施。本文对此也进行了探讨。收稿日期：2007—12—06；修回日期：2008—02—19。1电铁负荷频繁启动线路保护装置的案例分析1．1上海地区电铁供电网上海地区有2个电铁牵引站：南翔牵引站和春申牵引站。其外部供电系统见图1。南翔牵引站由静宜站供电，春申牵引站由春申站供电。静宜站和春申站目前都有2台容量为240MVA的220kV／110kV／35kV主变，其110kV侧都仅有

5、2回出线，分别向电铁牵引站的2台变压器供电。电铁牵引站的工作方式都是一台变压器运行，另一台备用。南翔牵引站泗泾吴二厂春申牵引站图1上海地区电铁牵引站供电系统Fig．1ElectricalrailwaysupplysystemoftractionsubstationinShanghai南翔和春申牵引站都采用容量为31．5MVA的llokV／27．5kV阻抗匹配平衡变压器[7]。它是近年来广泛应用于电铁供电系统的新型牵引变压器，具有容量利用率高、三相平衡好的特点。接线如图2所示，高压侧采用星形接线，每相绕组匝数为W-；低压侧采用三角形接线，每相绕组匝数为w。(w-／W2=2

6、√2)，并且还在ab绕组的两端各接一个外延绕组，其匝数为AW=0．336W2，这样可使两供电臂的电压U和仉形成90。的相位差。万方数据它力系统自动代为：C图2阻抗匹配平衡变压器接线Fig．2Connectionofimpedance-matchedbalancetransformer阻抗匹配平衡变压器高低压两侧电流的关系IA●JBIc=鹾07894o0741]Eia02042c100747，=I一．()l一．当低压侧两相负荷电流大小相等时，高压侧三相系统完全对称，相电流和相间电流幅值分别为JAl=0．2887LI和lfABl一√3I厶l；当低压侧两相系统电流随负荷波动不

7、相等时，高压侧三相系统不再对称；当低压侧只有一臂有电流时，高压侧三相系统的不对称性达到最大。如式(1)中，若J。=0，则A相电流最大，为lIAI=o．2789Ll，且AB相间电流也达到最大，为IJABl=0．4831I。I一√3I厶f。由此可见，相同大小负荷双臂运行时，三相系统的最大相电流和相间电流仅比单臂运行时增大约3．5％。此外，式(1)表明阻抗匹配平衡变压器的两侧电流关系是线性的，因此在单双臂运行时，最大相电流和相间电流变化量也有上面的关系。上面介绍的上海电铁供电系统都是采用阻抗匹配平衡变压器，其他电铁也有采用纯单相或V／V接法的单