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摘 要：分析了牵引供电系统负荷特征及其现状，详细论述了区域切换型距离保护的原理，并在此基础上介绍了电铁馈线保护距离继电器的构成及整定计算。
关键词： 牵引供电系统; 距离保护
1引言
为了适应经济发展的需要，高速、重载成为我国铁路的发展方向，因此电气化铁道的安全运行有着重要的意义。去年，我公司成功引进了日本日立公司的电铁馈线保护，以提高保护动作的可靠性及牵引变电所的自动化水平。该保护在日本有着成功的运行经验，本文将详细论述其距离保护的原理及构成。
2牵引供电系统负荷的特征
2.1牵引供电系统的特点
交流牵引供电系统与一般电力系统相比，具有以下特点：
1) 由两个单相供电系统组成的不平衡系统；
2) 接触网电压由于需要和电力机车的绝缘相配合，所以相对电力机车的容量来说，其供电电压较低；
3) 移动、冲击性负荷；
4) 负荷电流中含有的高次谐波成分比较多，所以供电电压也不是严格的正弦电压，而是发生了波形畸变。
基于以上特点，作为电气化铁道的动力来源，电力机车沿铁路线移动，牵引网的结构比电力系统馈电线路要复杂得多。由于电力机车的受电弓与接触导线一直处于快速滑动状态，当接触不良时会产生火花或电弧，使接触导线容易造成损伤。另外，由于受电弓对接触导线有迅速移动的向上压力，使接触导线经常处于振动状态，接触导线的机械故障率也较高。接触导线的损伤和故障都可能导致牵引网的短路，因此提高电铁馈线保护的动作可靠性有着重要的意义。
通常，交流电气化铁道牵引供电系统馈线的主保护是距离保护，在该保护方案中，保护区域为偏移平行四边形特性，参看图1。
随着牵引供电系统的发展，电气化铁道运输容量不断提高，再生制动机车在铁路上得到应用。电铁馈线电流的增加和负荷特性的改变使得以前的常规距离保护已经不能区别负荷电流和故障电流。
以图2所示的机车负荷的R-X阻抗特性为例。电力机车的负荷有时是很大的，有时多列电力机车和再生制动机车同时运行于同一线路上，重负荷、叠加负荷阻抗将逼近或进入阻抗区，引起保护误动。
3区域切换型距离保护的开发
3．1区域切换型距离保护的原理及构成
为了解决这个问题，该装置的距离保护提供了特别的两个阻抗区（大动作区和小动作区），距离保护通过检测机车的运行与否自动改变大小区。
区分负荷电流和故障电流的方法利用负荷电流的特征，参看图3。负荷电流中包含丰富的奇次谐波（三次、五次、七次等），而故障电流含很少量的谐波，距离保护可以根据负荷电流中谐波含量的大小判断检测机车的运行状态从而自动改变阻抗区的大小。
根据区域切换型距离保护的原理，设计了一种新型的距离继电器，如图4所示。图中LOC为最小动作电流回路，保证距离保护只有在大于最小动作电流时才能动作。二次谐波与基波的比较回路是为了防止变压器空投的励磁涌流造成距离继电器的误动，高次谐波（二、三、五）与基波的比较是为了保护切换大小区，并依此作为区分故障电流与负荷电流的依据。
3.2区域切换系数
K3=(K1I2f+I3f+I5f)／I1f
保护区域的切换系数本来仅与三次、五次、七次等谐波有关系，但为了减少变压器空投时的励磁涌流引起的误动，该系数增加了二次谐波抑制。当大于整定值时，距离保护切换至小动作区工作，使保护躲过正常负荷与再生负荷造成的叠加负荷，避免误动。
3.3区域切换型距离保护整定计算
3.3.1区域切换型距离保护的动作四边形特性
区域切换型距离保护通过大小区的变化躲开重负荷、正常负荷与再生制动工况下的叠加负荷以及励磁涌流与正常负荷的叠加负荷造成的波形畸变，以下对其各边的整定进行说明：
3.3.2整定原则
3.3.2.1AB边的整定
当保护范围末端短路时，继电器应能可靠动作，即：
式中：Kk——可靠系数，一般可取为1.2；
Xxl——保护范围末端短路电抗。
3.3.2.2EF边的整定
为了避免保护线路上波形畸变引起的误动，整定保护小区的边界：
式中：X′xl——保护躲过最大波形畸变时的电抗[WTBZ]。
3.3.2.3BC边的整定
当保护范围末端短路时，其过渡电阻整定为：
式中：Kk——可靠系数，一般可取为1.1；
Ψ——功率因数差时的负荷阻抗角；
θ——BC边的倾斜角，可根据线路阻抗角整定。
3.3.2.4FG边的整定
正常情况下出现最大负荷及波形畸变时阻抗继电器不应动作，即：
式中：Ψ′ ——功率因数差时的负荷阻抗角。
3.3.2.5AD、DC边的整定
AD、DC边的整定为偏移电阻和偏移电抗值。理论上，偏移电阻和偏移电抗值应为零，但考虑到在保护边界易出现误动和原点的死区，因此区域切换型距离保护应根据实际需要整定偏移电阻和偏移电抗值。
4总结
基于区域切换型的电铁馈线距离保护原理的应用在我国尚属首次，产品在开发过程中经过了大量的试验，该保护动作速度快，可靠性高，其应用必将为我国电气化铁道的稳定运行做出巨大的贡献。
参考文献
［1］持永,等．交流电气铁道用保护领域切换型距离继电器的开发［Ｊ］.电学论B，1993,(4).
［２］渡边宽．交流电气化铁道牵引供电系统继电保护［M］.北京：中国铁道出版社，1981.
［３］曹建猷．电气化铁道供电系统［M］.北京：中国铁道出版社，1993.
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