继电保护的整定原则(6篇)

时间: 2024-05-01 栏目：公文范文

继电保护的整定原则篇1

关键词：配电网;继电保护;定值整定

中图分类号：TM77文献标识码：A文章编号：1006-8937（2016）26-0085-03

1概述

继电保护的正确可靠动作对保证电网安全稳定有着极其重要的作用，整定计算是决定继电保护能否正确动作的关键环节之一，配置结构合理、质量优良和技术性能满足运行要求的继电保护及自动重合闸装置是电网继电保护的物质基础;正确的运行整定是保证电网稳定运行、减轻故障设备损坏程度的必要条件。

2配网馈线保护整定原则

2.110kV馈线保护

2.1.1相间电流保护

①限时速断保护：考虑躲过配变低压侧三相故障短路电流。一般情况下可根据网内短路电流水平简化整定，推荐动作值取3000A（一次值），动作时间取0.3s。对于长线路或接有大容量配变的线路，需要根据实际情况另行计算动作值。

②定时限过流保护：按对线路末端故障有不小于1.5的灵敏系数或按躲负荷电流可靠系数1.3整定。

一般情况下，可根据网内短路电流水平简化整定，推荐动作值取800A（一次值），动作时间取0.6s。对于长线路或接有大容量配变的线路，需要根据实际情况另行计算动作值。

2.1.2后加速保护

有可独立整定及可独立投入的后加速保护段的，可投入后加速保护，后加速保护段的动作值必须可靠躲过合闸及重合闸时的涌流，否则退出后加速保护。

2.1.3过负荷保护发信

有需求时可投入过负荷保护发信，动作值建议取1In（In可取CT二次额定值1A或5A），动作时间取5s。一般不投过负荷保护。

2.1.4馈线重合闸

①无小电源并网的线路投非同期重合闸方式，重合时间建议取1s。

②有小电源并网的线路应装设线路PT，取相间电压，重合闸投检无压重合闸方式。如未装设线路PT，用户专线建议退出重合闸，公用线路建议临时将重合闸时间整定为不小于3s。

③如投入二次重合闸，一般可整定为：第一次重合时间5s（确保馈线上各中途开关均跳闸）;第二次重合闭锁时间应小于第一个中途开关动作时间，可取同第一次重合时间;第二次重合时间需考虑开关两次重合闸的间歇时间，可取60s;重合闸充电时间则按照柱上开关的数目整定，9个以内的柱上开关可整定为65s。

2.1.5低电阻接地系统10kV馈线零序电流保护

①接地电阻为10Ω的系统：动作值取50A（一次值），动作时间0.6s。

②接地电阻为16Ω的系统：动作值取30A（一次值），动作时间0.6s。

2.210kV配电线路中途开关保护的整定原则

2.2.1相间电流保护

①速断保护：考虑躲过配变低压侧三相故障短路电流和开关所带负荷的涌流，并应尽量保证在最大运行方式下对线路末端三相短路故障有不小于1.2的灵敏系数。

一般情况下可根据网内短路电流水平简化整定，推荐动作值取2000A（一次值），动作时间取0～0.1秒。对于长线路或接有大容量配变的线路，需要根据实际情况另行计算动作值。

过流保护：按保证在最小运行方式下对线路末端两相故障有不小于1.5的灵敏系数或按躲负荷电流可靠系数1.3整定。

一般情况下可根据网内短路电流水平简化整定，推荐动作值取600A（一次值），动作时间取0.3s。对于长线路或接有大容量配变的线路，需要根据实际情况另行计算动作值。

2.2.2重合闸时间

主干线分段开关重合闸时间取45s（确保变电站出线开关储能及重合闸充电），分支线开关（无论在线路何处）在主干线开关重合后按7s的重合闸时间级差逐级重合。

2.2.3低电阻接地系统10kV配电线路中途开关零序电流保护

接地电阻为10Ω的系统：动作值取50A（一次值），动作时间0.3s。

接地电阻为16Ω的系统：动作值取30A（一次值），动作时间0.3s。

2.3配网分段开关保护配置原则

①由于保护动作时间受系统限制，只可以实现2级保护配合，配网线路主干线上最多只可投入一个分段开关的保护与变电站保护实现配合，且该开关必须带有重合器并正常投入运行。如图1所示。

继电保护的整定原则篇2

关键词继电保护；二次典型设计；配置原则；变压器；母线配置

中图分类号TM77文献标识码A文章编号1674-6708（2012）78-0147-02

随着经济的飞速发展，全国的用电量的不断的增加，原有的电力设备因为投入运行的时间过于长久，严重的陈旧老化已经不能满足日益增加的用电量。供电故障的增加和供电的不稳定性等问题急待改善。全国各地电网开始进行二次继电保护系统的改造，旨在提高电网设备的稳定的安全的运行，提高供电的可靠性。

1各地区变电站原有继电保护技术的状况和差异

全国各省电网间变电站继电保护的技术水平要求、配置原则、组屏方案等各个方面都具有很大的不同。这种差异性主要因为全国各个地区的运行方式和调度要求不同而产生。这些差异不仅给继电保护的运行带来不便，而且对整个国家电网的管理和维护都带来了较大的问题。这种差异性具体表现在以下方面。

1.1保护的配置和组屏的差异

在主变压器保护配置上，保护屏的配置数量就有较大差异。华东地区电网配置两面保护屏，而东北和华中电网配置三面，华北地区大多要配置四面保护屏。每面保护屏的电气量保护和操作箱的配置也有差异。在220kV线路保护上，东北和华东华北电网主要采用每回220kV线路保护运用一面操作屏和两面保护屏。但华中和东北电网中的少数每回220kV线路保护运用两面屏。东北电网直接将失灵启动装置和分相操作箱以及电压切换箱配置于一面保护屏，而川渝电网却将其分配于两面保护屏。对220kV母线和断路器失灵保护上，母线保护大多配置两套。东北华中电网在断路器失灵保护上多独立的组屏保护，而其它地区基本不单独配置失灵保护。

1.2操作箱和重合闸配置的差异

东北和华中电网，在220kV线路每条操作箱一般只配置一套。大多在独立的操作屏内布置，川渝和华中个别地区在一套线路保护屏上布置。在500kV的断路器接线配置上，华东地区与其它地区不同，操作箱不予配置。其它地区如华中、东北地区操作箱配置一套，直接布置于保护屏内。重合闸在220kV双母线接线上多在线路保护中配置。东北电网的重合闸的配置在两套线路保护中均有配置，但在实际运行中一般只启用一套。

1.3故障录波器和故障保护配置的差异

东北和华中地区电网故障录波器的配置大多每两台主变压器配置1套。华东地区电网的母线故障录波器是单独配置的。在发生故障的电网保护上，一般由断路器机构箱来实行防跳、压力闭锁等保护，只有华中电网在机构箱和操作箱来合作进行保护。

2二次继电保护配置和组屏原则的分析和解释

2.1220kV母线和断路器失灵的保护设计要求

总结以往的工作经验，从失灵保护来实现失灵电流的判别，对提高其保护的可靠性和稳定性具有很大的作用。在二次继电保护的典型设计上，对220kV双母线进行双重化配置，一套线路启用一套失灵保护。将独立的失灵启动装置取消，由母线的保护来实行电流判别。在主变压器的保护上，都由母线保护来实行电流判别。

2.2500kV主变压器和母线的保护设计要求

二次典型设计采取防误方法，针对变压器失灵保护启用后断路器同时跳闸的弊端，采用增加动作接点，应用灵敏度高的电子元器件，延时断路器跳闸。同时为提高直跳回路的准确性及可靠性，预防直跳类保护误操作的发生，减少外挂继电器拒动的风险，二次典型设计要求断路器经母线保护跳闸时，增加固定延时，并配置不用整定灵敏度高的电子元器件。

2.3短引线保护和重合闸三跳保护设计要求

二次典型设计要求在500kV的线路涨，双套短引线保护在出线具有隔离开关的情况下按串组屏，取消在断路器保护屏中的配置。同时要求用断路器来保护重合闸故障中的三跳，没有外回路的接线。在220kV的接线中，设计要求重合闸自动线路保护功能，不另行配置。

2.4电压切换箱以及操作箱的接线设计要求

在电压切换箱的接线设计上，二次典型设计要求在原有双重配置的基础上，采用单位置输入方法，以保证切换回路异常时，能够实现快速退出一套。在操作箱的要求上将其中的操作电源切换回路取消，断路器的本身的防跳功能优先采用，在箱内增加两套继电器。

3二次典型设计在具体实施时应予以注意的问题

3.1各个配置原则和组屏方案的灵活运用

阻抗保护虽然在实际运用中有很多弊端，但是阻抗保护如果被取消，需要大大的调整现有的定值系统。所以，对于配置较高，具有偏移特点的阻抗保护二次典型设计仍然给予了保留。用户在具体的实施过程中，要根据实际运行状况和自身需要来进行调整，适当进行投入和取消。操作箱内的出口继电器对所有保护的跳闸启用具有重要作用，但是此项配置的应用也比较复杂，检修和维护都不方便。二次典型设计配置原则要求配置分相的操作箱。分相的操作箱在每条线路配置一条，但是在实际运用中，也要根据线路的具体要求适当进行双操作箱的操作。具体操作要根据实际情况而定的，要给予灵活的运用。保证其继电保护的安全性和稳定性。

3.2注意与相关专业单位的协调合作

在与相关专业的合作上，尤其是通信专业，在二次典型设计上要求合作统一。短线路的光缆架设上优先考虑双光缆，以直接在通信线架上引接保护光纤为宜。保护信息在每套光通信设备的传送数量也要加以考虑，不能超负荷传送。保护回路采用的光缆应考虑220kV以上电压等级等等。与通信专业的相互协调配合，采取最优配置，保证继电保护二次典型设计上的完善和高效。

继电保护的二次典型设计要以具有可靠性，高效行和可行性为前提，对继电保护系统进行优化的配置和设计。在电网改造的实施过程中，以继电保护技术的二次典型设计为基本原则，适当的根据各个地区的实际情况和配置习惯进行调整。在施工中对工作人员的技术水平和工程质量要求要严格把关，发现问题，及时快速的解决，以使设计更加的完善，施工得以顺利进行。总之，要以国家的电网能够更加安全、更加可靠、更好的为人民服务为总的原则，将国家电网的改造顺利的、高标准的完成，推动国家电网事业的发展。

参考文献

[1]国家电网公司输变电工程典型设计：500kV变电站二次部分，2007.

继电保护的整定原则篇3

继电器是电子应用方面的一种电子控制器件，它具有控制系统和被控制系统，在自动控制电路中的应用很多，它的工作原理实际上是用很小的电流来控制较大电流的一种自动调制开关，在电路中的作用是自动调节、安全保护以及转换电路等。熔断器是最早的继电保护装置，随着科学技术的不断进步，相继出现了电磁型继电保护装置、电子型静态继电器和广泛应用在计算机中的数字式继电保护。在电子技术、计算机技术、通信技术的快速发展下，人工智能技术已经在继电保护领域得到了大力的研究应用。由于微机型继电保护装置在电力系统以及工业系统中的应用越来越广泛，所以需要我们对其出现的各类事故问题进行处理及研究工作，为以后的工作打下基础。

1.微机继电保护事故处理的原则

无论做什么事都要遵循一定的规律、原则，因此，在对微机继电保护的事故进行处理之前，就要对处理时候所要遵循的原则有一个十分深的了解和掌握，只有在对这些原则很好地遵循基础上，才能将出现的微机继电保护事故很好地处理。

1.1实事求是的处理态度。微机继电保护事故的处理不但和使用个人有关同时也会关联到运行单位，一旦发生拒动或者是误动的情况，一定要查清楚原因，并且要找出问题的根源所在，尽最大可能的解决问题。在进行一系列的解决处理中，一定会涉及到事故的责任者，情况严重的话将会受到非常严厉的惩罚，在事故发生之后，很多单位以及个人会修改资料信息，导致工作组的调查处理工作很难进行，这样就会对存在的问题无法解决，导致单位产生更严重的经济损失。所以针对这些情况，进行事故调查的专业人员应该本着实事求是的做事态度，严格检查事故发生的原因，对造成事故发生的单位几个人进行严厉的惩罚。

1.2理论结合实际的处理方式。继电保护的事故处理不仅仅与继电保护的原理和元器件有关，并且根据大量的现场处理继电保护事故的经验表明，多数的微机继电保护事故的发生都与基建、设备安装以及调试设备的过程息息相关。所以从事事故处理研究的工作人员掌握必要的微机继电保护基本理论分析是首要条件，其次，还应当结合事故处理现场的经验进行更全更详细的事故处理，只有两者结合才能使事故处理更加迅速准确。

2.微机继电保护事故的种类及原因

要想很好地解决微机继电保护事故，那么就要对微机继电保护出现的事故种类以及出现的原因进行一个总结：

2.1定值问题。2.1.1人为整定错误。人为整定错误顾名思义就是工作人员在进行数值整定时出现了很大的失误，比如说：看错数值、TA，TV变化计算错误、定值区使用错误等等人为失误，这些小小的错误曾经都造成过很大的事故，给相关单位造成了很大的经济损失。上述事故发生的主要原因是，工作人员工作不仔细、相关检查措施较为落后，还有的微机继电保护装置的设计不是很合理，过程太过繁琐复杂，这些都很容易造成现场操作人员的视觉错误，导致最后的事故发生。根据微机继电现场运行的情况来看，要想避免上述情况的不断发生，较好的措施是在设备送电之前至少由两名工作人员再次进行装置定值的校核，确保万无一失方可进行工作。2.1.2整定数值计算的误差。因为设备的一些特性还没有被人们掌握透彻，很多数据依存于经验值以及估算值，微机继电保护的定值很难定准，并且电力系统的参数或者原器件参数的标准值与实际值之间有很大的出入，某些情况下两者的差别很大，以标准值算出的定值不是很准确，这就使设定的定值在某些特定的事故故障情况下失去了灵敏性和可靠性。因此，设计部门、基建部门及技改部门应该及时、准确地向保护计算机的专业人员提供有关的计算参数和设计图纸，施工部门在调试完保护设备之后也应该及时将有关资料送交给运行部门，这样就能确保整定数值计算误差降到最低。

2.2电源问题。2.2.1逆变稳压电源的问题。微机继电保护逆变电源的工作原理是将输入的220V直流电源经过开关电路变成方波交流，再经过逆变器变成需要的+5V、+24V等电压。这在现场会发生以下几个故障：纹波系数过高的故障，它是指输出中的交流电压与直流电压的比值，交流万分就属于高频范围，一旦高频幅值过高的话就会影响设备的正常寿命；输出功率不足的故障，它是因为电源的输出功率不足的话就会造成输出电压的下降，一旦电压下降过大就会导致电路基准值发生变化，充电电路时间变短等一些问题，继而影响到微机继电保护的逻辑配置。2.2.2直流熔丝的相关配置问题。工作现场的熔丝配置原则按照从负荷到电源一级比一级熔断电流大的原则配置的，这样是为了保证在直流上发生短路或者过载时熔丝的选择性，由于不同熔丝的底座区别不是很大，并且型号混乱，这就导致运行人员很难掌握，造成的后果是回路上过流时熔丝会发生越级熔断情况，所以设计人员应该针对不同容量的熔丝选择不同的形式，方便工作人员进行区别。

3.继电保护事故处理的检查方法

3.1逆序检查法。在事故发生之后，工作人员如果利用微机的事件记录和故障记录表，在短时间内不能找到事故发生的根本原因时，就应该采取逆顺序的检查方法，从事故发生的结果出发，层层往前查找，直到找到事故发生的根源为止，一定要充分利用工作站内的设备各种信息综合判断分析，将最终的事故原因找出来，此种方法经常应用在继电保护出现误动的时候。

3.2顺序检查法。顺序检查法顾名思义就是按照微机继电保护的工作顺序，从开始层层的检查寻找事故的根源。从外部检查，绝缘检测，定值检查以及对电源性测试、继电保护性能检查的顺序进行。该方法主要被应用在微机继电保护出现拒动或者保护逻辑出现偏差的事故处理中，一定要注意微机继电装置的逻辑判断关系。

3.3采取整组的试验法。这个方法在一定程度上主要是为了检查设备的二次回路以及保护装置的动作逻辑和动作时间是否正常，往往在很短的时间内可以检查出故障，并找出问题的根源，一旦发生异常应及时结合其他方法进行检查维修。

3.4掌握继电保护技术原理。继电保护工作人员要准确掌握必要的理论知识，对电子技术、微机保护原理和组成要很熟悉，同时应该具备技术资料的阅读能力，因为进行微机继电保护事故的处理离不开很多的检修规程、装置使用及技术说明书等专业书籍，这就要求在进行日常工作中，一定要对继电保护的专业书籍进行阅读分析，从中掌握微机保护故障的处理技巧，为以后复杂的工作打下坚实的基础。

结束语

继电保护的整定原则篇4

关键词：继电保护整定计算管理

继电保护装置是保障电力系统安全稳定运行的重要防线，为保证继电保护充分发挥作用，继电保护必须满足可靠性、选择性、灵敏性、速动性的要求，可以说继电保护是保障电网安全的主要防线，而整定计算是继电保护正确动作的关键环节。整定计算及管理工作内容非常繁杂，并且责任重大，对安全性要求很高，因此做好继电保护定值的整定计算工作是保证电力系统安全运行的必要条件。

一、继电保护整定计算的特点

经过近百年的发展，在继电保护原理不断完善发展的同时，构成继电保护装置的元件、材料等也发生了巨大的变革。继电保护装置先后经历了机电式、整流式、晶体管式、集成电路式、微机式等不列的发展阶段，正向计算机化、网络化、智能化，保护、控制、测量和数据通信一体化发展。整定计算工作也应适应继电保护的发展需要，研究新方法，解决新问题。这就要求从事定值整定工作的人员既要有强烈的责任心，又要通过不断的学习，使自己具备扎实的电力系统基础知识和继电保护系统理论知识，掌握新的继电保护原理。

因为各种保护装置适应电力系统运行变化的能力都是有限的，所以继电保护整定也不是一成不变的。如何获得一个最佳的整定方案，要考虑到继电保护的快速性、选择性、可靠性、灵敏性之间求得妥协和平衡。因此继电保护整定计算要综合、辨证、统一的运用。

二、继电保护整定计算的四性关系处理问题

继电保护是建立在电力系统基础之上的，它的构成原则和作用必须符合电力系统的内在规律，满足电力系统的要求：当电力系统发生故障时，自动、迅速地并有选择地切除故障部分，保证非故障部分继续运行；由于“四性”既相辅相成、相互统一，相互制约、互相矛盾，因此在进行继电保护整定计算时必须统筹考虑。

（1）农村电网的四性关系处理方面，应坚持在满足保护灵敏度的前提下，重点解决保护选择性问题，其次是处理好可靠性问题。

（2）为了确保继电保护整定计算准确无误，必须坚持三级审核制。

（3）一次系统运行方式和保护配置必须相协调。

（4）定期修改继电保护整定方案。

（5）对定值通知单的下达，应详细说明保护装置的投运条件及运行中应注意的问题。

三、整定计算相关管理措施

1、定值计算资料管理

定值计算需要准确无误的计算资料，这是进行定值计算的前提。它包括：一、二次图纸；所带变压器、电容器、消弧线圈、电抗器等铭牌数据和厂家说明书；电压互感器、电流互感器变比和试验报告；但是在实际工作中，往往会有各种各样的原因使得基础数据管理出现漏洞。所以，定值计算资料管理这一环节是继电保护整定计算工作的危险点。

2、短路电流计算

短路电流计算是整定计算是否准确的前提，它的准确与否决定整定计算的准确度。系统的运行方式和变压器中性点接地方式又决定短路电流计算的正确性。合理地选择运行方式是改善保护效果，充分发挥保护系统功能的关键之一。但选择运行方式应与运行方式部门进行充分沟通，通过计算确认现有的电气设备是否能满足运行的要求，如有不合理或不符合要求时，及时提出改进方案，使电气设备能满足系统安全稳定运行的要求，不能因为继电保护整定的需要而对电气一次设备的运行做出限制。变压器的接地方式是由继电保护整定计算人员来确定的。合理地选择变压器的接地方式可以改善接地保护的配合关系，充分发挥零序保护的作用。由于接地故障时零序电流分布的比例关系，只与零序等值网络状况有关，与正、负序等值网络的变化无关。零序等值网络中，尤以中性点接地变压器的增减对零序电流分布关系影响最大。因此应合理地选择变压器的接地方式并尽可能保持零序等值网络稳定。在进行短路电流还应注意以下两点：

（1）就是我们假设电网的三相系统完全对称。若系统是不对称的，那么不能用对称分量法来分析化简、进行计算。

（2）除了母线故障和线路出口故障外，故障点的电流、电压量与保护安装处感受到的电流、电压量是不同的。我们分析的是保护安装处的电气量的变化规律。

3、保护装置定值的变更的管理

（1）对于故障时反应数值上升的继电器（如过流继电器等），若定值由大改小则在运行方式变更后进行，定值由小改大则在运行方式变前进行。

（2）对于故障时反应数值下降的继电器（如低电压继电器、阻抗继电器），若定值由大改小则在运行方式变更前进行，定值由小改大则在运行方式变更后进行。

（3）需改变继电器线圈串并联时严防流就二次回路开路，应先将电流回路可靠短接。

四、结束语

继电保护是保障电网安全的主要防线，整定计算是继电保护正确动作的关键环节。随着电网发展的持续增速和智能电网建设的逐步推进，必将对继电保护整定计算工作提出更高的要求。通过对继电保护整定计算的分析，可以使继电保护整定计算人员在实际工作中抓住关键点和重点，减少计算的盲目性，提高继电保护整定计算的安全，使继电保护装置发挥应有的作用，提高电力系统运行的可靠性和安全性。

继电保护的整定原则篇5

关键词电力；继电保护；重要性分析

中图分类号TM77文献标识码A文章编号1674-6708（2013）99-0037-02

0引言

随着电力系统的不断完善与进步以及相关学科的知识体系结构的完善，电力系统也进入了高速发展时期，其发展可谓日新月异，飞速发展主要表现在电网规模不断扩大，覆盖的范围不断增广，相关网络结构也变得复杂。因此有必要做好电力继电保护的分析，以便在出现紧急情况时能够从容应对。下面就围绕电力继电的相关知识展开分析，并对相关过程做出详尽的阐释。

1继电保护的概念及任务

继电保护的概念理解起来并不是很困难，因其与人们的生活息息相关，在生活中都能够接触到，所以理解起来也就很容易。从某种程度上来说，继电保护的基本任务就是保证非故障设备继续运行，尽量缩小停电范围。因此换句话可以说继电保护就是一种电力保护装置，保护电网安全平稳运行的系统。

2继电保护的基本原理以及保护装置的组成

反应系统正常运行与故障时电器元件（设备）一端所测基本参数的变化而构成的原理（单端测量原理，也称阶段式原理）如图1所示。

运行参数：I、U、Z∠φ

反应I过电流保护

反应U低电压保护

反应Z低阻抗保护（距离保护）

3对电力系统继电保护的基本要求

3.1选择性

继电保护动作的选择性在整个电力继电保护中占有重要地位，同时也扮演着重要的角色，所谓的继电保护动作主要是指保护装置动作时，仅将故障元件从电力系统中切除，以保证系统中的无故障部分仍能继续安全运行。

继电保护的整定原则篇6

关键词：地铁直流保护

0引言

在我国，地铁是城市公共交通的重点发展方向，设备国产化又是发展的主要原则。在地铁直流供电继电保护领域内，国产保护设备还处于起步阶段，目前，国内主要城市的地铁直流保护设备均来自国外，例如广州地铁二号线选用的是德国Siemens公司的DPU96，武汉轻轨选用的是瑞士sechron公司的SEPCOS。通过对部分国外产品的研究，笔者认为，直流保护设备的原理并不是十分复杂，功能实现在理论上也没有任何障碍，希望通过本文的抛砖引玉，在将来的不久，能够看到国产的直流保护设备在我国甚至国际市场成为主流。

1一次系统简介

图1显示了一个典型的牵引变电所的电气主接线图，该所将主变电所来的交流高电压（典型值：33kV）经整流机组（包括变压器及整流器）降压、整流为直流1500V，再经直流开关柜向接触网供电。我国上海和广州地铁的直流牵引供电系统均是如此，北京地铁采用的是第三轨受流器（上海和广州地铁则是架空接触网），其馈电电压为750V。由于750V馈电电压供电距离短、杂散电流大，现在多采用1500V。图2显示的是采用双边供电的上行接触网的分区段示意图（下行亦相同），一个供电区由相邻的2个牵引变电所同时供电，这种双边供电的方式提高了供电的可靠性，同时分区段的方式使故障被隔离在某个区段以内，而不致影响其它供电区段，因而被广泛采用。本文中所讨论的保护原理均基于1500V架空接触网双边供电方式。

图1典型牵引变电所电气主接线参考图

图2双边供电接触网分区段示意图

图3短路电流与列车运行电流示意图

2牵引变电所内直流保护的配置

牵引变电所内的直流保护系统必须在系统发生故障时快速、准确地切除故障，同时又要避免列车正常运行时一些电气参数的变化引起保护装置误跳闸。后备保护的存在增加了故障切除的可靠性，同时也增加了与主保护配合的难度，所以保护的配置也不宜过多。不同的牵引变电所其电气特性不同，运行要求不同，所以保护装置的整定值不同，甚至保护的配置亦不相同。通常，牵引变电所内的直流保护安装于开关柜中，其可能的配置如下：

A．馈线柜（图1中对应211，212，213，214开关柜）：

a．大电流脱扣保护（over-currentprotection）；

b．电流上升率保护（di/dtprotection）；

c．定时限过流保护（definite-timeover-currentprotection）；

d．低电压保护（under-voltageprotection）；

e．双边联跳保护（transferintertripprotection）；

f．接触网热过负荷保护（cablethermaloverloadprotection）；

g．自动重合闸（automaticre-closure）。

B．进线柜（图1中对应201，202开关柜）：

a．大电流脱扣保护（over-currentprotection）；

b．逆流保护（reversecurrentprotection）。

C．负极柜：

a．框架保护（framefaultprotection）。

D.轨道电压限制装置

a.轨道电压限制保护

3主要保护的原理

牵引变电所内的直流系统的故障形式主要有：短路故障，过负荷故障，过压故障等等，最常见的也是危害最大的是短路故障。从本质上讲，短路故障有两种类型，一种是正极对负极短路，另一种是正极对大地短路。所内配置的多数保护都是为了切除前一种故障，框架保护则是为了切除后一种故障。

对于前一种故障，多数是由于架空接触网对钢轨短路所引起的，短路点离牵引变电所的距离决定了短路电流的大小。远端短路故障电流的峰值与列车启动时的电流峰值相近，甚至小于该电流，所以，远端短路故障电流与列车启动电流的区分，是牵引变电所直流保护的难点。另外，列车受电弓过接触网分段时，也会有一个峰值较高的电流出现。

图3是典型的近、远端故障电流与列车受电弓过接触网分段时的电流时间特性示意图。

以下介绍牵引变电所内的主要的直流保护的工作原理：

3.1大电流脱扣保护

主保护，与交流保护中的速断保护类似，用以快速切除金属性近端短路故障。这种保护是直流断路器内设置的固有保护，没有延时性，它通过断路器内设置的脱扣器实现。当通过断路器的电流超过整定值时，脱扣器马上动作，使断路器跳闸。

一般来说，该保护的整定值要通过计算和短路试验得出，整定值要比最大负荷下列车正常启动的电流大，也要比最大短路电流小。

3.2电流上升率保护

广泛使用的中远端短路主保护，它在多数情况下能正确区分列车正常运行电流和中远端短路电流，主要用于切除大电流脱扣保护不能切除的故障电流较小的中、远端短路故障，其工作原理如下：

电流上升率保护触发的条件是唯一的，即当电流的变化率di/dt>A，A是电流上升率的定值。满足触发条件di/dt>A时，电流上升率保护启动（该时刻记为t）。该保护启动后，产生跳闸的条件只要在以下两个条件中满足任意一个即可：

1．经过时间T1后，di/dt仍然大于B；

2．经过时间T2后，ΔI>L，ΔI=It+T2－It；

如图3，在t时刻，列车受电弓过接触网分段后重新与接触网连接，此时电流的绝对数值It较小，而di/dt由于充电效应则较大，短路电流和列车运行电流均可满足启动条件，但经过适当的延时后，对于列车运行电流来讲，由于充电效应维持的时间很短，电流已经经过了一个从很小到数倍于正常电流，再到正常电流的过程，此时，di/dt通常是负值，ΔI也很小，所以出发跳闸的条件一个也不满足，电流上升率保护返回；对于短路电流来讲，此时，短路仍然存在，只要距离不是非常远，通常一定满足条件1和2，致使保护跳闸。

单列列车t时刻启动时，可能di/dt>A,保护启动，但经过时间T1后，di/dt<B，ΔI<L,保护自动返回。

值得注意的是，定值T1、T2、A、B、L的选取非常重要，它决定了保护动作的正确性和快速性。

3.3定时限过流保护

电流上升率保护的后备保护，通常该保护的电流整定值Idmt较小，一般按馈线最大负荷考虑，以达到切除远端短路故障的目的，其动作延时Tdmt也较长，以避开列车启动的时间，广州地铁二号线牵引供电系统中该保护设计的Idmt为3000A，延时Tdmt为30秒。

当电流第一次超过定值时，保护启动，在延时Tdmt的时间段内电流一直超过定值，可认为是短路电流，触发跳闸，如果中间任一时刻电流没有超过定值，保护自动返回，等待下次启动。

3.4低电压保护

其作用和定时限过流保护一样，作为电流上升率保护的后备保护，一般与其它保护形式互相配合，不作为单独的保护使断路器调跳闸。它的整定值Umin及延时Tdmt必须列车正常运行时的运行情况互相配合，应考虑最大负载下列车的启动电流和启动持续时间，还要考虑在一个供电区内多部列车连续启动的情况。

当发生短路故障时，直流输出电压迅速下降很多，当输出电压<Umin，保护启动，在一定的延时时内输出电压一直保持<Umin，则低电压保护发出动作信号。

3.5双边联跳保护

对于采用双边供电的接触网,它是广泛使用的一种保护手段，正如上文所介绍，在一个供电区内的接触网由两个变电所对其供电的，当其中一个所的直流馈线断路器因为某些保护跳闸的同时，还会发出联跳指令，使为同一个供电区供电的直流馈线断路器都跳闸。

它能切除故障电流特别小的远端短路故障，跳闸命令是由感知到较大近端短路故障电流的相邻站发出的。只要给一段接触网供电的两个牵引站有一个正确跳闸，另一个立刻也会跳闸，因而可靠性很高，确保满足GB50517-92<<地下铁道设计规范>>的第8.2.21条“在事故状态下接触网短路电流的保护，应保证单边供电接触网区段一条馈线的开断和双边供电接触网区段两条馈线的开断”。双边联跳保护的原理如下：

图2显示了一条接触网的两段，左边一段由牵引变电所A和B（简称A站和B站，下同）供电，右边一段则由B站和C站供电，当短路点发生在靠近A站的c位置时，A站的大电流脱扣保护首先动作，而B站则由于短路电流小等因素，大电流脱扣和di/dt等保护均无法动作，位于A站的双边联跳保护则发出联跳命令，将B站的213开关跳开。当B站退出运行时，则B站越区隔离开关2133合上，双边联跳保护根据B站2133的位置判断另一端是由C站213开关供电，跳闸的对象则为C站213开关。

3.6框架保护

框架保护适用于直流设备的正极对机柜外壳（与大地相连）或接触网对架空地线短路时的情况。

如图4所示，在正常无短路状态下，钢轨（负极）与地的绝缘良好，几乎没有漏电流通过A点，当故障f1发生时，即直流设备的正极对机柜外壳短路时，故障电流If1由正极通过A点，经泄漏电阻Rl回流至负极，框架保护检测位于A点的机柜外壳对地的漏电流If1，超过整定值则迅速动作。通常，在地和负极之间还安装一个排流柜，当排流柜投入运行时，其等效电阻值远小于Rl，If1大大增加，这样，即使钢轨（负极）与地的绝缘非常良好，泄漏电阻Rl非常大，由于排流柜提供了漏电流If1的通道，大大提高了框架保护动作的灵敏性。

当故障f2发生时，即接触网与架空地线发生短路时，由于A点离故障点较远，故漏电流较小，检测A点漏电流不能检出故障，此时框架保护检测外壳和负极之间的电位差。在正常无短路状态下，外壳和负极之间的电位差很小，故障f2发生时电位差迅速变得很大，框架保护可以迅速动作。而对于正极对机柜外壳短路的情况，若未投入排流柜，钢轨（负极）与地的绝缘亦很好，漏电流可能不足以启动框架保护，但电压检测元件则可使之迅速动作。

通常，电流检测元件作为框架保护的主保护，电压检测元件作为后备保护。

框架保护动作的结果是：迅速跳开本站内所有的直流开关、交流侧进线开关及邻所向本区段供电的直流开关，并需由人工复归后方可重新合上开关；

3.7轨道电压限制保护

轨电位限制装置控制

一控制原则

规电轨电位限制装置的控制分两种，一种是通过检测轨道电压实现，另一种是通过人工施加试验电压实现，如下图：

正常运行，轨电位限制装置检测轨道和大地之间的电压，该电压经过V11模块整流后施加给R10；而人工施加的试验电压，是通过S24旋纽把交流220V电压经过V12整流模块整流后施加给R10。F21、F22继电器分别检测R10上的电压，当该电压上升到92V时，经过一定的延时（0.5秒），F21继电器动作，发出合闸命令；当电压上升到150V时，F22继电器动作，发出合闸命令。由F21继电器动作使断路器合闸的方式我们称为“一段动作（U›）”，由F22继电器动作使断路器合闸的方式我们称为“二段动作”（U››）。

二、控制过程

1.合闸

合闸的原则是想尽办法让合闸继电器K02受电，使由它驱动得断路器合闸线圈得电，从而使断路器合闸。

正常运行时，断路器处在“分闸”位置，K01继电器的常闭接点（1、2）闭合，使K83继电器受电，它的常开接点（15、18）接通。因此当F21继电器延时动作后，11、14这对接点接通，使合闸继电器K02得电，断路器合闸。当继电器F22动作后接通11、14接点，也能使断路器合闸。

但是，它们之间有一定的区别：如果是因为F21动作从而使断路器合闸，那么延时10秒后断路器会自动分闸，在规定的时间内反复三次，断路器合闸不再分开；如果是因为F22继电器动作从而使断路器合闸，，此时F22会闭锁分闸回路，使断路器不会延时分开。

2.分闸

断路器分闸的原则是使分闸继电器K01受电，使由它驱动的断路器分闸线圈得电，从而使断路器分闸。

当断路器合闸后，断路器的辅助接点（S1的23、24）闭合，使继电器K81受电，经过10秒的延时后，继电器动作，该继电器的15、18接点闭合，而继电器K84的常闭接点接通，因此分闸继电器K01受电，使断路器分闸。

3.8接触网热过负荷保护

接触网热过负荷保护,其保护的目的是消除热过负荷故障，而非短路故障，其工作原理主要是根据接触网的电阻，接触网上流过的电流，计算出接触网的发热量，从而再根据接触网的热负荷特性及环境条件推算出接触网的电缆温度。当测量的电缆温度超过Talarm给出报警，超过Ttrip则跳开给该接触网供电的直流开关。开关跳开后，电缆逐渐冷却，当温度进一步下降，低于Treclosure，则重新合上直流开关。图5给出了接触网热过负荷保护动作的时序图。

5接触网热过负荷保护动作时序图

4存在的问题

4.1关于多辆列车短时间内相继启动

在接触网的同一供电区段内，若在短时间内出现两辆/多辆列车相继启动，第一辆列车启动引起电流上升率保护或定时限过流保护启动，而另一辆列车的启动恰巧引起电流上升率保护或定时限过流保护跳闸，这种可能性在理论上是存在的。至于解决的方案，英国ENOTRAC公司的观点认为，人工智能或神经元网络可能是最佳的解决办法，具体的实施方法尚不得而知。

4.2关于小电流短路故障

小电流短路故障主要是由于故障点距离牵引所很远，或者，短路点的电弧大引起电阻也增大。两者皆可导致以上介绍的各种保护均无法正确动作。当短路点靠近其中一端的牵引所时，近端短路电流往往较易检测，近端牵引所跳开本所开关并联跳邻所开关；但若短路点位于相邻两个牵引所中间的接触网上，可能发生两个牵引所的保护均无法检测小电流短路故障的问题。对于两个牵引所距离太远的情况，可以从设计上避免；而对于大电弧的情况，笔者认为需要对电弧的特性进行大量的研究，从而给带电弧的电流建立精确的数学模型，使其能够正确地被保护装置所识别。

4.3关于框架保护的选择性

框架保护面临的是小电流接地故障，它易于感知，却无法象大电流短路故障那样易定位。如图1所示，当接地点位于整流器出口的A位置时，只需要跳开交流进线开关105和直流进线开关201即可；当接地点位于B位置时，只需要跳开所有直流开关；当接地点位于C位置时，只需要跳开直流馈线开关214并联跳右邻站的直流馈线开关213（如图2）。但由于框架保护的电压和电流检测原理都无法给故障定位在A点、B点还是C点，所以选择性较差。小电流接地故障的定位一直是个难题，如同三相交流中性点不接地系统的单相接地故障一样，寻找准确的定位方法还需要进一步的探索。

5结论

目前，地铁直流牵引变电所内配置的直流保护，基本上能够快速切除大多数短路、接地故障，但仍然存在一些世界性的难题。国内保护设备制造商完全有能力制造出目前广泛使用的这些直流保护。

参考文献

1．ENOTRAC，StudyofadvancedprotectionsystemsforthepowersupplyofDCrailways，2000

2．SiemensAGTransportationSystemsGroup，TractionPowerSubstationDC—SwitchgearSectionFeederProtectionPrincipleFunction，1998

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