高速铁路牵引供电系统继电保护研究 .pdfVIP

高速铁路牵引供电系统继电保护研究

摘要：高速铁路的牵引供电系统的主要功能就是向电力机车提供连续可靠的电

能。但是，由于系统结构、供电方式、用电负荷的不同，牵引供电系统继电保护

原理与电力系统有很大差别，因此，需要加强高速铁路牵引供电系统继电保护的

研究。基于此，文章就高速铁路牵引供电系统继电保护进行分析。

关键词：高速铁路；牵引供电系统；继电保护

高速铁路牵引供电系统概述1.

从组成上来看，高速铁路车辆牵引供电系统由牵引网、电力机车组和牵引变

电所构成。利用牵引变电所完成电能转化后，系统能够利用独立电源进线将电能

传送给牵引网，从而为车辆供电。而由于牵引负荷为单相负荷，所以需要利用特

别变压器将负荷均匀分配到系统三相中。在高铁上，则通常采用V/x接线等牵引

变压器。在供电方式上，系统主要采用全并联AT供电方式，设置有多个供电回

路，所以在故障发生时会产生多个回路给短路点供电，对继电保护有特殊要求。

此外，高铁车辆采用交-直-交电力机车，电路谐波成分等有一定差异，因此也将

影响继电器保护功能的发挥。

继电保护研究2.

线路保护研究2.1

2.1.1电力系统线路保护

由于全线速动的需要，电力系统220kV以上电压等级的线路普遍采用以光纤

为通信通道的线路电流差动保护作为主保护。光纤电流差动保护简称光差保护，

其保护原理建立在基尔霍夫电流定律的基础之上，具有良好的选择性，能快速地

切除保护区内的故障，长期以来对其的研究一直不断。

电力线路能够应用电流差动保护的一个重要前提是电力负荷在被保护线路的

区域以外，与牵引网有很大不同。作为牵引网的负荷，电力机车或动车组会在牵

引网区段内沿线移动。如果牵引网采用差动保护，在负荷工况下差动电流将是所

有负荷电流之和，差动保护的动作电流必须躲过最大负荷电流。在此情况下，差

动保护的动作电流与过电流保护的动作电流相同，两者的灵敏度也相同。

2.1.2牵引网保护

高速铁路牵引网沿用了普速铁路采用的保护原理，主要有距离保护、过电流

保护、电流增量保护等。

第一，距离保护。普速电气化铁路采用距离保护作为牵引网的主保护，并利

用负荷电流中的综合谐波含量自动动态调节四边形动作特性的边界，从而防止保

护在负荷电流下误动作。第二，过电流保护。根据牵引网供电方式的不同和继电

保护选择性的需要，过电流保护可配置1～3段，并可采取综合谐波抑制和励磁

涌流闭锁措施。第三，电流增量保护。电流增量保护根据电流在短时间内的变化

幅度来区分是负荷电流和故障电流：在正常情况时，电力机车沿线顺向行使，牵

引网电流的增量不会超过1辆车电流的最大值；在牵引网故障时，短路电流急剧

增大，电流的增量比负荷电流大得多。第四，接触网发热保护。高速重载列车的

单车牵引电流较大，在300～350km/h时可达到600～1000A，接触网在比较长时

间内都是大电流时，容易发热，然后牵引网的扩张力会降低，稳定性也会变差，

从而就会对高速重载铁路正常工作运行时产生影响，所以为了保护接触网，必须

设置热过负荷保护。该原理是以机车负荷和环境温度为基础，根据接触网热模型

实时计算接触网温度，当计算的温度比设定的温度高时，跳闹回路就会工作，使

馈线断路器断开。

变压器保护研究2.2

2.2.1变压器差动后备保护

变压器在工作的过程中，通常需要提供过流保护。但在高铁车辆的牵引供电

系统中，变压器继电器保护容易受到不平衡电流的影响，所以还要提供差动后备

保护。从原理上来看，过电流保护即继电器在电流大于整定值时动作。但在牵引

系统中，牵引负荷冲击性较强，要求变压器在3倍额定负荷电流下保持2min工

作。针对这一情况，还要在变压器高、低压侧完成低电压启动的配置，以提供后

备保护。牵引网在正常运行过程中，电压将保持在19kV以上。所以在低压侧母

线电压设计上，应设定为24kV。如果系统工作正常，母线电压将比低电压整定值

压低，所以即便负荷电流比动作电流整定值要大，继电器也不会发生误动作。在

系统发生故障的情况下，变压器漏阻抗将随之减小，母线电压则会不断增大。但

由于低压启动过电流保护可能出现拒动的情况，所以还要加强变压器后备距离保

护的整定计算，即通过测量短路阻抗和负荷阻抗完成合理保护配置，进而使变压

器高、低压距离保护正常动作。

2.2.2变压器过负荷保护

对于高铁车辆来讲，由于行车密度较低，并且牵引