7、220kV线路距离保护在VX接线牵引变压器短路时测量阻抗分析

220kV线路距离保护在V/X接线牵引变压器短路时测量阻抗 汤大海1，严国平2 （1.镇江供电公司，江苏镇江，212001；2.江苏省电力公司，江苏南京，210024） 摘 要：沪宁城际铁路和京沪高速铁路牵引变电所内牵引变压器均采用了两台单相牵引变压器接成V/X接线构成一台完整的牵引变压器，一台变运行、另一台变备用。以V/V接线牵引变压器低压侧短路时短路电流分析为基础，推导出该短路情况下电源侧变电所220kV线路距离保护相间阻抗元件和接地阻抗元件的测量阻抗，进一步分析了V/X接线牵引变压器低压侧短路时电源侧变电所220kV线路距离保护相间阻抗元件和接地阻抗元件的测量阻抗，为继电保护整定计算提供理论依据。分析表明，牵引变压器在低压侧发生短路时，电源侧变电所220kV线路距离保护的最小测量阻抗远远小于电网中常规变压器的短路时该保护的最小测量阻抗，在保护定值整定时应引起重视，防止整定错误。推导的结论，对V/X接线牵引变压器采用110kV和220kV及以上电压等级的供电网络同样适用。最后提出了220kV线路距离保护整定时应注意的问题。 关键词：220kV线路距离保护；牵引变压器；V/X接线；短路；测量阻抗；分析 沪宁城际铁路和京沪高速铁路正在紧张的建设中，其中沪宁城际铁路全长300.209km,牵引供电系统采用AT供电方式。该线列车最高时速设计为350km/h，江苏省范围：新建220kV牵引变电所5座，每座牵引变电所应由两回独立可靠的220kV电源供电，并互为热备用；由于牵引变压器接成V/X接线，具有省地、省投资等优点[5]，所以沪宁城际铁路和京沪高速铁路牵引变电所内牵引变压器均采用了V/X接线，按设置四台单相牵引变压器设计，两台单相牵引变压器接成V/X接线构成一台完整的牵引变压器运行，另一台V/X接线的变压器固定备用。两回220kV供电电源线路配置了两套完整的光纤分相电流差动保护和相间距离、接地距离、零序电流等后备保护[1~3]。采用V/X接线牵引变压器，使得220kV系统的供电负载不均衡，除平时产生负序电流对线路距离保护产生影响[6]外，在V/X接线变压器低压侧短路时，对电源侧变电所的220kV线路距离保护的测量阻抗和动作特性也有所影响，也不同于电网中常规变压器相应短路的情况，在保护定值整定时，不能按常规变压器进行整定处理，否则产生整定错误。通过对V/V接线变压器低压侧短路进行短路电流分析和220kV线路距离保护的测量阻抗分析，在此基础上进一步分析V/X接线变压器低压侧短路时220kV线路距离保护的测量阻抗，为继电保护整定计算提供理论依据。 1 V/V接线牵引变低压短路短路电流分析 由于牵引变压器采用了V/X接线是V/V接线的改进或变化而来的，所以先分析V/V接线牵引变压器的短路电流分析及对线路距离保护的测量阻抗的影响。 图1是采用220kV电源供电的V/V接线铁路牵引供电系统图，其中220kV铁路牵引变电所通过220kV三相交流线路供电，牵引变压器由两只单相牵引变压器，接成V/V接线构成一台完整的铁路牵引变压器运行。牵引变压器低压侧b相接铁轨，a相接上行铁路电气化机车负载，c相接下行铁路电气化机车负载。 图1、V/V接线铁路牵引供电系统图 图2是铁路牵引供电系统的等值电路图，图中所有的参数均折算至铁路牵引变高压侧，其中： —系统等值正序阻抗； —线路正序阻抗； —单相变压器的正序阻抗（已折算至高压侧）； 、 、 为电源电势；图中A’B’C’与abc之间对应牵引变压器的等值电路[4]。 图2、V/V接线铁路牵引供电系统的等值电路 1.1 V/V接线牵引变压器低压两相短路 在图2中，假设电源系统对称，系统等值阻抗和线路阻抗对称，则有： ，其中 。以ab相短路为例，由于牵引变压器低压ab相两相短路，则220kV电源供电的220kV线路有： ， ，即220kV线路没有零序电流。根据回路电压，有： （1） （2） （3） 因为电源的中性点电位为0，所以供电变电所220kV母线上电压分别有： （4） （5） 同理，可推导出牵引变压器低压侧bc相、ca相两相短路时的220kV线路上电流和供电变电所220kV母线上电压见表1、表2。 表1、V/V接线变压器低压两相短路220kV线路电流 ab相短路 bc相短路 ca相短路 表2、V/V接线牵引变压器低压两相短路供电变电所220kV母线上电压 ab相 bc相 ca相 1.2 V/V接线牵引变压器低压三相短路 在图2中，同样假设电源系统对称，则有： ，其中 。根据回路电压，有。 （6） （7） （8） 由（8）式可知，牵引变压器低压三相短路时，电源供电的220kV线路没有零序电流。根据上述（6）、（7）、（8）式3个方程，可解得： （11） （12） （12） 因为电源的中性点电位为0，所以供电变电所220kV母线上电压分别有： （13） （14） （15） 2 V/V接线牵引变短路时220kV线路距离保护测量阻抗分析 2.1 V/V接线牵引变两相短路时测量阻抗分析 在图2中，根据上述短路电流分析结果，以ab相短路为例，分析220kV电源供电的220kV线路距离保护的测量阻抗。根据上述短路电流分析的表1、表2结果，则可推导出220kV线路相间距离保护的AB相测量阻抗： （16） 同理可得BC和CA相测量阻抗： （17） （18） 按同样的分析，根据上述短路电流分析表1、表2结果，则可推导出220kV线路接地距离保护的测量阻抗： （19） （20） 同理，可推导出bc相短路、ca相短路时，220kV线路相间距离保护、接地距离保护的测量阻抗，见表3。 表3、V/V接线牵引变铁路牵引变低压侧两相短路220kV线路距离保护的测量阻抗 元件 ab相两相短路 bc相两相短路 ca相两相短路 2.2 V/V接线牵引变三相短路时测量阻抗分析 在图2中，根据上述短路电流分析结果，也分析220kV电源供电的220kV线路距离保护动作行为。根据上述三相短路电流分析结果，则可推导出220kV线路相间距离保护AB相的测量阻抗： （21） 同理可得到BC相、CA相的测量阻抗： （22） （23） 用同样的方法，根据上述三相短路电流分析结果，可推导出220kV线路接地距离保护的A相测量阻抗： （24） 同理可得到B相、C相的测量阻抗： （24） （25） 2.3 220kV线路距离保护的测量阻抗分析 由表3可以看出，在铁路牵引变低压侧发生ab相或bc相两相短路时，220kV线路相间距离保护故障相之间阻抗元件的测量阻抗总是 ，且为最小值，其他两个相间阻抗元件均大于此值；在铁路牵引变低压侧发生ca相两相短路时，220kV线路相间距离保护故障相之间阻抗元件的测量阻抗为 ，且为最小值，其他两个相间阻抗元件均大于此值。在铁路牵引变低压侧发生两相短路时，由于系统阻抗 一般大大小于（ ），所以，220kV线路接地距离保护的测量阻抗约等于相间距离保护阻抗元件的最小测量阻抗的 ，并有30°的角度偏移。 由于 一般大大小于 ，所以忽略 ，由（21）式、（22）式有AB相和BC相最小测量阻抗： （26） 所以，在铁路牵引变低压侧发生三相短路时，有两只相间阻抗元件测量阻抗 、 均大于 ，并接近 ，小于 。 由于 一般大大小于 ，所以忽略 ，由（24）式、（26）式有A相和C相最小测量阻抗： （27） （28） 所以，在铁路牵引变低压侧发生三相短路时，两只接地阻抗元件测量阻抗 、 均大于 ，另一只接地阻抗元件测量阻抗 等于 。 3 V/X接线牵引变短路时线路距离保护测量阻抗分析 3.1 V/X接线牵引变压器绕组分析 城际铁路牵引变电站变压器一般为两台，一台供电，另一台备用。每台变压器各由两台单相变压器组成，接成V/X接线（见图3），一台单相变压器的T和F接南京方向的上行和下行列车，另一台单相变压器的T’和F’接上海方向的上行和下行列车。每台单相变压器一次有一个一次绕组、二次有两个绕组，一次绕组和两个二次绕组在结构上对称，出线T和F为同极性，两个二次绕组另一个头连接在一起接地并连接到铁轨，因此两个二次绕组参数对称。典型单相变压器名牌参数为：DQY-40000/220，额定容量：40/25/25MVA，额定电压：220/2×27.5kV，接线组别：Ii0i0，短路阻抗为10.38-10.42%。 图3、V/X接线牵引变压器接线图 3.2 V/X接线牵引变压器短路类型 V/X接线牵引变压器短路类型主要有：⑴一台单相变压器一个二次绕组或引线对地短路，这是最常见的短路；⑵两台单相变压器各有一个二次绕组或引线同时对地短路，这种短路不常见；⑶一台单相变压器两个二次绕组或引线对地同时短路（简称单相变短路），如跨越铁路的电力线、通信线等断线落在牵引线路上；⑷两台单相变压器两个二次绕组或引线均对地短路（简称全部短路），这种情况主要发生在变压器检修结束时忘了拆除接地线。 3.3 V/X接线牵引变压器短路分析 对于V/X接线牵引变压器短路类型⑴和⑵，分析等值电路见如图2，分析结论同V/V接线牵引变压器；V/X接线牵引变压器短路类型⑶和⑷，由于每台单相变压器两个二次绕组参数对称，分析分析等值电路同如图2，只不过是 变为 。而 （ 、 、 分别是单相变压器一次、两个二次绕组折算到高压侧的等值阻抗），因此，上述V/V接线牵引变压器短路分析和220kV线路距离保护的测量阻抗的分析结论也适用V/X接线牵引变压器，但此时 变为 。 4 220kV线路距离保护整定注意事项 由于在V/X铁路牵引变低压侧单相变短路时，220kV线路相间距离保护最小值测量阻抗为 ；而牵引变低压侧全部短路时，220kV线路相间距离保护最小值测量阻抗均大于 ，并接近 ，所以相间距离Ⅰ段或Ⅱ段若按躲过铁路牵引变低压侧短路故障整定时，为可靠起见，建议按下列公式整定，同时相间距离Ⅱ段应保证全线灵敏度有大于1.5的灵敏度[1~3]。 （29） 式中 、 为可靠系数，一般取0.7-0.8。 同样在铁路牵引变低压侧发生三相短路时，总有一只接地阻抗元件测量阻抗 等于 ，所以接地距离Ⅰ段或Ⅱ段若按躲过铁路牵引变低压侧短路故障整定时，也建议按（29）公式整定，同时接地距离Ⅱ段应保证全线灵敏度有大于1.5的灵敏度。 5 结束语 理论分析表明，铁路牵引变采用V/X接线，使得电源侧变电所220kV线路距离保护在铁路牵引变发生短路故障时，该保护相间、接地阻抗元件的测量阻抗远远小于电网中常规变压器发生短路故障时的测量阻抗，应引起各继电保护整定计算人员的重视，从而防止继电保护误整定和220kV线路距离保护越级跳闸事故的发生。需要指出，推导的结论，对V/X接线铁路牵引变压器采用110kV和220kV及以上电压等级的供电网络同样适用。 参考文献 [1]GB-14285,继电保护和安全自动装置技术［S］. GB-14285,Technical regulation of relay protection and safe automatic device［S］. [2]DL/T 584-2007,3～110 kV电网继电保护运行整定规程［S］. DL/T 584-2007,Operating regulations of relay protection in 3～110 kV electric network［S］. [3]DL/T 594-2007, 220～750 kV电网继电保护运行整定规程［S］. DL/ T 594-2007,Operating regulations of relay protection in 220～750 kV electric network［S］. [4].崔家佩等.电力系统继电保护与安全自动装置整定计算［M］.中国电力出版社.2003.6 [4] Cui Jia-pei, etc. Setting-calculation of Relay Protection and Automatic Security Device of Power System [M ]. China Electric Power Press, 2003.6 [5] 杨振龙. V/X接线与Scott接线牵引变压器的工程应用比较［J］.电气化铁道.2006.03，4-7 [5] Yang Zhen-long. Comparison Between Engineering Application of V/X Wiring and Scott Wiring Traction Transformer［J］. Electric Railway. 2006.03，4-7 [6] 王慧芳, 何奔腾.电气化铁路负荷最大电流突变量的估算方法［J］.电力系统自动化.2008.9，79-82，103 [6] Wang Hui-fang, He Ben-teng. Calculation Method of Maximal Current Mutation in Electrical Railway Load［J］. Automation of Electric Power Systems.2008.9，79-82，103 作者简介： 1、汤大海(1963-)，男，江苏镇江人，本科毕业，高级工程师/高级技师，江苏省电力公司工程技术类三级专家，从事电网继电保护运行管理工作。 2、严国平（1965-），男，江苏常州人，本科毕业，高级工程师，江苏省电力公司电力调度中心继电保护处处长，江苏省电力公司工程技术类三级专家，从事电网继电保护运行管理工作。 _1318750787.unknown _1318770514.unknown _1318917472.unknown _1326011080.unknown _1326020401.unknown _1326020484.unknown _1326020495.unknown _1326020528.unknown _1326020464.unknown _1326011095.unknown _1326010669.unknown _1326011063.unknown _1326010539.unknown _1326010576.unknown _1318917499.unknown _1318917337.unknown _1318917403.unknown _1318917438.unknown _1318917385.unknown _1318878204.unknown _1318917277.unknown _1318917291.unknown _1318879328.unknown _1318771361.unknown _1318878190.unknown _1318771903.unknown _1318771352.unknown _1318765875.unknown _1318767765.unknown _1318770326.unknown _1318770398.unknown _1318770303.unknown _1318766014.unknown _1318767728.unknown _1318767661.unknown _1318765904.unknown _1318752387.unknown _1318752416.unknown _1318764936.unknown _1318752403.unknown _1318750808.unknown _1318752378.unknown _1318750797.unknown _1318608876.unknown _1318655945.unknown _1318661626.unknown _1318750766.unknown _1318750777.unknown _1318750752.unknown _1318656156.unknown _1318656193.unknown _1318658265.unknown _1318658285.unknown _1318656217.unknown _1318656174.unknown _1318656015.unknown _1318656029.unknown _1318656005.unknown _1318612724.unknown _1318615749.unknown _1318616503.unknown _1318655913.unknown _1318655928.unknown _1318616932.unknown _1318616890.unknown _1318615890.unknown _1318616380.unknown _1318615761.unknown _1318615251.unknown _1318615452.unknown _1318615562.unknown _1318615637.unknown _1318614739.unknown _1318614889.unknown _1318615120.unknown _1318613468.unknown _1318612196.unknown _1318612391.unknown _1318611815.unknown _1318405201.unknown _1318406308.unknown _1318423446.unknown _1318423626.unknown _1318607654.unknown _1318608343.unknown _1318608665.unknown _1318608020.unknown _1318607297.unknown _1318488116.unknown _1318423510.unknown _1318423537.unknown _1318423484.unknown _1318421160.unknown _1318423364.unknown _1318421111.unknown _1318405995.unknown _1318406031.unknown _1318406243.unknown _1318406244.unknown _1318406299.unknown _1318406095.unknown _1318406019.unknown _1318405330.unknown _1318405876.unknown _1318405877.unknown _1318405912.unknown _1318405686.unknown _1318405286.unknown _1318404125.unknown _1318404177.unknown _1318404237.unknown _1318404176.unknown _1318403023.unknown _1318403201.unknown _1318403222.unknown _1318403234.unknown _1318404124.unknown _1318403207.unknown _1318403093.unknown _1318403200.unknown _1318403199.unknown _1318403076.unknown _1318402946.unknown _1318402991.unknown _1318402841.unknown