牽引變電站既有保護(hù)采用面向設(shè)備一對(duì)一的元件保護(hù)，其后備保護(hù)通常按階梯時(shí)限來整定，保護(hù)動(dòng)作時(shí)限長(zhǎng)，不能快速切除故障，同時(shí)不同元件的保護(hù)相互獨(dú)立，信息不共享，基于本地信息的保護(hù)決策也難以對(duì)各類故障做出*優(yōu)判斷，不能滿足目前高速鐵路對(duì)繼電保護(hù)更高、更嚴(yán)的要求。
針對(duì)既有保護(hù)的不足，借鑒電力系統(tǒng)層次化保護(hù)中的站域保護(hù)思想，本文探討了牽引變電站站域后備保護(hù)方案，并通過數(shù)字繼電保護(hù)測(cè)試儀PNF803、以太網(wǎng)交換機(jī)和PC機(jī)搭建的軟件測(cè)試平臺(tái)，對(duì)站域保護(hù)相關(guān)功能進(jìn)行測(cè)試。
保護(hù)誤動(dòng)作不能及時(shí)識(shí)別、閉鎖。當(dāng)牽引供電系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，饋線可能會(huì)出現(xiàn)過電流等非正常的運(yùn)行狀態(tài)，導(dǎo)致相應(yīng)母線誤動(dòng)作。
由上可知，基于信息共享的新型保護(hù)研究具有實(shí)際意義。本文探討的牽引變電站站域后備保護(hù)也是基于該思想。
1 既有保護(hù)方案及分析
典型牽引變電站保護(hù)裝置配置如表1。
表1中保護(hù)裝置能夠滿足牽引變電站基本運(yùn)行要求，但由于各保護(hù)裝置彼此間相互獨(dú)立，缺乏有效協(xié)調(diào)，存在一定的不足：
（1）后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)限長(zhǎng)，不能實(shí)現(xiàn)某些故障的快速切除。如27.5kV側(cè)低電壓?jiǎn)?dòng)過電流保護(hù)，該保護(hù)是牽引變壓器的后備保護(hù)，同時(shí)也是相應(yīng)饋線的遠(yuǎn)后備保護(hù)，因此，其動(dòng)作時(shí)限比饋線保護(hù)*長(zhǎng)時(shí)限還要高出一個(gè)?t。當(dāng)饋線發(fā)生故障且饋線主保護(hù)拒動(dòng)時(shí)，低壓側(cè)低電壓?jiǎn)?dòng)過電流保護(hù)將切除故障，但是按照整定時(shí)限，其往往要過1s左右才動(dòng)作，動(dòng)作時(shí)限長(zhǎng)，不能實(shí)現(xiàn)故障的快速切除。
（2）保護(hù)裝置缺乏全局信息，缺乏對(duì)某些故障的快速識(shí)別。如：牽引網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，饋線保護(hù)不能識(shí)別出故障供電臂，因而兩條供電臂都會(huì)暫時(shí)先斷電，擴(kuò)大了停電范圍；當(dāng)牽引網(wǎng)出現(xiàn)異相短路時(shí)，單個(gè)IED的保護(hù)不能快速識(shí)別出該故障。
（3）當(dāng)斷路器失靈時(shí)，上級(jí)斷路器在檢測(cè)到故障時(shí)，可以跳閘切除故障，一般要延時(shí)0.4～0.5s，動(dòng)作時(shí)間長(zhǎng)。
（4）保護(hù)誤動(dòng)作不能及時(shí)識(shí)別、閉鎖。當(dāng)牽引供電系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，饋線可能會(huì)出現(xiàn)過電流等非正常的運(yùn)行狀態(tài)，導(dǎo)致相應(yīng)母線誤動(dòng)作。
由上可知，基于信息共享的新型保護(hù)研究具有實(shí)際意義。本文探討的牽引變電站站域后備保護(hù)也是基于該思想。
2 牽引變電站站域后備保護(hù)方案
2.1 站域后備保護(hù)的冗余信息
站域保護(hù)是指面向牽引變電站，能夠獲得覆蓋整個(gè)牽引變電站各個(gè)方面的信息，可以利用共享信息進(jìn)行綜合判斷、集中決策，實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)就地層保護(hù)的冗余，同時(shí)也作為廣域保護(hù)的子站。站域后備保護(hù)的冗余信息如圖1所示。
為獲得牽引變電站全站的信息，需要對(duì)其合并單元和智能單元進(jìn)行配置，可參考電力系統(tǒng)智能變電站中采用的間隔配置方法。
2.2 站域后備保護(hù)中的新型保護(hù)功能
牽引變電站站域后備保護(hù)基于全站共享的冗余信息，其整體保護(hù)配置如表2。
從表2知，牽引變電站站域后備保護(hù)不僅配置了牽引供電系統(tǒng)應(yīng)用成熟的保護(hù)原理，同時(shí)也考慮了基于站域信息的新型保護(hù)功能。
3 站域后備保護(hù)功能驗(yàn)證測(cè)試
3.1 測(cè)試平臺(tái)的構(gòu)建
采用智能繼電保護(hù)測(cè)試儀PNF803來搭建測(cè)試環(huán)境，主要包括1臺(tái)繼電保護(hù)測(cè)試儀PNF803；2臺(tái)PC機(jī)，一臺(tái)用于運(yùn)行保護(hù)測(cè)試儀PNF803的Power Test，一臺(tái)用于運(yùn)行保護(hù)程序；1臺(tái)以太網(wǎng)交換機(jī)；1臺(tái)光電轉(zhuǎn)換器。
3.2 母線快速保護(hù)功能測(cè)試
以某牽引變電站的計(jì)算參數(shù)為基礎(chǔ)：牽引變壓器容量為40000kVA，高壓側(cè)母線電壓為220kV，高壓側(cè)三相額定電流分別為181.82A、314.92A、181.82A，低壓側(cè)母線額定電壓為27.5kV，低壓側(cè)母線*低工作電壓22kV，低壓側(cè)α相、β相額定電流為1454.55A、1454.55A，牽引變壓器高壓側(cè)、低壓側(cè)CT接線系數(shù)均為1，牽引變壓器高壓側(cè)CT、PT變比分別為500、2200，牽引變壓器低壓側(cè)CT、PT變比分別為2500、275，差流速斷保護(hù)可靠系數(shù)為1.20，過電流保護(hù)的可靠系數(shù)為1.20，低電壓保護(hù)返回系數(shù)為1.05。
運(yùn)行保護(hù)程序，運(yùn)行結(jié)果如圖2，跳閘信息以GOOSE形式發(fā)送出去。
從測(cè)試結(jié)果看出，當(dāng)母線發(fā)生故障時(shí)，母線快速保護(hù)啟動(dòng)自身低電壓過電流保護(hù)判別，若該判別成立且沒有收到相應(yīng)饋線主保護(hù)的動(dòng)作信號(hào)時(shí)，迅速判斷出母線故障，經(jīng)整定時(shí)限，母線保護(hù)在啟動(dòng)后0.1s實(shí)現(xiàn)保護(hù)出口，發(fā)出相應(yīng)跳閘信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了母線快速保護(hù)。
結(jié)論：隨著技術(shù)發(fā)展，不同間隔間實(shí)現(xiàn)了信息共享，如何有效利用共享的信息研究新的保護(hù)方案及保護(hù)算法，對(duì)牽引供電系統(tǒng)繼電保護(hù)來說是一件有實(shí)際意義的工作。站域后備保護(hù)配置集中后備保護(hù)，可以利用站域信息快速判斷故障，可以避免既有繼電保護(hù)中多個(gè)后備保護(hù)間的相互配合，將后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)間由既有1s及以上縮短到0.2s，實(shí)現(xiàn)快速后備保護(hù)。同時(shí)，基于站域信息的新型保護(hù)功能應(yīng)用對(duì)于牽引變電所安全可靠運(yùn)行提供更有力的保障。
