摘要：电力贯通线是铁路电力供电系统的重要组成部分，是确保铁路行车信号等负荷正常运转的根本前提。为了实现通信条件不发达国家和地区电气化铁路电力贯通线路故障的快速切除与隔离，提出了一种不依赖通信通道的电气化铁路电力贯通线无通道保护方案。文章就此方案进行了阐述。
关键词：电气化铁路；电力贯通线；无通道保护
铁路电力贯通线一般采用线路首端电流保护实现贯通线路故障切除，造成故障切除后全线停电。为了缩短切除区间，提高铁路电力贯通线供电可靠性，可采用电力远动系统通过“四遥”技术确定并隔离故障区间。然而，在诸如非洲落后国家等通信技术欠发达地区，由于技术约束及外界因素干扰，并不具备采用通信技术实现铁路电力贯通线有选择性的故障区间隔离的技术条件与环境。为了克服这一难题，有必要提出不依赖通信的铁路电力贯通线故障区段自动隔离方案，作为铁路电力贯通线保护方案的一种补充方式，解决通信技术欠发达地区铁路电力贯通线路故障切除与隔离问题。
一、铁路电力贯通线无通道保护适应性分析
（一）无通道保护基本原理
无通道保护基于传统定时限保护，综合利用故障信号及断路器跳闸后造成的线路健全相电压电流二次扰动信号，在故障发生区间的一端断路器跳闸后加速另一端断路器跳闸，实现更快速、有选择性的故障隔离。在单电源辐射状线路中，为了实现故障发生后能够从两端完全切除故障，单断路器保护装置均需要根据故障方向判断故障发生位置投入对应保护模块，保护相对于故障点位于电源侧时，投入过电流OC（Over Current）保护和加速过电流AOC（Accelerated Over Current）保护，保护相对于故障位于负荷侧时，投入带方向的低电压DUV（Directional Under Voltage）保护和加速低压低流ADUCV（Acce-lerated Directional Under Currentunder Voltage）保护。
保护模块通过动作时限及动作逻辑的相互配合实现电力贯通全线保护。各保护模块在动作时限或加速动作时间窗内检测线路状态，如果符合保护判据则保护动作。如果OC保护模块在达到整定动作时限前检测到故障相电流恢复正常则保护返回，DUV保护模块在达到整定动作时限前检测到健全相无流则保护返回，AOC及ADUCV保护模块加速动作时间窗内加速判据不满足则保护返回。
（二）铁路电力贯通线无通道保护方案
考虑铁路电力贯通线“双电源结构单端供电运行”特点，需要根据潮流实际流向，配置2套独立的无通道保护，并分别按照实际供电电源端依照单电源辐射状线路无通道保护进行配置。因此需定义潮流正向及故障正向，并增加潮流方向元件及故障方向元件判别线路运行工况，据此选择对应保护出口。保护出口选择逻辑如图1所示。
图1铁路电力贯通线无通道保护出口选择逻辑
二、铁路电力贯通线改进无通道保护
（一）无通道保护改进方法
为缩短铁路电力贯通长线路故障时的停电范围，在采用无通道保护时，需要配置较多保护节点。按照故障隔离时长，可将线路大致均分为首段、中段及末段。线路首段DUV保护动作时限较短，故障通过DUV保护及AOC保护实现快速隔离；线路末段OC保护动作时限较短，故障通过OC保护及ADUCV保护实现快速隔离；但对于线路中段，由于DUV保护和OC保护的动作时限均较长，导致其故障隔离时间过长。
当前，故障测距法在输电线路保护中的应用已有研究，而对于铁路贯通长线路，在线路首段及末段可按照传统无通道保护配置实际动作的保护模式，对于线路中段，则可在各供电区间潮流上游侧配置带故障测距保护FLP（Fault Location Protection）模块加速保护动作，改进无通道保护。即线路中段发生故障时，位于潮流上游侧的FLP模块启动故障测距判断故障发生位置，从而判定是否加速保护动作，达到缩短线路中段故障隔离时长的目的。
（1）基于故障测距的FLP判据
FLP模块启动判据与OC保护模块相同，通过故障测距结果判断故障是否发生在FLP的保护范围内，若是则按照FLP的动作整定时限加速保护动作。具体动作判据为：
其中，Kdis为FLP可靠性系数；xdis为保护区间长度；Ldis为测距结果；Lset为FLP的整定值。
对于单端供电运行系统，各保护通过监测电压电流波形判断系统故障类型。
（2）FLP选择性分析
考虑故障测距误差，FLP可靠性系数Kdis可取为1.2，为保证保护选择性，FLP动作时限按从潮流下游至上游由小到大配置。对于FLP相邻潮流下游的ADUCV保护，在配合OC保护整定的动作时间窗τ的基础上，以FLP整定时间为基准的0.10s内再配置动作时间窗τ'。另外，应保证FLP与OC保护对应ADUCV保护加速动作时间窗τ与τ'互斥，避免ADUCV误动，FLP保护模块动作时限可整定为：
其中，Q为配置的FLP保护总数；q为配置FLP保护编号，由潮流实际流向的潮流上游向下游增大。
特别地，对于编号最大的FLP模块，即按照潮流实际流向排序的最后一个保护节点，为了避免因下一区间首端故障造成FLP误动，需要缩短该FLP模块的保护范围。因此，针对该FLP模块，可靠性系数Kdis取为0.8，相应供电区间末端故障则由OC保护按原整定时间动作实现故障隔离。
类似于其他保护模块投入整定原理，按照潮流实际流向，FLP模块也需按照实际配置2套独立模块。
（二）铁路电力贯通线改进无通道保护方案
在传统无通道保护的基础上，铁路电力贯通线无通道保护在线路中段保护配置了FLP模块，加速保护动作；另外，针对对称故障，在铁路电力贯通线首末两端的首个保护节点配置过电流速断IOC（Ins-tantaneous Over Current）保护，IOC模块根据潮流方向投入，实现从线路首端快速动作切除对称故障，设定IOC模块的动作时限为0．06s，IOC保护的启动判据为：
其中，IA，B，C为三相电流。
考虑铁路电力贯通长线路“双电源结构单端供电运行”特点，保护根据铁路电力贯通线潮流方向及故障方向自动选择保护出口。故障发生后，各保护按照改进无通道保护判据及动作时限，根据潮流方向及故障方向的判别结果选择保护出口，各保护出口选择逻辑如图2所示。
铁路电力贯通线发生故障时，各保护模块动作逻辑如图 7 所示。故障发生后，IOC 保护、FLP、OC保护和 DUV 保护模块监测故障信号是否满足保护判据，若满足，则保护启动，在达到动作时限后，保护动作、断路器跳开；对于 ADUCV 和 AOC 保护模块，保护模块在检测到启动判据满足后，在相应加速动作时间窗内检测线路健全相是否出现电流二次扰动信号或者无压无流信号，从而判别加速判据是否满足，若加速判据满足，则加速所在节点保护动作、断路器断开，实现故障完全隔离；故障被隔离后，未动作保护根据线路状态判别其他保护已经动作，则保护返回。
图2 路电力贯通线改进无通道保护出口选择逻辑
本文通过分析传统无通道保护在铁路电力贯通线的适应性，考虑铁路电力贯通线“双电源结构单端供电运行”特点，提出了利用单端故障测距技术加速保护动作的方法，改进了传统无通道保护，给出了适用于铁路电力贯通线的无通道保护自动投入方案，解决了传统无通道保护方案下铁路电力贯通长线路中段供电区间故障隔离时间过长的问题，实现不依赖于通信信道进行铁路电力贯通线故障区段的快速、准确隔离。文中提出的铁路电力贯通线无通道保护方案可作为铁路电力贯通线保护的补充方式，解决通信技术欠发达地区铁路电力贯通线路故障切除与隔离问题。
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论文作者:罗东北1,钱旭强2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第5期
论文发表时间:2019/5/24
标签：故障论文; 电力论文; 动作论文; 通道论文; 铁路论文; 线路论文; 模块论文; 《基层建设》2019年第5期论文;