(中交机电工程局有限公司 北京 100088)
摘要：肯尼亚蒙内铁路是首条海外全中国标准铁路，沿线采用33kV架空电力贯通线作为主供电源通道，对电力配电所继电保护提出了较高要求。针对当地供电部门提出的反时限线路继电保护要求，分析电源侧及用电侧线路保护要求，提出33kV配电所电流线路保护方案。通过定时限与反时限方案的对比，说明选择反时限方案的原因。
关键字：线路保护，定时限，反时限
1 前言
肯尼亚蒙内铁路的电力配电系统完全采用中国标准建设。根据现行的国家铁路电力设计规范（TB10008-2015）第5.5.4条的规定，铁路沿线33kV电力贯通线路需设置相间电流速断、过电流及零序速断、过电流保护装置，并装设一次自动重合闸、备用电源自动投入装置。贯通配电线路采用微机型线路保护装置，保护装置的过电流保护采用定时限“电流—时间”曲线进行整定。在33kV配电所电源引入过程中，当地供电部门提出其为本工程提供的33kV供电线路过电流保护采用反时限“电流—时间”曲线进行整定，并要求铁路33kV配电所线路过电流保护与供电线路过电流保护相互配合。如何既满足铁路配电的安全、灵敏，又保证供电电网的安全、可靠，成为本工程33kV配电所继电保护整定工作需要研究及解决的关键问题。
2 供配电系统及保护配置
蒙内铁路33kV供配电系统主要由外部电源供电线路、配电所及铁路贯通配电线路组成，需针对供配电系统的特点合理配置保护。
2.1 供电系统保护配置
肯尼亚当地电力资源相对匮乏，采用33kV电压等级可以有效减少供电电源数量，铁路沿线每70km设置1处电力配电所，由供电部门提供1回架空供电线。本文以ATHI RIVER配电所为例进行分析：高压侧（33kV）最大系统正序短路阻抗0.65，最小系统正序短路阻抗0.95，最大系统零序短路阻抗1.47，最小系统零序短路阻抗1.22。本工程电力供电线路采用相间及零序电流短路保护装置。
2.2配电系统组成
本工程33kV配电系统主要由配电所及电力贯通线路两部分组成。电力贯通线作为站房动力、照明及通信、信号设备的主供电源通道，为了保证配电系统的稳定及故障的及时处理，需要配电所继电保护装置可靠、灵敏。根据继电保护功能需求，需对进线断路器，贯通馈线断路器分别设置短路电流保护，及时切除故障，保证配电线路安全。
2.3 电力贯通线保护配置
电力贯通线路采用架空敷设方式，主要故障为接地短路及相间短路。当地33kV供配电系统采用中性点直接接地方式，当贯通线发生接地短路或相间短路时，会产生较大的短路电流。针对故障电流的特点，分别设置二段式定时限电流保护。二段式相间电流保护分为过电流保护及无时限电流速断保护；过电流保护应躲过线路的过负荷电流Igh；无时限电流速断保护应躲过线路末端短路时的最大三相短路电流I2k3.max；为了保护线路全长，可以降低选择性的要求，靠自动重合闸装置补救。二段式零序电流保护分为零序过流I段保护及零序过流II段保护；零序过流I段保护应躲过线路单相接地短路电流IJD，Km为灵敏系数；零序过流I段保护应躲过其他线路接地短路时本线路供出的电容电流IC。
3 继电保护整定计算
参考工业与民用配电设计手册（第四版）第7.10章节的规定，继电保护装置上下级的动作应相互配合，以保证继电保护装置具有选择性。动作配合可以按电流幅值或动作时限进行。按动作电流幅值配合时，上下级保护装置的动作电流Iop之比大于1.1倍；按动作时限配合时，上下级保护装置的动作时限应有时限差值Δt，定时限保护之间的Δt1取0.4s，反时限保护之间的Δt2取0.4s，定时限保护与反时限保护之间的Δt3取0.5s。
3.1 电流定时限保护
蒙内铁路全线共设置7座电力配电所，本文以中间站ATHI RIVER配电所为例。配电所上级供电部门馈线采用相间及零序过流保护，相间过流保护参数为：一般反时限、电流率150%、时间常数0.25、电流变比400/1；相间过流保护，零序过流保护参数为：一般反时限、电流率20%、时间常数0.35、电流变比400/1。配电所内电力贯通馈线断路器采用定时限电流保护，与之配合，进线断路器采用定时限电流保护。相间及零序短路电流保护配合曲线：
如上图所示：L1、L2、L3曲线分别表示电力贯通馈线，配电所进线及电源馈线保护装置相间及零序过流动作曲线；Iop1、Iop2、Iop3表示相间及零序过电流保护装置一次动作电流；Δt1与Δt2表示上下级保护装置的动作时限差。经整定配合计算可知：
表3.1定时限相间过电流整定计算统计表
表3.2定时限零序过电流整定计算统计表
3.2 电流反时限保护
国际电工委员会（IEC）规定了三种电流曲线为常用曲线，用于反时限过电流保护，分别是：标准反时限、非常反时限、极端反时限。IEC标准反时限曲线特性的接近GL继电器“时间—电流”特性，且供电部门馈线保护采用标准反时限电流保护，配电所进线断路器采用标准反时限电流保护。由于肯尼亚当地33kV供电系统采用中性点直接接地系统，当铁路配电所进线断路器采用反时限曲线电流保护时，相间及零序短路电流保护配合曲线如下图：
如上图所示：L1、L2、L3曲线分别表示电力贯通馈线，配电所进线及电源馈线保护装置相间及零序过流动作曲线；Iop1、Iop2、Iop3表示相间及零序过电流保护装置一次动作电流；Δt1与Δt2表示上下级保护装置的动作时限差。经整定配合计算可知：
表3.3反时限相间过电流整定计算统计表
表3.4反时限零序过电流整定计算统计表
3.3 保护方案选择
通过对比分析定时限及反时限相间过流及零序过流整定计算表可知：配电所进线断路器反时限Iop整定值大于定时限Iop整定值，定时限整定配合的灵敏性优于反时限整定配合；反时限Δt计算值大于定时限Δt计算值，反时限整定配合的可靠性与选择性优于定时限整定配合。由于肯尼亚当地的电源稳定性及电源中性点接地方式限制，供电部门要求铁路用电单位可靠切除故障，以免造成事故范围扩大，影响区域电网的安全稳定。本工程全线采用南自线路继电保护装置，通过修改配电所线路继电保护装置电流保护“电流—时间”曲线类型，并进行相应参数整定，由定时限整定改为反时限整定，供电部门认可铁路33kV配电所电源进线采用电流反时限保护方案，顺利进行33kV配电所电源引入。
4 结论
通过对蒙内铁路33kV配电所继电保护整定配合的计算研究，分析铁路专用电力配电所进线断路器定时限电流保护与反时限电流保护的参数，结合电流保护配合曲线图，得出配电所断路器按照反时限相间电流保护及反时限零序保护整定更适合本工程的实际需求。经过蒙内铁路工程实践检验，配电所反时限保护方案得到肯尼亚当地供电部门的认可，为本区域同类型工程提供有益的参考及借鉴。
参考文献：
[1].国家铁路局.铁路电力设计规范.中国铁道出版社，2015
[2].中国电力企业联合会.电力装置的继电保护和自动装置设计规范.中国计划出版社，2008
[3].中国航空工业规划设计研究院有限公司.工业与民用配电设计手册（第四版）.中国电力出版社，2016
论文作者:王刚
论文发表刊物:《电力设备》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/11
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