电气化铁路继电保护矢量智能分析技术研究与探讨.pdf

152 EPEM 2023.7 下电力工程Electric Engineering电气化铁路继电保护矢量智能分析技术研究与探讨中国铁路兰州局集团有限公司嘉峪关供电段 王政彤 吴光龙 汤兴科 尤著龙摘要：针对变压器纵差保护在安装中的问题，设计一款以高低压侧电流互感器低压通电原理为基础的检测装置，通过与正确相量图和阈值进行比对判断接线是否正确，该设备能提升电气化铁路的安全和稳定性。关键词：继电保护；变压器；纵差保护目前，电气化铁路电力变压器均采用微机型综自保护装置作为其主保护，所有电气量通过二次接线在装置内部进行软件合成并计算，以此来判断是否发生故障。由此可见，变压器高低压两侧电流互感器的接线正确与否，直接影响到纵差保护的动作可靠性。由于微机保护装置型号的不同，从而增加了在具体二次接线时的复杂性和易错性。变电站新建、大修、预防性试验后，在投运前由于没有负荷，无法进行一二次回路极性、变比、流互压互接线方式的检查，传统的试验方法，忽略了动态检查和模拟实际运行的检查，无法检查一二次设备，以及整个回路的接线及极性的正确性。针对以上存在的问题，本文引入三相变压器连接组别、高低压侧电流互感器低压通电试验的概念及其测试方法，可在投运前有效地保证变压器纵差保护电流回路的接线正确，以及对测量、计量回路流互变比进行检测。利用实时测量得到的二次电流值、相位角、计算出流过差动保护装置电流差，并根据实时向量图来判断电流二次接线是否正确，从而确保设备安全和供电质量。1 铁路牵引变电设备的运行现状及问题分析目前，供电部分在监测方面存在一些问题，因为没有检测手段，所以无法监测电源质量。这导致在新建变电所现场只能使用发电机来提供电源，并且变压器的高压侧只能满足较低的电压等级，因此只能满足380V 的电源需求。这种非标准的电源质量存在零漂较大的风险。其次，由于电压等级较低，大型容量较大变压器，以及较大流互变比的设备的电量反映到二次侧并不容易检测。因此，现场使用的临时接地线连接电源也存在一定的安全风险。此外，接地线阻抗无法掌握其损耗的电源没有纳入到数据计算，造成二次电流检测不准确1。目前使用的方法能够实现电流检测，但现场工艺粗糙，缺乏规范性。电流检测的记录是依靠人工进行的，容易出现数据混乱和电流流向搞错的情况。在数据分析时，人工绘制向量图与标准向量图进行对比，但由于作图不规范，往往不能清楚地反映实际电流示意，而且会造成错误判断。此外，现场使用的毫安钳形电流表测量方式极不准确，电流流向测量效果不佳。铁路供电系统的牵引变压器和电力动力变压器接线组别形式繁多，在数据分析方面较为烦琐，缺乏数据记录功能，导致数据分析难度加大。因此，需要改进现有的监测方法，提高综合电源质量的监测和分析能力。2 伏安相位测试仪针对以上问题，该系统分析了现有的监测方法，设计了一种通电试验成套仪器，该仪器将三相变压器、高低压侧电流互感器等组合在一起，利用低压通电的概念，以及测试方法来检测变压器纵差保护电流回路的接线是否正确，并对测量、计量回路流互变比进行检测。此次设计能够提供较大电压等级电源变换器，标准输入3.3kV、2.2kV、1.1kV 的正2023.7 下 EPEM 153电力工程Electric Engineering弦三相交流电源，从而提高检测数据的精准度。该系统利用相位钳形表实时测量得到的二次电流值及相位角，计算出流过差动保护装置电流差，并根据实时向量图进行判断电流二次接线是否正确，从而确保设备安全和供电质量。在试验时，仪器对数据进行记录并保存，以便在未来对数据进行分析和比对。同时，设计软件可解决型号和连接组别不同的牵引变压器的问题，并形成成熟的分析软件2。因此，该设计的通电试验成套仪器能够解决电源质量监测方面的问题，确保变压器纵差保护电流回路的接线和测量、计量回路流互变比的准确性，并且能够提供较大电压等级的电源变换器。这将在未来的工作中提高综合电源质量的监测和分析能力，为保证设备和供电质量提供更为可靠的保障。目前，在电气化铁路牵引变电所常用的变压器有 Y/-11，变配电所 YNdn0d11高中低变压器，Y/V 阻抗匹配平衡变，YN/A 平衡变，单相变，三相 V/V 变，SCOTT 接线等。所有变压器高、低压侧电流都为二次实际采集量不需要进行合成。但是该设备是将高、低压侧电流采集量进行向量合成，并显示在一个图上与标准向量图进行对比，以此得出结论。二次采集的高低压侧电流矢量值用图形表示出来，再进行矢量加减合成，例如 VV 牵引变压器以高压侧 A 相电压为参考3。变压器差动回路通电试验接线较简单，需将变压器中压侧、低压侧一次短接，高压侧加工频380V交流电压，电流互感器能采集到短路电流，其位置必须靠近低压侧线圈，用变压器本身的短路电流作为整个回路测试的电流。2.1 仪器组成仪器主要由8个电压互感器，8个电流互感器，1台测试仪主机，1台笔记本电脑，1套分析软件组成。2.2 仪器功能该仪器在变压器区外故障时实现的功能如下：电压、电流有效值实时显示；电压、电流波形手动、自动触发，记录分析；变比测试；核相功能（包括一次、二次）试验数据记录；绘制试验向量图并自动显示；按照铁路供电系统牵引变压器、电力动力变压器不同型号不同连接组别显示标准向量图；试验向量图与标准向量图比较分析；同一个流互采集的测量、计量、差动电流、保护电流，通过多个采集通道都可在仪器中显示，方便对比分析；根据变压器铭牌提供的阻抗电压等数据，能够自动计算试验电流，并且与测试的实际试验电流对比分析并设计误差范围。拓展功能：流互的特性试验、误差试验、二次负载测试、角差比差试验4。2.3 仪器技术参数单相电压互感器，并联安装在压互的二次侧，一 次 进 线1.5mm，线 长2m，二 次 出 线 为20.3mm，线长1m。电压测量范围为0150V，精度为0.2%。电流互感器电流测量范围10mA 至5A，测量精度0.2%，钳口直径8mm，直接卡在流互二次侧。测试仪主机，采用铝合金材质，电源输入 为 AC220V10%，尺 寸：49.828.217.7cm（长 宽 高），其电压、电流测量偏差0.5%，频率范围4555Hz，偏差0.01Hz，角度分辨率1.8，采样频率达到10000次/s，采用16路模拟量通道，8路开关量通道。（a）设备外观 （b）设备内部图1 测试仪主机外观及其内部模 拟 量 测 量 输 入 共16路 模 拟 量 测 量 通 道，1N-16N 表示116通道的信号地输入通道，116P表示116通道的信号正输入通道，其输入界面如图2（a）所示。开关量测量输入共8路开关量测量通道，18表示18通道的开入量输入通道，COM 为公共端子。开入量是内部有源节点，内部直流24V 供电，其界面如图2（b）所示。（a）模拟测量输入端 （b）开关量测量输入端图2 模拟量和开关量输入界面2.4 软件界面在电力系统中，电压电流的有效值显示界面较为重要，可帮助用户快速准确地获取电力系统的数据信息。同时，当出现告警信息时其显示界面也非常关键。告警信息的及时显示可帮助电力系统的操作者迅速发现问题，及时采取措施，避免事故的发生。154 EPEM 2023.7 下电力工程Electric Engineering3 伏安相位测试仪效果分析3.1 投入产出分析铁路供电系统变电所各类型变压器投运前的鉴定较为关键，能够保证变压器在后期的使用过程中可稳定运行。低压通电模拟实际运行状态可及时发现流互压互二次接线的相序和极性是否正确，以及流互压互一次、二次线圈是否存在匝间、层间短路以及变压器绕组分接头接触状态的问题，并对比差、变比进行鉴定。这些检测有助于及早发现变压器中潜在的问题，避免意外事故的发生。之后，对主导电回路各线夹、引线连接状态进行检测，旨在确保所有元器件的连接均正确无误。以上检测通过加压后在主变系统中理论计算值与实际测量值对比分析来判断设备状态，具有可靠性和严谨性。该电气试验系统性检测的空白已经被填补，通过前置鉴定可提前发现存在的问题，减少设备故障影响以及缺陷的扩大，从而为后续维护、修复工作提供了有价值的参考和依据。这些检测的价值不仅仅是在标准化方面，更加体现了其现场操作意义。对于提高铁路供电系统的稳定性和安全性具有重要意义，有利于保障人们的生命财产安全。在铁路供电系统中，变压器通电试验成套仪器是重要的工具。经过研发，该仪器的试验方法简单，操作人员的业务要求较低，所需的仪器设备数量也相对较少。特别是对于新建变电所，该设备能够减少交接试验工作量，提高设备验收质量。以变压器通电试验技术为例，该技术可将变压器纵差保护电流回路的接线正确性和测量、计量回路流互变比的准确性纳入新建、大修后牵引变电所交接试验项目，并出具相关合格试验报告制度。这一创新技术的应用填补了铁路供电系统变压器因设计、施工、改造和大修等方面因素造成的保护误动、拒动以及计量错误的空白。同时，该技术还可保证铁路供电的稳定，减少停电范围并防止事故扩大。因此，变压器通电试验成套仪器在铁路供电系统中具有重要地位，其应用能够提高设备验收质量，确保铁路供电的稳定性及安全性。同时，变压器通电试验技术的出现填补技术空白，解决现有技术中存在的问题。可以预见，在未来的工作中该仪器将继续发挥其重要的作用，为铁路供电系统的改进提供更为全面、可靠的保障。从而填补铁路供电系统变压器因设计、施工、改造、大修时流互变比设置、保护定值整定、二次接线错误等方面因素造成的保护误动、拒动以及计量错误的空白，同时保证铁路供电减少停电范围，防止事故扩大。3.2 财务评价通过该仪器的使用，铁路供电系统的故障率也将得到相应地降低，提高了设备的可靠性和安全性。因此，该项技术的研制对综自设备的安全可靠运行具有重要的意义，可惠及更广泛的用户群体，为铁路行业的改进提供坚实的技术支持。变压器通电试验成套仪器的研制成功对铁路供电系统的运行和维护都有着显著的作用。该设备的出现可有效解决因设备维修而产生的业务外包性费用，并且能够减少生产成本支出，从而提高了设备的维修效率和质量。3.3 综合效益分析变压器通电试验成套仪器的研制成功不仅可提高设备的安全可靠性，还可有效保障牵引变电所综合自动化系统的安全运行。该仪器能够提高设备电量数据检测的精度和准确性，这将有助于保障电气化铁路的优质和可靠的供电。因此，这一技术的应用将对铁路行业的发展和改进产生积极的影响。4 结语本文针对综合自动化继电保护装置中变压器纵差保护接线校验问题，设计了一款伏安相位测试仪，通过对比正确相量图与阈值进行分析，从而判断变压器二次侧保护设备接线是否正确。该设备能够实时测量得到的电流值，相量图及电流差，从而有效提高工作效率，避免设备因接线错误而导致继电保护装置无法正确动作，提高了设备安全性与可靠性，对现场工作以及设备验收具有重要意义。参考文献1 赵坤.如何提高牵引变电设备运行稳定性 J.新型工业化,2021,12.2 马会亮.铁路牵引变电设备安全稳定性提升措施探讨 J.设备管理与维修,2020,4.3 段伟涛.简析提高铁路牵引变电设备安全稳定运行对策 J.中国新通信,2019,20.4闵捷.浅谈铁路牵引变电设备安全稳定性优化 J.中国新技术新产品,2019,1.