李昌恒
中国铁路郑州局集团有限公司郑州高铁基础设施段 河南 郑州 450000
摘要：随着高速铁路客运专线的发展，对牵引供电臂网络保护的选择性和速度提出了更高的要求。如果高速铁路供电臂在机车运行过程中出现故障，可以通过分析网络系统故障信息来确定故障所在的供电电源。据此，在高速铁路网供电模式下，故障线路才能准确切除，以保护供电臂的运行，才能满足高速列车牵引稳定性和可靠性的要求。
关键词：供电臂；高速铁路；网络保护；方案分析
引言：电气化铁路牵引供电系统是电气化铁路运输中电力机车供电的重要组成部分。一旦发生差错，正常的交通运输系统就会受到严重干扰，造成巨大的经济损失和社会后果。这就要求高速铁路牵引电流系统安全稳定、优质不间断供电。当牵引系统发生故障时，实施故障的快速隔离和供电系统的自动重组，通过协调牵引变电所网络保护恢复供电。
1 分析传统保护方案的动作过程
高速铁路供电臂传统保护方案采用保护全并联 AT 供电方式。上下行 AT所和分区所通过 2 个断路器共用 1 台 AT 变压器，牵引变电所通过断路器 1GF、2GF 分别向上下行供电臂供电，当要越区供电时，通过分区所（SP）实现对供电臂的越区供电。断路器 1GF 和 2GF 跳闸，停止向上行供电臂供电，此时 AT 所和分区所的 AT 变压器检有压失败，分别断开断路器 3GF、4GF、5GF 和 6GF，随后，断路器 1GF 和 2GF 进行重合闸，故障所在线路（上行线路）重合闸失败，而非故障线路（下行线路）重合闸成功，恢复对下行线路的供电，接着 AT 变压器 AT2、AT4检有压成功，分别合上断路器 4GF和 6GF，AT 变压器正常投入工作。
通过以上分析，我们可以识别出传统保护系统的主要缺点。例如，如果一个供电臂在某一线段发生短路，供电臂容易发生故障。假设QF线段短路，则通过测量Q线和F线之间的电流差和Q线的电压来确定功率方向。如果短路发生在不同的短路点，则每个功率方向元件（方向角大于0，小于0定义为负方向）的结果为正方向和取1，无故障电源也将暂时停止供电。随着高速铁路的快速发展，列车运行速度也越来越快。这样的供电中断必然会影响其他列车的正常行车，甚至整个高铁的调度在传统的供电比保护方案中通过分离和抽出牵引网增加了电源开关的开闭次数，缩短了电源开关的使用寿命。此外，开关分合时可能发生故障，对整个高速铁路供电臂牵引网构成重大威胁。
2 开展高速铁路供电臂网络保护技术分析
高速铁路供电臂网络保护方案是电网保护的基本思想：当阻抗保护检测到供电臂故障时，通过专用网络将安装在AT 所、安装在Q、L、F线路上的元件所测得的电源方向信息应共用于专用线网络。如果在不同的短路点发生不同的短路故障（Q-L，Q-F，L-F），那么由变电站和区段中的功率方向元件测量的供电方向都是不同的。通过判断这些信息，可以找到错误所在的电源框架。最后，牵引发电厂向故障所在供电构架的电源开关发出跳闸信号，断开故障所在电网，同时打开变电所隔离开关，区间点可直接切断电源，不影响无中断电源的正常工作。
为了验证以上方案的可行性，首先对MATLAB模型进行仿真分析。例如，分析仿真图中完整的并联供电模式。仿真模型主要由供电模块、控制模块、AT岗位和专家岗位以及四个短路模块组成。控制模块可以为其确定线路长度，通过调整两个控制模块和短路模块，牵引变电所与所之间的不同点会发生不同类型的短路故障，模拟后桥与分区所仿真图供电方式完全并联，以验证仿真模型的准确性，首先模拟牵引物末端不同点发生短路故障时测得的阻抗图。
通过调整导体模块的长度参数，可以模拟不同点的短路故障，然后测量牵引基板出口电流开关处的阻抗值，得到阻抗特性和阻抗检测曲线。可以看到，随着距离的缩短，阻抗值逐渐减小。通过车站时，阻抗值增大，整个曲线饱和，从而检验整个牵引网仿真模型的准确性。在两个功率方向，元件应安装在截面的点和位置。动力转向元件的电流是Q线电流和F线电流（IKI）之间的差，从正向输入到变压器和从下线输入到变压器的方向变为正方向。动力转向元件在该段的点和处测量后，式中：供给臂上行链路牵引点和点（定义为短路1）、供给臂向下牵引点之间和点（定义为短路2），在发生短路错误（Q-L、Q-F、L-F）的情况下，在接线柱的供电臂上行链路与分区所之间（定义为短路点3）之间的供电臂上行链路与分区所之间（定义为短路点4），每个功率方向元件测得的功率方向分量编号如下：2在位置朝下，3在第4节中侧朝上，电源臂侧流入变压器A的方向为正。用同样的方法可以测得当供电臂发生 T-F 故障，不同短路点发生短路故障时每个功率方向元件
所测得的功率方向。
3 使用网络通信保护系统对高速铁路供电臂进行评估
变电所与供电调度中心采用以太网通信，为了实现牵引变电所，将AT所和分区所测得的信息通过以太网发送到牵引变电所，分析其网络通信拓扑图。AT之所以及分区所之间的信息共为了更好地保证高速铁路供电臂的正常运行，需要能够在网络保护系统的基础上定期通过评估来反映高速铁路供电臂的状态，经常性的对高速铁路供电臂的各个模块，如光模块的光强度和温度，以及高速铁路供电臂的实时供电电压进行维修和维护。它们是网络保护系统中最能够有效进行实时监控高速铁路供电臂运行评估的方法。使用网络保护系统对高速铁路供电臂进行评估能够显著提高高速铁路供电臂的稳定性。
例如，当发生停电或电压安全故障时，工作人员可以利用网络保护系统的实时监控功能，把高速铁路供电臂的运作信息，通过云端传递到系统中，在组织专业人员开会处理网络保护装置的正确动作来最大限度地减少对设备的损坏和对网络安全的不利影响。同时，电力公司在安装高速铁路供电臂时候，首先要以IEC51850为标准进行规范操作，工作人员不能仅仅以设备为中心，而是以整个高速铁路供电臂系统为中心，来保证高速铁路供电臂系统的调制，把“保护装置”转换为“保护系统”是横向网络保护系统的一种创新保护系统。在高速铁路供电臂网络保护方案分析中网络保护装置是保护供电臂安全的第一道防线。比较对于其他供电臂，高速铁路供电臂具有一定的稳定性，能够根据用户的实际使用情况，在供电过程中为用户提供充足的电源，大大降低了冗余用电量，保证了安全性和铁路运行过程中的稳定性。高速铁路供电臂可以安装一些低能耗的环保元件，这些装置不仅可以减少装置元件对多余电能的消耗，而且可以降低节能环保真正达到的成本。在实际运行中，高速铁路供电臂可以与网络保护系统连接，实时反映信息，如果出现错误，网络保护系统会自动开启编辑模式，并向高速铁路供电臂发出指令，以减少事故损失。
总结：目前，国内高速客运专线普遍采用全并联供电方式。在传统的保护方案中，牵引变电所、变电所和区间站点之间的信息不能真正共享。满足高速铁路保护速度和选择性的要求应运而生。高铁系统供电企业的网络保护方案在传统方案的基础上，实现各供电臂之间的信息交换。通过仿真验证了保护周期的准确性，满足高铁对供电可靠性的要求。
参考文献：
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