巫有丰
中国铁路上海局集团有限公司调度所 上海市 200000
摘 要：基于传统牵引变电所亭综合自动化系统技术,结合普速铁路徐州枢纽及云台山地区牵引变电设备运营实际情况,对普速铁路复杂地区广域测控保护系统的应用以及相关原理进行分析探讨,从现有的保护配置出发，结合跳闸实例重点探讨广域测控保护系统在普速供电区段中的以供电臂为单元的继电保护技术的研究与应用,提高普速铁路复杂供电区段供电稳定性。
关键词：铁路供电；广域保护；
0 引言
随着我国铁路建设近年来取得得巨大成就，对铁路牵引供电技术的发展也提出了更高的要求。牵引供电系统发生故障时会中断机车供电，导致列车停运，严重扰乱铁路正常运输秩序。这一矛盾在普速铁路枢纽地区体现尤为突出，主要表现在两个方面，其一枢纽地区铁路线路多，相应供电设备复杂，供电关系层层关联；其二枢纽地区车流量大，供电故障停车后影响巨大。
1 现状
上海局管内京沪线和陇海线交汇于徐州，给徐州枢纽铁路供电的徐州北牵引变电所下辖28个供电单元（臂）。其中徐州北至高家营间京沪上下行正线分为6个供电单元，这六个供电单元两个为一组呈递阶关系由上级向下级供电。某一次下级供电单元因异物引起故障，未及触发本级供电单元保护断路器出口动作，造成上级供电单元越级跳闸，追踪原因为上级断路器高阻一段保护时限未能躲过下级断路器故障出口时间。
这突出了传统保护选择性差的弊端。当电网整体复杂度较高时，传统的保护方式相互配合非常困难，有时不得不牺牲选择性来保证电网快速性及灵敏性要求，切除了非故障元件，从而扩大了故障范围。不仅如此传统保护采集的是就地信息，不同所亭存在时钟不一致情况，故障发生到切除时间有可能小于其时钟之间的误差，故其上传故障信息中保护动作时刻的先后顺序不俱有参考性，一定程度上影响了后期人工干预的判断。
陇海线云台山地区情况恰好相反。陇海341、342两个供电单元不仅给陇海上下行正线供电，还下带三个开闭所，每个开闭所又带有多条支路，并存在长期越区供电方式。上级341供电单元电流增量保护时限为躲开下级供电单元保护时限由传统的700毫秒增加至1300毫秒。
这种以牺牲时间为代价的传统保护与继电保护的速动性要求相背离。牺牲速动性来保证选择性，在电流增量保护中，尤其是电力机车问题造成的电流增量保护动作，若不能以最快速度切除，存在对电力机车产生衍生故障的可能。
基于目前普速铁路继电保护现状，有必要采用一种新型的保护机制，在原有保护的基础上能够更快更准确的切除故障，保障铁路供电。
2 广域保护
广域继电保护是近几年来国内外学者研究的热点。其算法遵循以下几个原则：①利用尽可能少的信息来判断故障；②所使用的信息越简洁越好；③算法及故障判断越简单越好；④能处理各种故障及不正常运行情况。
从以上原则就可看出广域保护的出发点就是更快，在理想状态下，断路器切除故障的时间延迟仅受信息传递时间的影响，更准确的保护供电设备。
广域保护算法的关键在于确保其动作所需信息的高效可靠传递，核心是纵差保护原则。
普速枢纽地区的供电设备，以其供电臂为一个保护单元来分析，此保护单元内不仅仅是双边电源供电的关系，还有附加的多个下级供电单元，这就需要在广域差动保护的基础上扩展为广域多端差动保护。其原理与普通差动保护相同，都是依据基尔霍夫电流定律，在这里拿3端系统举例说明。
可以将一个T节点等效视为一个放大了的节点，当保护区外故障时，所有被保护的线路流过的电流之和即差动电流为0，当保护区内故障时，差动电流就是故障电流。
3 实际应用
由于铁路负荷是阶段性持续的重负荷，并非24小时不间断的稳定负荷，与传统负荷存在区别，需要在传统稳态量差动保护的基础上增加动态分量差动保护。下面以传统上下行正线首段牵引所末端分区所的保护为例
⑴稳态量差动保护动作判断依据：
① ?m ＋ n?＞Idz
② ?m ＋ n?＞k?m－ n?
式中m、n是线路两侧工频电流，Idz是差动保护整定值，差动保护整定值按照供电臂内最大负荷电流整定，k是制动系数，在故障初始阶段，为避开外故障暂态过程k＞1，在问题变化到稳定态后，k＜1。式①为保护行为的辅助判定条件，旨在避免误动作；式②为保护主判定条件，两式同时达到时保护行为就是跳闸。
在外部故障时，?m ＋ n?接近于零，而?m－ n?很大，故不满足判据，有效地躲过了区外故障保护可能的误动作。区内故障时，?m ＋ n?很大，而?m－ n?接近于零，使保护能可靠动作。
⑵动态分量电流差动保护动作判据：
①?△m ＋△ n?＞△Idz
②?△m ＋△ n?＞k?△m -△ n?
式中△m 、△ n为线路两侧工频电流瞬时变化量，△Idz为差动保护定值。按照单辆机车最大运行电流整定，k为制动系数。式①为保护动作的辅助判定条件，式②为主要判定条件，两种条件同时产生时保护动作跳闸。
结合动态分量电流差动保护有效地弥补了机车负荷瞬时性带来的继电保护动作范围盲区的缺陷。
由于在正常情况下，线路对地容性电流和线路之间互感电流相较于单辆机车最大运行电流相对较小，更是远小于线路最大负荷电流，所以文中整定系数暂未考虑此因素。
4 总结
本文基于普速铁路枢纽地区供电关系复杂、继电保护配置配合困难的现状，提出了广域保护在普速铁路中的应用的构想。并结合铁路负荷特点，简要说明了以供电臂为单元的广域保护算法整定的思路。该构想在通讯硬件设施全面升级，网络通讯速度全面提高之后对普速铁路供电的稳定性具有重要的现实意义与应用价值。