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摘要：在牵引供电系统中为使电力系统三相负荷对称，各变电所之间采用相序轮换的方式供电。为保证变电所之间的电气隔离，一般每隔20～30 km，在牵引变电所处和两变电所之间装设电分相装置。如果采用普速铁路的方式通过电分相．动车组每次通过电分相时需要将主断路器分闸一段时间，以断开与牵引网的电连接防止产生异相短路故障。这会使动车组在通过电分相时短时失去动力，不利于高速行车。
关键词：CRH3型动车组牵引变压器差动保护防范措施
前言：因此，随着列车速度的大幅提高，高速铁路将全面采用地面开关自动切换方式，动车组将不分闸通过电分相。动车组在运行过程中频繁地通过牵引供电接触网各个供电段之间的电分相装置，地面配合开关相应地频繁切换，这个过程中接触网一动车组一电分相系统的电气参数不断地改变，电力机车、牵引供电接触网和电分相系统的状态持续变化。必然产生电压、电流等电磁参量变化复杂的电气过程，可能会引起牵引变电所保护不正确动作．这些问题将给动车组的正常运行和运营部门的工作造成巨大的困难，严重地影响到电气化铁路的安全运营。
一、CＲH3 型动车组牵引系统配置
CＲH380BL 为16 辆编组的动力分散式动车组，由4 个牵引单元组成，每4 辆车构成1 个牵引单元。每个牵引单元由2 个变流器车、1 个变压器车和1 个中间车组成，动车组编组及牵引系统配置。
二、CRH3型动车组牵引变压器差动保护产生原因分析
1.牵引变压器及电流互感器主要技术参数。牵引变压器由1 个一次侧高压绕组（HV）、4个二次侧牵引绕组（TW1—TW4）构成，采用油循环、强迫风冷方式。牵引变压器设有防止冷却回路中热过载的温度监测、油流监测以及检测一次侧绕组接地故障的隔离监测（即差动保护）。其主要参数如下。网压（50 Hz）/kV 25一次侧绕组额定容量/kVA 5 644，一次侧绕组额定电流/A 226，二次侧绕组额定容量（每组）/kVA 1 411，二次侧绕组额定电压/V 1 551二次侧绕组额定电流（每组）/A 910用于牵引变压器电流监控的电流互感器为直通式互感器。10-T04 电流互感器位于主变压器车车顶，用于监控牵引变压器输入电流；10-T05 回流电流互感器位于主变压器接地回流端，用于监控牵引变压器输出电流。根据两个电流之间的差值，动车控制系统可以检测主变压器出现的接地故障。
2.牵引变压器差动保护原理及产生原因。差动保护是根据基尔霍夫电流定理“电路中流入节点电流的总和等于零”原理设计的。差动保护把被保护的电气设备（牵引变压器）看成是一个节点，那么正常时流进被保护设备的电流和流出的电流相等，差动电流等于零。当设备出现故障时，流进被保护设备的电流和流出的电流不相等，差动电流大于零。当差动电流大于差动保护装置的设定值时，差动保护动作，断开故障设备电源，将被保护设备进行隔离。，二次电流波形和数值严重失真不能准确反映一次电流波形，直至退出饱和：而由于牵引变压器对稳态周期分量和非周期分量传变特性的不同，两侧非周期分量呈现较大差别，牵引变压器高压侧电流波形非周期含量要远低于低压侧电流高压侧。牵引变压器高压侧电流非周期分量所占比例很少，波形几乎不发生畸变，其周期分量几乎等于高压侧TA额定值，因此高压侧TA能够线性传变，二次电流值可以反映一次电流大小，波形几乎不出现二次电流不会有太大失真。
按基尔霍夫回路电流法原理，把牵引变压器两侧电流互感器二次线圈接成环流，变压器正常运行或外部故障，如果忽略不平衡电流，在两个互感器的二次回路臂上没有差动电流流入差动保护检测回路KD，当电流大于动作电流时，CCU（中央控制单元）控制主断路器断开。差动保护产生的主要原因为牵引变压器内部或差动电流保护回路产生不平衡电流。不平衡电流的产生有稳态和暂态二方面。稳态不平衡电流产生的原因：（1）牵引单元间干线电流互感器与本牵引单元输入电流互感器检测差异；（2）变压器输入与输出电流互感器实际变比差异；（3）变压器内部匝间出现故障时，流过短路环的电流很大，导致差动保护起作用；（4）差动电流回路产生不平衡电流。暂态不平衡电流主要原因：一般情况下变压器工作在线性区域，变压器铁芯没有饱和，其励磁电流很小，但在一些过渡过程中（包括变压器空载投入电源或外部故障切除后，电压恢复时产生的励磁涌流），变压器铁芯容易在暂态过程中饱和，产生几倍或几十倍额定电流的励磁涌流，引起差动保护。
3.防范措施。动车组与牵引单元电流互感器检测差异，尾部司机室01 车报故障代码：632C（CCU1 线电流差动保护）、6340（CCU2 线电流差动保护），导致02车产生故障代码：63CE（隔离开关锁闭），司机操作紧急停车。其差动保通过逻辑分析可知，主控端司机室CCU 同时监测本单元线电流和相邻单元牵引变压器的电流值，当检测到网流与两个牵引变压器的电流之和的差值大于60 A，延时3 s 后，报代码632C 和6340。为了对高压系统进行保护，CCU 将立即请求降弓分主断，并打开及封锁相邻单元的两个高压隔离开关，阻止其闭合，产生代码63CE，提示司机高压隔离开关已封锁。牵引单元间干线电流互感器额定电流为500 A，实际变比为500∶ 1，当检测的电流接近500 A 时（故障时电流为482 A），电流互感器将会出现磁滞现象，与此同时，若接触网的电压谐波波动也很大，则会导致互感器检测异常，差动保护误动作。此类问题主要由于在同一运行区间内，多辆动车组进行电制动，回馈接触网电流，导致接触网的谐波增大造成。因此，在动车组运行时，动车组司机需要通过HMI（人机界面）密切监视运行区间的接触网网压，及时发现接触网网压异常波动，采取适当的降速或限流措施。一般均与计算变比不完全一致，而且各变压器的变比也不可能完全相同，因此在差动保护回路又会引起不平衡电流。这种由于变比选择不完全合适而引起的不平衡电流，可以考虑采用带小气隙的电流互感器。这种电流互感器铁芯的剩磁较小，在一次侧电流较大的情况下，电流互感器不容易饱和。因而励磁电流较小，有利于减小不平衡电流。同时也改善了电流互感器的暂态特性。变压器内部存在轻微匝间放电形成短路环时，流过短路环的电流很大，导致差动保护起作用。鉴于此类问题多发生在运用或检修中，因此在运用中需要定期抽取变压器油进行油谱分析；在变压器检修中，加强对变压器绕组间及其对地的绝缘测试，同时将运用中油谱分析汇总形成谱系图，掌握变压器内部绕组、变压器油的变化规律。以此防范内部匝间绝缘不良导致的内部局部放电的现象。此类问题主要由于差动电流检测回路中检测线路、22-A10 电阻等原因造成。对于检测线路导致差动电流检测回路产生不平衡电流的问题，在进行调试试验时，将检测线路的导通、耐压试验作为专检项点，重点检查；对于22-A10 电阻导致差动电流检测回路产生不平衡电流的问题，针对22-A10 电阻的安装结构，增加防护盖，避免异物进入电阻盒，造成差动保护误动作。
结束语：高速铁路网的迅速建设，使得电动车组运行的数量越来越多，这对作为牵引变压器主要保护功能的差动保护提出了更高的要求。文中对引起差动保护的稳态不平衡电流产生的原因进行了分析，针对不同原因，提出的相应改善和防范措施，可减少事故的发生，从而进一步保证牵引变压器及牵引高压系统的安全稳定运行。
参考文献：
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