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摘 要：牵引供电系统中接触网是向电力机车供电的重要设备，由于其结构复杂，发生故障的概率大，为了保障电气化铁路牵引供电系统安全、可靠运行，通常需设置馈线保护装置。馈线保护整定值的精确程度是保障装置可靠动作的一个重要方面，馈线保护整定计算需要大量的原始数据和复杂繁琐计算，是一个费时和重复性的工作，完全可以由计算机来完成整定计算工作。因此，设计一套软件能够保障整定计算更加精确，提高工作效率，保障馈线保护装置的可靠运行，提高牵引供电系统的可靠性具有重要的现实意义。

关键词：电气化铁路 牵引网 馈线保护 整定原则 模块设计

中图分类号：TM733 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）07（b）-0045-03

1 馈线保护整定计算思路

牵引网馈线保护整定计算程序的整体思路是将整个计算程序分成4个部分，每个部分为一个独立的子程序，能完成各自的设计计算任务。4个部分分别为3个子程序和1个整定计算程序，即阻抗计算、短路电流计算、牵引网电压损失计算和馈线保护整定计算。图1是牵引网馈线保护的计算程序流程图。

1.1 阻抗计算子程序

简单结构的牵引网由一根接触线和一根钢轨构成。已知接触线和钢轨的等效半径、及钢轨的距离，根据Carson理论，可以计算出接触线-地回路和轨-地回路单位长阻抗参数、及互阻抗。

链式悬挂接触线、承力索分别与地构成接触线-地回路，承力索-地回路。每个回路各有不同的自阻抗，两个回路间相互有互阻抗。

（1）接触网-地回路的自阻抗。

接触网-地回路由接触线-地回路和承力索-地回路并联组成。

接触线-地回路的自阻抗为：

①带回流线的链形悬挂供电方式。

带回流线的直接供电方式是我国最常用的供电方式，带回流线的链形悬挂的使用也最为广泛。阻抗计算时，可以参照前面的方法，将回流线-回路和钢轨-地回路看作一个当量导线-地回路进行计算，形成一个回流线+钢轨-地回路，然后计算此回路的自阻抗和互阻抗，在此不再进行详细的论述。

②复线牵引网阻抗计算模型。

可以将复线牵引网分解成上行接触网-地回路、下行接触网-地回路和钢轨-地回路，其中钢轨-地回路是由上行、下行的4根钢轨组成的，其计算过程不再叙述。

③模块设计思路。

以带回流线的直接供电方式为模板进行设计，提供接触线、承力索、回流线、钢轨等设备参数的输入，并提供单、复线的选择，自动计算出牵引网的单位阻抗。

1.2 馈线短路电流计算子程序模块设计

当短路故障发生时，不同的牵引变压器的短路电流算法是不相同的，接下来将分别加以论述。

（1）短路电流计算。

①单相（V/V）接线变压器。

当接地故障发生时，单相变压器电抗和牵引网阻抗相当于串联于短路回路中，故障阻抗相当于，可以求出稳态电流值为：

式（11）中、分别为系统正序和负序阻抗；为变压器电抗；为牵引网阻抗； kV，为二次侧绕组电势；、为归算到的系统正、负序综合电抗；为归算到的牵引变压器等效阻抗；在直接供电情况下，为变电所出口处所测得的牵引网等效短路阻抗。

②三相接线变压器（Y/Δ-11）。

当接地故障发生时，三相变压器的两相电抗和牵引网阻抗串联于短路回路中。相当于三相系统中故障阻抗为的两相短路，其稳态电流值为：

③三相-两相平衡变压器（SCOTT）。

当接地故障发生时，SCOTT变压器根据母线侧的基本方程可得其稳态电流值为：

（2）模块设计思路。

以带回流线的直接供电方式为模板进行设计，可以输入电力系统短路容量和系统电压、馈线阻抗、供电线阻抗、短路点距变电所距离等参数，提供牵引变压器类型选择，根据选择不同类型的牵引变压器将得出不同的运算结果。

1.3 牵引网电压损失计算子程序模块设计

根据国家标准《铁道干线电力牵引交流电压标准》的规定，铁道牵引变电所牵引侧母线上的额定电压为27.5 kV，自耦变压器供电方式为55 kV；电力机车受电弓和接触网的额定电压为25 kV，最高允许电压为29 kV，最低工作电压为20 kV，特殊情况电压不得低于19 kV。为了保证电力机车的正常运行，必须进行电压损失计算，以校核供电臂末端区间（或分区所母线）牵引网的最低电压，不得低于上述标准。该文以单线牵引网为计算模板。

（1）单线牵引网的电压损失计算。

如图2所示，已知各列车取流（A），功率因数角和距牵引变电所的距离li（km），又知牵引网单位长阻抗Ω/km。

其中，为供电臂中对应位置的列车的用电平均电流；为各用电列车与牵引变电所的距离；为仿力学中的力矩，在此称为电流矩。

（2）模块设计思路。

以带回流线的直接供电方式为模板进行设计，根据输入的供电臂长度、机车距变电所距离等参数，按照分开供电和并联供电的不同运行方式，通过计算可以自动计算出整个供电臂馈线电压损失的情况。

1.4 牵引网馈线保护整定计算模块设计

前面完成了牵引网阻抗计算、馈线短路电流计算、电压损失计算这3个子程序模块，牵引网馈线保护整定计算必须以上面3个计算结果为基础，只有这3个模块计算结果准确无误，才能确保提供的各种参数可靠，设计出的馈线保护整定计算模块才能体现其真正实用价值。

2 模块设计

设计出牵引网馈线保护的整定计算模块必须是基于阻抗计算模块、馈线短路电流计算模块、牵引网电压损失计算模块这3个结果，其程序包含以下内容。

设置阻抗保护范围，设定阻抗Ⅰ段、Ⅱ段、Ⅲ段计算的保护范围，还要根据是否有开闭所这种情况设置阻抗保护范围。这是该计算模块的基础和前提条件。馈线保护整定计算通过阻抗整定计算和电流整定计算的结果来设计，并效应灵敏度；还需根据供电方式（AT供电、BT供电或带回流线的直接供电方式等）输入必要的参数，选择单线或复线；根据要求输入前面已计算出来的阻抗值，依据规范输入可靠系数和动作时限等，最后通过该程序技能能得到所需结果。

参考文献

[1]李群湛，贺建闽.牵引供电系统分析[M].西南交通大学出版社，2010.

[2]贺威俊，简克良.电气化铁道供变电工程[M].北京：中国铁道出版社，1981.

[3]贺威俊，高仕斌.电气化铁路供变电技术[M].成都：西南交通大学出版社，1998.

[4]张保会，尹项根.电力系统继电保护[M].中国电力出版社，2010.

[5l于万聚.高速电气化铁路接触网[M].西南交通大学出版社，2003.