牵引主变倒闸切换装置电压判据适应性研究

0引言

电源快速切换技术已经在电厂、石化等领域广泛应用[1—4],近年来,随着电气化铁路的高速发展,主变倒闸切换操作困难的问题日益突出[5—6],基于此技术的铁路牵引主变倒闸切换装置已经在部分铁路局应用[7],并且采用并联切换时序进行主变倒闸切换操作[7],但在某些牵引主变接线方式下,如scott接线时,现有电压判据对于牵引主变倒闸切换装置已不再适用,甚至会使牵引主变倒闸切换装置被闭锁。因此,有必要对不同主接线的牵引主变电压特性进行研究分析,并提出合理的电压判据。

1 主变倒闸切换装置基本工作原理

1.1 主变倒闸切换装置电压接入方案

如图1所示,变压器1T、2T的220 kV侧两段母线配置两个电压互感器1TV、2TV,其二次电压接入主变倒闸切换装置(以下简称“装置”),用U●L1、U●L2表示。主变低压侧27.5kV母线配置两个电压互感器3TV、4TV,其二次电压接入装置,用U●T1、U●T2表示。用U●B表示27.5 kV母线电压U●T1、U●T2。

1.2 主变倒闸切换装置现有电压判据

装置充电用于判别当前运行状态,27.5 kV母线需要满足有压判据且无母线PT断线发生。母线有压的现有判据为母线三相均有压,母线PT断线判据为以下任一条件:

1)L≥无流定值,且U●B≤30 V;

2)U●B2≥8 V。

上式中,L为主变低压分支电流有效值,U●B为27.5 kV母线最小线电压有效值,U●B2为27.5 kV母线负序电压有效值。如不满足母线三相有压或存在PT断线闭锁,则装置无法充电,无法正常进行倒闸切换操作。

2 牵引主变电压特性分析

2.1 牵引主变V/V接线方式

如图2所示,牵引主变为V/V接线方式时,两个供电臂的电压分别为U●ab、U●cb ,27.5kV母线电压U●a、U●b、U●c分别接入装置的V●a、V●b、V●c 电压端子,且U●b为地公共端,此时母线线电压V●ab、V●bc、V●ca及负序电压V●2如下:

由上式可知,V/V接线方式下装置满足母线V●ab、V●bc、V●ca均有压条件,负序电压V●2为0,不会判别为PT断线。因此,装置可正常充电,能正常工作。

2.2 牵引主变V/X接线方式

如图3所示,牵引主变为V/X接线方式时,四个供电臂的电压分别为U●T1、U●F1、U●T2、U●F2,27.5 kV母线电压U●T1、U●n、U●T2分别接入装置的V●a、V●b、V●c 电压端子,此时母线线电压V●ab、V●bc、V●ca及负序电压V●2如下:

由上式可知,V/X接线方式下装置满足母线有压条件,负序电压为0,不会判别为PT断线,装置可正常充电,能正常工作。

2.3 牵引主变yn/D—11接线方式

如图4所示,牵引主变为yn/D—11接线方式时,两个供电臂的电压分别为U●ac、U●bc,27.5kV母线电压U●a、U●b、U●c分别接入装置的V●a、V●b、V●c 电压端子,且U●c为地公共端,此时母线线电压V●ab、V●bc、V●ca及负序电压V●2如下:

由上式可知,yn/D—11接线方式下装置满足母线电压均有压条件,负序电压为0,不会判别为PT断线。因此,装置可正常充电,能正常工作。

2.4 牵引主变scott接线方式

如图5所示,scott接线牵引变实际上是由两台单相变压器按规定连接而成,一台单相变压器的一次绕组两端引出,分别接到三相电力系统的A、B两相,称为M座变压器,另一台单相变压器的一次绕组一端引出,接到三相电力系统中的C相,另一端接到M座变压器一次绕组的中点O,称为T座变压器。

牵引主变为scott接线方式时,两个供电臂的电压分别为U●α、U●β,27.5 kV母线电压U●α、U●n、U●β分别接入装置的V●a、V●b、V●c 电压端子,此时母线线电压V●ab、V●bc、V●ca及负序电压V●2如下:

由上式可知,scott接线方式下装置虽然满足母线有压条件,但负序电压为1.73倍额定电压,大于负序电压定值8 V,判别为PT断线,装置无法正常充电。

3 主变倒闸切换装置电压判据改进方案

3.1 母线有压判据改进

从前一节的分析可以看出,当牵引主变为V/V、V/X、yn/D—11接线时,现有的主变倒闸切换装置充电母线有压判据不受影响。当牵引主变为scott接线等方式时,不满足三相电压均有压,此时只判别27.5 kV

母线单相电压,对装置而言只判别采集到的V●ab。为兼容各种牵引变主接线方式,装置设置“母线电压只判别V●ab投入”定值,根据不同的应用场合,当牵引主变为V/V、V/X、yn/D—11接线时,此定值设置为“0”,此时母线有压判据为母线线电压均大于等于“母线有压定值”,当牵引主变为scott接线等方式时,此定值设置为“1”,此时母线有压判据为V●ab大于等于“母线有压定值”,通过“母线电压只判别V●ab投入”定值的状态, 自动切换母线有压判据。改进判据逻辑图如图6所示。

3.2 PT断线判据改进

当牵引主变为V/V、V/X、yn/D—11接线时,装置根据V●ab、V●bc、V●ca计算的负序电压为0,正常运行时,不会误判为PT断线,采用常规判据。当牵引主变为scott接线等方式时,负序电压V●2远远大于8 V,现在装置正常运行时会误判为PT断线,无法充电,闭锁主变倒闸切换装置,因此,PT断线判别时取消负序电压判据,只判别进线电流大于等于“有流定值”且母线电压V●ab小于等于“母线无压定值”,为提高可靠性,PT断线延时t输出。改进的PT断线判据逻辑图如图7所示。

4结论

本文阐述了主变倒闸切换装置的基本工作原理,牵引母线电压接入常规电源快切装置实现主变倒闸切换装置功能时,其装置充电的电压判据适应性受到限制,主要得出如下结论:

1)当牵引主变为V/V\V/X\yn/D-11接线时,27.5 kV母线二次电压接入装置后,正常运行时,装置根据交流采样板采集的电压计算出的三个母线线电压刚好为对称额定电压,负序电压为0,因此装置充电电压判据不受影响,能正常判别母线有压\PT断线功能,装置能正常充电,正常实现倒闸切换操作。

2)当牵引主变为scott接线等方式时,27.5 kV母线二次电压接入装置后,正常运行时,装置根据交流采样板采集的电压计算出的三个母线线电压不再对称且不为额定电压,负序电压也大于8 V,按照现有倒闸切换装置实现的充电电压判据不再适用,不满足母线有压判据,并且会误报PT断线,装置无法正常充电,因此无法实现倒闸切换操作。

3)提出改进判据,通过设置“母线电压只判别V●ab投入”定值, 自动识别当前的牵引变压器主接线,当此定值为“0”时,装置充电沿用现有电压判据,当此定值为“1”时,装置充电采用改进的电压判据判别母线有压和PT断线,增强了装置在不同牵引变主接线方式下的适用性。

随着牵引变电所主变不停电倒闸切换操作需求的攀升,该研究成果有望得到广泛应用。

[参考文献]

[1]许震.微机型厂用电快切装置在电厂的实际应用[J].电世界,2025,66(1):30-31.

[2]林小磊.快切装置在中心变电站的应用[J].天津化工,2023,37(增刊1):145-147.

[3]唐海东.石化企业110 kv供电系统的快切装置应用及分析[J].电气技术,2015(9):102-105.

[4]郭伟,胡敏麦,叶留金,等.厂用电切换方法的研究及应用[J].电力系统自动化,1999(15):26-29.

[5]杨皓男,倪少权,潘金山,等.铁路天窗方案与列车运行图协同优化研究综述[J].铁道运输与经济,2024,46(11):71-81.

[6]刘磊,田志强,靳欣妮,等.高原地区客货共线铁路综合维修天窗设置研究[J].铁道技术标准(中英文),2024,6(5):45-52.

[7]吴仕平,王汉林,吕良君,等.电源快速切换技术在铁路牵引变电所的应用分析[J].铁道工程学报,2017,34 (5):74-77.

《机电信息》2025年第17期第3篇