為適應運輸形勢的需要，鐵路系統(tǒng)相繼實施了六次大面積的提速調(diào)圖工作，列車的密度和運行速度都有了大幅度的增長和提高，牽引變電所的供電量累計增加30％以上。列車提速后，同一供電臂上機車存在的概率大大增加，造成短時某條饋線的電流峰值過大，自第三次提速后在正常負荷時牽引變電所饋線斷路器的非正常跳閘次數(shù)呈逐月增加的趨勢。為了解決這一問題，運營單位都采用了改變饋線阻抗保護負荷阻抗值的方法，即按照提速后線路出現(xiàn)的最大負荷電流、變電所母線出現(xiàn)的最低電壓和最差功率因數(shù)角，重新計算整定阻抗保護的R值。這樣調(diào)整后，正常負荷時饋線的非正常跳閘問題基本得到解決，但更為嚴重的問題出現(xiàn)了，復線區(qū)段、在上下行同時出現(xiàn)大電流時，引起過負荷保護動做主變壓器退出運行。

第三次提速后，我段轄內(nèi)鎮(zhèn)內(nèi)變電所過負荷保護共動作3次，造成高邑一內(nèi)邱間牽引網(wǎng)停電，因過負荷保護動作后不設自投裝置，恢復時間相對較長，共計中斷京廣正線運輸47rain。而另一方面，牽引變壓器平均負荷率低，利用率在20％以下；大多數(shù)運行l(wèi)O年以上的牽引變壓器在大修吊芯檢查時發(fā)現(xiàn)繞組仍然是嶄新的，極大地閑置和浪費了資源。過負荷跳閘和變壓器利用率低的問題，反映了電氣化鐵路區(qū)別于電力系統(tǒng)的特殊性，在一定程度上成為列車提速的瓶頸。針對鎮(zhèn)內(nèi)變電所的過負荷跳閘問題，2003年4月，石家莊鐵路分局作為1個科研攻關項目正式立項。確立了研究牽引負荷狀況、改造過負荷保護實現(xiàn)方式、充分發(fā)揮牽引變壓器負荷能力的方案。

一、牽引變壓器運行狀態(tài)分析
變壓器運行中要產(chǎn)生銅損和鐵損，這兩部分損耗最后全部轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽�使鐵心和繞組發(fā)熱，變壓器的溫度升高。變壓器壽命取決于絕緣的老化程度，而絕緣的老化速度又取決于變壓器運行的溫度和實際溫升。由于變壓器內(nèi)部熱量傳播的不均勻和環(huán)境溫度的影響，變壓器各部位溫度差別是很大的，這就需要對變壓器的溫度和允許溫升作出規(guī)定。在不損害變壓器繞組的絕緣性能和不降低變壓器使用壽命的條件下，變壓器的負荷能力實際上是大于其額定容量的。

變壓器在正常運行時允許過負荷，這是因為變壓器在一晝夜內(nèi)的負荷，有時是高峰、有時是低谷，在低谷時變壓器是在較低的溫度下運行，其次一年內(nèi)季節(jié)性的溫度也在變化，冬季情況下，變壓器的散熱條件也優(yōu)于制造廠規(guī)定的數(shù)值。一般采用晝夜的負荷率來決定，當負荷率k≤1時，在高峰期間允許過負荷，其時間長短一般根據(jù)過負荷曲線或上層油溫確定。

按京廣線提速區(qū)段列車160km／h的運行速度，列車7min追蹤間隔，我們對出現(xiàn)過負荷跳閘的鎮(zhèn)內(nèi)變電所31．5MVA變壓器運行數(shù)據(jù)進行了采集。

二、既有過負荷保護存在的問題及處理方案
從上述分析計算中可看出，牽引供電系統(tǒng)既有過負荷保護型式(1．5Ie的情況下，I段60s發(fā)信號、II段90s跳閘)與變壓器能力極不相匹配。

據(jù)觀測，DN供電方式下，鎮(zhèn)內(nèi)變電所A相25kin供電臂，在正線機車爬坡運行、3個站場有調(diào)車作業(yè)的情況下，變壓器的沖擊電流會超過1．5Ie，但持續(xù)時間超過1．5rain的概率為年平均1．5次。采用既有方法，當某一時間段內(nèi)電流的峰值超過整定值時該段計時器累加、小于定值時立即返回或段記時回減的計算方法，無法正確地反映變壓器的實際過負荷狀況。一則造成設計階段變壓器選型過大、二則在提速區(qū)段頻繁會出現(xiàn)過負荷跳閘。

三、保護裝置硬件組成
牽引變壓器過負荷微機保護裝置包括5個功能插件，從左到右依次為交流插件、DSP插件、電源插件、繼電器出口插件、操作箱插件；另外在前面板上還有一塊用于人機對話的MMI板。

(一)交流插件
交流插件上共有6個模擬量輸入變換器，用于將二次交流信號(電壓、電流)隔離變換為小電壓信號，然后在DSP插件上經(jīng)調(diào)整輸入到A／D中去。

(二)DSP插件
DSP插件是整個裝置的核心，采用40MIPS的嵌入式數(shù)字信號處理器(DSP)構(gòu)成簡潔高效的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，硬件具有兩級看門狗，模數(shù)轉(zhuǎn)換精度為14位、轉(zhuǎn)換時間約5its，有16路開關量輸入和14路輸出，DSP通過RS232口與液晶MMI板通訊、通過CAN通訊與上位管理機交換數(shù)據(jù)。

(三)出口插件
該插件接收DSP下發(fā)的命令并完成控制輸出，有10個獨立的繼電器出口，其中有2個配有信號繼電器，完成信號燈指示和輸出。裝置故障或失電時，該插件告警繼電器返回發(fā)出告警信號。

(四)操作箱插件
該插件接收來自出口插件的控制命令，完成操作機構(gòu)的分、合閘操作功能；同時產(chǎn)生分、合閘位置信號；控制回路斷線后，發(fā)控制回路斷線信號。

(五)電源插件
電源插件采用220V／110V(可選)直流開關電源，可輸出+5V／3A、4-12V／0．2A、+24V／0．2A。其中+5V用于DSP系統(tǒng)、±12V用于A／D采集部分、24V用于開入量和開出量。

(六)人機對話板(MMI板)
人機對話板配有簡易鍵盤輸入和液晶顯示，為用戶提供了良好的操作界面；該板與DSP插件以串行通訊的方式相連接，接收DSP插件的測量數(shù)據(jù)、開關數(shù)據(jù)及各種故障告警信息供用戶瀏覽，同時用戶還可以調(diào)整系統(tǒng)開關量的去抖時間、設置裝置的通訊地址、做傳動實驗、整定保護的定值和裝置時間等。