方向閉鎖過流保護(hù)典型拒動(dòng)分析與其對(duì)策研究

鄭少恒

摘 要：方向過流保護(hù)用于風(fēng)電場(chǎng)集電線線路時(shí)，經(jīng)常發(fā)生將保護(hù)電流互感器極性接入方式按照發(fā)電機(jī)功率方向連接，方向?yàn)榫€路指向母線，導(dǎo)致方向過流保護(hù)事故拒動(dòng)情景發(fā)生。文章通過闡述方向過流保護(hù)的動(dòng)作原理和方向元件的正、負(fù)定義規(guī)定，結(jié)合風(fēng)電場(chǎng)典型拒動(dòng)案例分析，提出了此類方向過流保護(hù)的調(diào)試重點(diǎn)和防拒動(dòng)應(yīng)對(duì)策略。

關(guān)鍵詞：方向閉鎖；過流保護(hù)；拒動(dòng)；對(duì)策研究

中圖分類號(hào)：TM774 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）07-0078-02

Abstract： When the directional over-current protection is used in the wind farm gathering wire line， the polarity connection mode of the protection current transformer is connected according to the generator power direction， and the direction is the line pointing to the bus， which causes the accident rejection scene of directional overcurrent protection to occur. By expounding the action principle of directional overcurrent protection and the positive and negative definition of directional component， based on the analysis of typical case of wind farm， this paper puts forward the debugging emphases and countermeasures of this kind of directional overcurrent protection.

Keywords： directional locking； over-current protection； rejection； countermeasure study

1 概述

在電力系統(tǒng)中，對(duì)于兩側(cè)電源或單相環(huán)網(wǎng)的輸電線路，一般采取加裝功率方向元件來(lái)提高繼電保護(hù)裝置的選擇性和靈敏性；近年來(lái)隨著風(fēng)力發(fā)電的迅猛發(fā)展，風(fēng)電場(chǎng)集電線線路普遍采用方向過流保護(hù)作為主保護(hù)。由于風(fēng)電場(chǎng)集電線線路運(yùn)行方式比較特殊，它雖然屬于雙側(cè)電源但是只在單側(cè)裝設(shè)斷路器，且風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的發(fā)電功率正方向?yàn)榧娋€路指向母線。技術(shù)人員經(jīng)常將發(fā)電功率方向作為正方向，以此為依據(jù)斷定保護(hù)電流互感器的極性接線方式，由于發(fā)電功率正方向與保護(hù)功率元件的正方向正好相反，導(dǎo)致方向保護(hù)拒動(dòng)事故的發(fā)生。本文通過闡述方向過流保護(hù)的動(dòng)作原理和方向元件的正、負(fù)定義規(guī)定，結(jié)合風(fēng)電場(chǎng)典型拒動(dòng)案例分析，提出了此類方向過流保護(hù)的調(diào)試重點(diǎn)和防拒動(dòng)應(yīng)對(duì)策略。

2 方向閉鎖過流保護(hù)原理

2.1 方向閉鎖過流保護(hù)

對(duì)于兩側(cè)電源或單相環(huán)網(wǎng)的輸電線路，線路兩側(cè)都裝有斷路器和相應(yīng)的保護(hù)，單純的過流保護(hù)不能滿足繼電保護(hù)選擇性要求。為解決選擇性的問題，在原來(lái)的電流保護(hù)的基礎(chǔ)上裝設(shè)了方向元件（功率方向繼電器）。方向元件規(guī)定，功率方向由母線流向線路為正，由線路流向母線為負(fù)。當(dāng)功率方向?yàn)檎龝r(shí)過流保護(hù)動(dòng)作，反之不動(dòng)，上述過程即為方向電流保護(hù)。[1]常見方向閉鎖過流保護(hù)原理示意圖如圖1所示。

2.2 方向閉鎖過流保護(hù)的特點(diǎn)

（1）功率方向測(cè)量元件與電流測(cè)量元件共同判別保護(hù)線路的故障，正方向發(fā)生故障時(shí)，過流保護(hù)動(dòng)作出口，反方向發(fā)生故障時(shí)，閉鎖保護(hù)動(dòng)作出口。（2）方向閉鎖過流保護(hù)的動(dòng)作電流整定計(jì)算時(shí)可不必躲過反方向外部最大短路電流，只需校正方向短路計(jì)算即可，降低了過流保護(hù)定值，提高了過流保護(hù)的動(dòng)作靈敏度。（3）并非線路的所有電流保護(hù)都要裝設(shè)方向元件，僅在用動(dòng)作電流、動(dòng)作時(shí)間不能保證選擇性時(shí)方可選擇加裝方向元件閉鎖功能。方向閉鎖保護(hù)應(yīng)根據(jù)需要設(shè)定，不可由于保護(hù)裝置有此功能就非設(shè)不可。（4）為了防止反方向不對(duì)稱短路時(shí)非故障相電流測(cè)量元件動(dòng)作和功率方向元件誤動(dòng)作而發(fā)生保護(hù)誤跳閘，方向電流保護(hù)必須采用按相起動(dòng)接線方式。[2]

3 方向閉鎖過流保護(hù)典型拒動(dòng)案例分析

3.1 事故概況

某風(fēng)電場(chǎng)在運(yùn)行過程中，由于風(fēng)機(jī)二線4號(hào)分支箱35kV電纜接線倉(cāng)電纜接線端子長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行發(fā)熱，導(dǎo)致單相放電故障，后發(fā)展為三相短路放電故障。事故發(fā)生后，風(fēng)機(jī)二線綜合保護(hù)裝置過流一段、二段未動(dòng)作，過流三段啟動(dòng)但是沒有保護(hù)出口；故障解列裝置一段、二段保護(hù)動(dòng)作，0.5s保護(hù)出口動(dòng)作，跳開110kV線路1849開關(guān)，該事故造成了全站停電的嚴(yán)重后果。通過事故現(xiàn)場(chǎng)勘察，根據(jù)初步數(shù)據(jù)判斷，本起事故為方向閉鎖過流保護(hù)方向整定錯(cuò)誤導(dǎo)致的保護(hù)拒動(dòng)事件。

3.2 風(fēng)電場(chǎng)一次系統(tǒng)概況及保護(hù)投入情況

風(fēng)電場(chǎng)一次系統(tǒng)如圖2所示。

全場(chǎng)風(fēng)機(jī)分組匯集為兩條35kV集電線路（風(fēng)機(jī)一線和風(fēng)機(jī)二線）送至風(fēng)電場(chǎng)110kV升壓站35kV母線，35kV母線通過一臺(tái)110kV主變，經(jīng)主變高壓側(cè)開關(guān)（1849開關(guān)）送至地方電網(wǎng)。35kV集電線路間隔裝設(shè)線路保護(hù)裝置，保護(hù)投入情況為：過流一段13.25A，時(shí)間0.2s，帶方向閉鎖；過流二段2.02A，時(shí)間0.3s，帶方向閉鎖；過流三段5.23A，時(shí)間0.6s；零序保護(hù)定值2.1A，0.2s。主變裝設(shè)主變差動(dòng)保護(hù)、高壓側(cè)后備保護(hù)和低壓側(cè)后備保護(hù)，主變保護(hù)高壓側(cè)后備和低壓側(cè)后備保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間均大于0.6s。110kV升壓站裝設(shè)有故障解列裝置和故障錄波器，故障解列裝置定值一段、二段定值為75V，動(dòng)作時(shí)間為0.5s。endprint

3.3 事故經(jīng)過分析

根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)110kV升壓站故障錄波器的故障記錄，事故發(fā)生經(jīng)過如下：初始為風(fēng)機(jī)二線4號(hào)分支箱35kV電纜接線倉(cāng)的備用分支B相電纜頭發(fā)生弧光對(duì)地放電現(xiàn)象進(jìn)而發(fā)展為持續(xù)放電，最終發(fā)展為三相弧光接地持續(xù)放電，弧光電流峰值4081A左右（二次電流40.8A），直到1849開關(guān)保護(hù)跳閘為止，事故全過程從開始到結(jié)束共計(jì)持續(xù) 630ms，其中超過任意過流保護(hù)定值電流的放電持續(xù)時(shí)間不足600ms，故障性質(zhì)為相對(duì)地弧光持續(xù)放電（非金屬短路）。

3.4 保護(hù)動(dòng)作分析

風(fēng)機(jī)二線保護(hù)裝置短路電流二次峰值40.8A大于過流一段和二段定值，但是該保護(hù)未動(dòng)作，由于過流一、二段保護(hù)均投入了方向閉鎖，拒動(dòng)原因初步考慮為方向閉鎖錯(cuò)誤導(dǎo)致；過流三段保護(hù)啟動(dòng)，但是由于動(dòng)作時(shí)間整定值為0.6s，該時(shí)間大于故障持續(xù)時(shí)間，過流三段保護(hù)動(dòng)作正確。風(fēng)機(jī)二線零序保護(hù)定值為2.1A，故障電流未到動(dòng)作值，該保護(hù)動(dòng)作正確；主變保護(hù)高后備、低后備的保護(hù)，由于保護(hù)動(dòng)作時(shí)間最小整定值為0.6s，保護(hù)只啟動(dòng)，動(dòng)作正確；故障解列裝置定值一段、二段定值均為75V，動(dòng)作時(shí)間均為0.5s，由于風(fēng)機(jī)二線故障，造成系統(tǒng)低電壓，驅(qū)動(dòng)故障解列裝置低壓解列一段、低壓解列二段動(dòng)作，經(jīng)0.5s延時(shí)保護(hù)出口跳閘，跳開110kV線路1849開關(guān)，該保護(hù)動(dòng)作正確。

3.5 35kV風(fēng)機(jī)二線綜合保護(hù)裝置單體復(fù)校驗(yàn)

對(duì)35kV風(fēng)機(jī)二線綜合保護(hù)裝置的過流一、二段保護(hù)進(jìn)行校驗(yàn)，校驗(yàn)結(jié)果為過流保護(hù)動(dòng)作正確，方向閉鎖功能可靠，初步排除了保護(hù)裝置自身原因，將原因鎖定在電流互感器二次接線極性上面。

3.6 全站保護(hù)方向檢查

經(jīng)檢查和詢問發(fā)現(xiàn)，該風(fēng)場(chǎng)電流互感器接線方式均以風(fēng)場(chǎng)發(fā)電為基準(zhǔn)，風(fēng)場(chǎng)——35kV風(fēng)機(jī)二線——主變低壓側(cè)——主變高壓側(cè)——110kV線路為正方向接線；35kV風(fēng)機(jī)二線綜合保護(hù)裝置的保護(hù)電流互感器極性接入方向?yàn)榫€路指向母線為正方向，正好與過流保護(hù)裝置功率方向元件的定義方向相反。因此，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，故障電流從35kV母線流向線路側(cè)，35kV風(fēng)機(jī)二線綜保裝置功率方向元件判定功率方向?yàn)樨?fù)，閉鎖該保護(hù)動(dòng)作，至此真相大白。

4 對(duì)策措施

為了預(yù)防和防范過流閉鎖方向保護(hù)典型拒動(dòng)事故的發(fā)生，可在管理上和技術(shù)上采取如下應(yīng)對(duì)措施：

（1）定值整定通知單下發(fā)時(shí)，在定值單上標(biāo)明方向過流保護(hù)的正方向?yàn)槟妇€指向線路。（2）在保護(hù)裝置校驗(yàn)完畢后，必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行一次通流、通壓試驗(yàn)，并模擬事故狀態(tài)，對(duì)方向閉鎖過流保護(hù)進(jìn)行校核，確保其正確方可投入運(yùn)行。（3）在不具備對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行一次通流、通壓試驗(yàn)的現(xiàn)場(chǎng)，由專人對(duì)保護(hù)電流互感器的極性接線方式進(jìn)行復(fù)核，確保二次回路接線正確方可投入運(yùn)行，設(shè)備運(yùn)行后及時(shí)測(cè)量電氣向量，驗(yàn)證電流互感器的極性接線方式是否符合保護(hù)要求。（4）可適當(dāng)提高集電線路零序保護(hù)的靈敏性和可靠性，使其保護(hù)范圍覆蓋到單相對(duì)地持續(xù)放電事故的初始階段。（5）適當(dāng)擴(kuò)大主變保護(hù)高壓側(cè)后備保護(hù)和低壓側(cè)后備保護(hù)的保護(hù)范圍，將其保護(hù)范圍覆蓋到35kV集電線線路電纜故障，并與集電線路保護(hù)形成交叉配合關(guān)系。

5 結(jié)束語(yǔ)

方向閉鎖過流保護(hù)用于風(fēng)電場(chǎng)集電線線路時(shí)，由于風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的發(fā)電功率正方向與保護(hù)功率方向元件規(guī)定的正方向正好相反，繼電保護(hù)工作人員經(jīng)常誤將發(fā)電機(jī)功率方向當(dāng)作保護(hù)功率元件的正方向，致使保護(hù)電流互感器極性接線錯(cuò)誤，導(dǎo)致方向閉鎖過流保護(hù)拒動(dòng)情況發(fā)生。本文通過一個(gè)典型方向過流閉鎖保護(hù)拒動(dòng)案例分析，闡述了方向閉鎖過流保護(hù)的原理和功率方向的定義，強(qiáng)調(diào)說明了保護(hù)裝置正方向規(guī)定為由母線流向線路為正，以由線路流向母線為負(fù)，而與輸電線路的功率正方向無(wú)關(guān)。本文提出的應(yīng)對(duì)措施對(duì)今后類似配置的方向閉鎖過流保護(hù)調(diào)試具有重要的指導(dǎo)意義，也可以作為繼電保護(hù)技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推廣。

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