復壓閉鎖元件在風電場保護配置中的應用

王 婷

（吉林省一金電力工程有限公司，吉林 長春 130000）

0 引 言

電力系統在發生故障時，電壓量會產生相應的變化，不對稱故障會產生負序和零序分量，利用這一現象可以構成檢測不同序分量的保護，完成故障的切除[1]。風電場保護配置中常利用低電壓、負序電壓、零序電壓來進行復壓閉鎖，以提高保護動作的可靠性，或用來彌補過流保護靈敏度不足的問題[2]。復壓閉鎖元件的正確動作成為保護裝置正確動作的重要前提條件，但是在風電場繼電保護裝置校驗的過程中，人們普遍比較重視電流量的校驗，而對復壓閉鎖元件僅僅簡單設置一個可靠的動作值，這種校驗方式可能會導致無法發現復壓閉鎖元件存在的缺陷，造成故障發生時保護無法正確動作，從而導致事故擴大[3]。本研究主要探討一種精確校驗復壓閉鎖元件的方法，并給出相應的計算方法。

1 復壓閉鎖元件在風電場繼電保護中的應用

復壓閉鎖在風電場繼電保護中的應用比較廣泛，其中復壓閉鎖過流保護常用于風電場主變壓器的高低壓后備保護。在變壓器保護中，除主變差動、瓦斯等主保護外，主變過電流保護是一種重要的后備保護。按照《電力變壓器運行規程》（DL/T 572—2021）的要求，變壓器應具備短期急救負載運行的能力，以防止事故過負荷時過流保護誤動作[4]。作為變壓器總后備的過流保護，此時不應動作，所以增加復壓閉鎖。復壓閉鎖過流保護主要是利用了系統發生故障時正序電壓會降低、負序電壓升高的特點。復壓閉鎖過流保護既要滿足低電壓或負序電壓的整定前提，又要滿足過電流的整定條件，保護才會動作，此時電流定值可以進一步降低，從而提高保護的靈敏度和可靠性。變壓器復壓過流保護動作的邏輯如圖1所示。

圖1 變壓器復壓過流保護動作邏輯

復壓閉鎖還常用在風電場母線保護中，由于母線所接元件比較多，保護動作所帶來的影響較大，為防止保護裝置誤動帶來的巨大影響，母線保護都具有復壓閉鎖功能，既要滿足低電壓、負序電壓或零序電壓的前提又要滿足差動電流的動作條件，保護才允許出口，從而提高母線保護動作的可靠性。母差保護復壓閉鎖元件的邏輯如圖2所示。

圖2 母差保護復壓閉鎖元件邏輯圖

2 對稱分量法

在三相系統中，任意一組不對稱的3個相量總可以分解成如下的3組對稱分量[5]。

（1）正序分量：三相正序分量的大小相等，相位彼此相差2π/3，相序與系統正常運行方式下的相同。

（2）負序分量：三相負序分量的大小相等，相位彼此相差2π/3，相序與正序相反。

（3）零序分量：三相零序分量的大小相等，相位相同。

a在相量計算中相當于將相量逆時針旋轉2π/3，a2相當于將相量逆時針旋轉4π/3，可得1+a+a2=0。

在對稱分量法中，通常取a相作為基準相，即取a相的正、負、零序分量作為代表，并記。

在此情況下，三相的相量與對稱分量之間的關系為

從式（2）、式（3）可以看出，3個不對稱的相量可以唯一的分解成三組對稱的相量，而由3組對稱分量可以進行合成而得到唯一的3個不對稱相量。

3 風電場保護裝置復壓閉鎖元件的校驗方法

風電場很多保護裝置都采用了復壓閉鎖元件，其正確動作是保護裝置正確動作的前提條件，因此在保護裝置校驗中對低電壓、負序電壓、零序電壓元件的校驗也很重要[6]。

表1為某風電場的某保護定值單，從中可以看到低壓閉鎖定值為40 V/相，要求相電壓降低至40 V以下后開放復壓閉鎖條件。零序電壓閉鎖值為6 V、負序電壓閉鎖值為4 V，要求零序電壓升高至6 V或負序電壓升高至4 V，開放閉鎖條件，對閉鎖條件進行校驗方法如下。

表1 風電場保護定值單

3.1 低電壓閉鎖元件校驗

低電壓定值比較容易設置，將三相電壓降低至想要達到的值即可，如將保護試驗儀器的電壓設置為40 V/相，但不建議單獨將某一相電壓降低至40 V，從而得到40 V/相的值。因為此時雖然達到了低電壓的設置值，但同時也產生了負序和零序電壓，無法確定是低電壓元件動作，還是負序或零序電壓元件動作，校驗方式不嚴謹。由于電力系統故障時低電壓為欠量型變化量，需要按照0.95倍的定值可靠動作，1.05倍的定值不動作進行校驗。實際校驗要滿足電壓值為38 V/相時，低電壓元件可靠開放，電壓值為42 V/相時，低電壓元件可靠不開放[7]。

3.2 零序電壓閉鎖元件校驗

通常保護裝置中采用的零序電壓并不是某一相的零序電壓，而是三相零序電壓的相量和，也就是通常所說的3U0。根據三相序分量的各自特點，正序分量大小相等，空間上相差120°，相量和等于0，負序分量與正序類似，相量和也等于0，零序分量的3U0就可以直接由三相電壓的相量相加得到，其基本原理主要是從前文提到的對稱分量法計算得出。

由于式（2）中1+a+a2=0，得出通常用電壓的形式表達。保護校驗時，通常將A相電壓降低，B、C相電壓不變，得到的零序電壓的模值為正常相B、C相電壓與A相電壓模值的差。假設A相電壓調整后的大小為Ua，B、C相電壓為額定相電壓，設Ub=Uc=mUa，得到的零序電壓為3U0=Ub-Ua，其相位與A相相反。例如，若想輸出零序電壓為6 V時，則需要調整繼電保護測試儀，輸出Ua=51.7 V、Ub=57.7 V、Uc=57.7 V，此時3U0的大小就是6 V，采用相量圖的形式表達如圖3所示。

圖3 零序電壓計算相量圖

電力系統發生接地故障時，零序電壓為增量型變化量，需要按照1.05倍的定值可靠動作，0.95倍的定值不動作進行校驗。按照零序電壓定值為6 V進行校驗時，要滿足零序電壓為6.3 V時，即Ua=51.4 V、Ub=57.7 V、Uc=57.7 V，零序電壓元件可靠開放；零序電壓值為5.7 V時，即Ua=52 V、Ub=57.7 V、Uc=57.7 V，零序電壓元件可靠不開放，滿足這兩個條件，就證明零序電壓元件滿足要求。

3.3 負序電壓閉鎖元件校驗

電力系統發生不對稱故障時會產生負序電壓，此時需要利用對稱分量法，通過調整A相的電壓輸出來得到想要的負序電壓。假設A相電壓調整后的大小為Ua，B、C相電壓為額定相電壓，設Ub=Uc=mUa=57.7 V，其相位依舊是A相超前B相，B相超前C相，且相位互差120°，則B相和C相電壓可以表示為

根據對稱分量法得出

由3.2章節中的內容可知，其中負號代表零序電壓相位與A相相反，進一步得出

式中：mUa為額定相電壓值；負序電壓Ua2為相電壓額定值減去A相電壓值再除以3，其中負號代表A相負序電壓相位與A相相位相反。同樣可以采用相量圖的形式表達，如圖4所示。

圖4 正序、負序、零序電壓計算相量圖

電力系統發生不對稱故障時，負序電壓為增量型變化量，需要按照1.05倍的定值可靠動作、0.95倍的定值不動作進行校驗。按照負序電壓定值為4 V進行校驗，要滿足負序電壓為4.2 V時，即Ua=45.1 V、Ub=57.7 V、Uc=57.7 V，負序電壓元件可靠開放；負序電壓值為3.8 V時，即Ua=46.3 V、Ub=57.7 V、Uc=57.7 V，負序電壓元件可靠不開放，滿足條件，證明負序電壓元件滿足要求。從這個設定值可以看出，當負序電壓滿足要求時，零序電壓閉鎖開放條件也已經滿足，為避免此種情況對試驗結果造成干擾，可以在進行負序電壓閉鎖校驗時，先將零序電壓閉鎖定值調高，校驗時僅滿足負序電壓閉鎖開放條件，從而實現單一元件的校驗。

4 結 論

復合電壓閉鎖元件在保護裝置中的作用十分重要，風電場在進行保護裝置校驗時，不僅要重視電流量的校驗，同時也要注重電壓等閉鎖條件的校驗，提高保護裝置的可靠性，從而確保電力系統的安全穩定運行。