直流保護動作后欠量保護動作返回條件缺陷探討

摘要：針對欠量保護動作后的返回條件進行了探討，分析了現(xiàn)有的欠量保護返回條件在直流保護動作后存在的缺陷，并提出了優(yōu)化欠量保護返回條件的方法。

關(guān)鍵詞：繼電保護;欠量保護;保護返回;設(shè)備損壞

0 引言

繼電保護是電力系統(tǒng)中的重要一環(huán)，在保護電力設(shè)備、保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行等方面起到了重要作用。

欠量保護是繼電保護中的一種重要形式，如低電壓保護廣泛運用于交流系統(tǒng)的后備保護中，相比傳統(tǒng)的過量保護，欠量保護在保護動作后的返回條件存在一些不同。本文針對欠量保護動作后返回條件存在的缺陷進行討論，論證了現(xiàn)有返回條件在特殊情況下容易造成設(shè)備損壞，據(jù)此提出了優(yōu)化返回條件的方法。

1 欠量保護投入及動作原理

欠量保護相比于過量保護，因其判定原理具有特殊性，欠量保護不能在設(shè)備未投運時投入，否則將長期保持動作出口跳閘，導(dǎo)致設(shè)備投運失敗。因此，欠量保護的投入條件一般采用開關(guān)位置投入及電氣量越限投入，即保護裝置投運后，欠量保護需判斷保護設(shè)備開關(guān)處于合位且判別電氣量大于門檻定值后，再投入保護，即滿足電氣量大于門檻定值（該條件只在投入時判定一次，之后自行保持）、開關(guān)合位、軟硬壓板投入條件時，保護投入。

2 欠量保護返回條件及存在的缺陷

保護動作后，需經(jīng)過特定條件進行保護返回，以避免保護長期動作。對于過量保護來說，返回條件一般設(shè)置為判別電氣量小于0.95倍定值并經(jīng)過內(nèi)部防誤判別延時，即判別電氣量減小后，保護返回。而對于欠量保護，返回條件則分為兩種情況：一種是保護動作后，判別電氣量上升，恢復(fù)正常;另一種是保護動作后，判別電氣量下降至零。

2.1? ? 欠量保護PT位置對保護返回的影響

以低電壓保護為例，當(dāng)被保護設(shè)備因出現(xiàn)故障導(dǎo)致采樣電壓下降，如短路接地等故障，且電壓下降到一定程度時，低電壓保護動作，斷開被保護設(shè)備，電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常。

若低電壓保護將電壓互感器（PT）配置在電網(wǎng)側(cè)，則保護動作后，保護裝置采集到的電壓量上升恢復(fù)正常，此時返回條件可設(shè)置為1.05倍動作電壓。這種配置方法的設(shè)備檢修靈活度較低，因此在實際工程中一般很少采用這種配置方式。低電壓保護配置元件示意圖如圖1所示。

實際工程中一般將電壓互感器配置在靠近被保護設(shè)備側(cè)，即斷路器之后。當(dāng)?shù)碗妷罕Ｗo動作時，斷路器斷開，保護裝置采集到的電壓量快速變?yōu)榱悖藭r不能將返回條件設(shè)置為1.05倍動作電壓。對于保護配置近區(qū)的短路故障，故障電壓將下降到接近于零，因此不能將返回條件設(shè)置為一個低電壓值，否則出現(xiàn)故障時，電氣量往往同時滿足保護動作定值和返回定值要求，保護動作后將馬上返回。

2.2? ? 電氣量歸零的欠量保護的返回條件及存在的缺陷

一般來說，電氣量歸零的低電壓保護會將斷路器分位作為返回條件，即在保護動作，斷路器跳開后，取斷路器分位信號作為返回條件，可以有效地在故障切除后將低電壓保護返回，但這種返回條件在特定情況下存在一些問題及隱患。

正常情況下，當(dāng)線路出現(xiàn)故障，主保護動作后跳開斷路器，斷開斷路器后故障消除，低電壓保護也隨著斷路器跳開返回，最終保護整組返回。但若發(fā)生斷路器失靈的情況，故障將通過斷路器失靈保護斷開相鄰斷路器，而失靈斷路器保持合閘位置不變，如圖2所示。

在這種情況下，因相鄰開關(guān)已經(jīng)跳開，故障實際已經(jīng)切除，主保護將返回，但由于斷路器實際仍在合位，低電壓保護將持續(xù)投入。故障切除，電壓降到零后，持續(xù)投入的低電壓保護經(jīng)過延時后將再次動作。而由于斷路器失靈無法跳開，低電壓保護將保持長期動作，長期觸發(fā)操作箱及分閘線圈。長期的觸發(fā)首先會導(dǎo)致斷路器機構(gòu)箱中的分閘線圈燒毀，其次保護裝置出口至操作箱的TJR繼電器無自動返回功能，這將導(dǎo)致TJR繼電器及其回路長期導(dǎo)通勵磁。

長期的勵磁導(dǎo)通將使這些電阻長期通電發(fā)熱，根據(jù)實際經(jīng)驗，長期導(dǎo)通TJR繼電器，操作箱在1 h內(nèi)溫度將上升70～80 ℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其正常運行溫度，將對操作箱造成重大損壞，保護屏柜內(nèi)通風(fēng)一般較差，嚴(yán)重時甚至可能會引起火災(zāi)。

根據(jù)低電壓保護原理，只有在失靈開關(guān)分開、保護裝置掉電重啟或者退出保護裝置出口壓板后，保護裝置才會停止動作，操作箱回路停止持續(xù)發(fā)熱。而當(dāng)斷路器失靈時，運行人員會進行一次設(shè)備檢查，短時間內(nèi)不會將失靈斷路器分開或退出保護，運行人員發(fā)現(xiàn)保護持續(xù)動作的可能性很小，操作箱長時間持續(xù)發(fā)熱的可能性很高，安全隱患很大。

3 欠量保護返回邏輯在直流保護中的隱患

低電壓保護廣泛運用于直流保護系統(tǒng)中，作為后備保護，若上述故障情況出現(xiàn)在直流換流站，則發(fā)生嚴(yán)重后果的可能性更高。

直流換流站一般使用500 kV的3/2接線方式，任意一個斷路器在合位時都會投入低電壓保護。因此，任意一個斷路器失靈，都會導(dǎo)致上述低電壓保護長期動作。當(dāng)發(fā)生任意的直流設(shè)備故障，直流保護主保護正常動作跳閘，此時若開關(guān)失靈，失靈保護動作切除故障后，由于失靈開關(guān)仍在合位且電壓歸零，低電壓保護將再次動作，持續(xù)向兩個斷路器發(fā)送跳閘命令，操作箱TJR繼電器及其回路長期勵磁。而在直流換流站中出現(xiàn)開關(guān)失靈故障，運行人員需要進行的檢查操作相比普通變電站更多、更煩瑣，除一次設(shè)備檢查外，甚至?xí){(diào)整直流功率、變更直流運行方式等，忽視直流保護長期動作的可能性更大，操作箱持續(xù)發(fā)熱的時間更長。

4 一種欠量保護返回邏輯隱患的消除方法

欠量保護返回邏輯隱患，可以通過增加欠量保護定時的方法來消除。即欠量保護動作后，設(shè)置一段較長的固定返回時間，防止因斷路器失靈造成低電壓保護長期動作，具體時間應(yīng)與其他保護相配合，一般來說可設(shè)置固定返回時間在5～10 s。

5 結(jié)語

本文針對欠量保護，尤其是低電壓保護返回邏輯在直流保護中的隱患進行了分析探討，并提出了一種簡單有效的改進方法，以消除隱患。

對于直流繼電保護來說，目前的繼電保護配置原則和設(shè)計原理尚不統(tǒng)一，尤其對于柔性直流等新技術(shù)應(yīng)用的保護裝置，程序內(nèi)部邏輯更依賴于繼電保護廠家開發(fā)人員的編寫，往往會在某些情況下出現(xiàn)程序隱患。對于低電壓保護返回邏輯在直流保護中的隱患，一旦發(fā)生斷路器失靈的情況，現(xiàn)象隱蔽，后果較為嚴(yán)重，需要運行人員仔細(xì)檢查以排除隱患。

[參考文獻]

[1] 云南電網(wǎng)與南網(wǎng)主網(wǎng)魯西背靠背直流異步聯(lián)網(wǎng)工程北京四方背靠背常規(guī)直流保護說明書[Z].

[2] 云南電網(wǎng)與南網(wǎng)主網(wǎng)魯西背靠背直流異步聯(lián)網(wǎng)工程北京四方背靠背柔性直流保護說明書[Z].

收稿日期：2020-07-03

作者簡介：林毅（1993—），男，貴州興義人，助理工程師，研究方向：繼電保護。