鄭少恒

摘 要：方向過流保護用于風電場集電線線路時，經(jīng)常發(fā)生將保護電流互感器極性接入方式按照發(fā)電機功率方向連接，方向為線路指向母線，導致方向過流保護事故拒動情景發(fā)生。文章通過闡述方向過流保護的動作原理和方向元件的正、負定義規(guī)定，結合風電場典型拒動案例分析，提出了此類方向過流保護的調(diào)試重點和防拒動應對策略。

關鍵詞：方向閉鎖；過流保護；拒動；對策研究

中圖分類號：TM774 文獻標志碼：A 文章編號：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，對于兩側電源或單相環(huán)網(wǎng)的輸電線路，一般采取加裝功率方向元件來提高繼電保護裝置的選擇性和靈敏性；近年來隨著風力發(fā)電的迅猛發(fā)展，風電場集電線線路普遍采用方向過流保護作為主保護。由于風電場集電線線路運行方式比較特殊，它雖然屬于雙側電源但是只在單側裝設斷路器，且風機正常運行時的發(fā)電功率正方向為集電線路指向母線。技術人員經(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功率元件的正方向正好相反，導致方向保護拒動事故的發(fā)生。本文通過闡述方向過流保護的動作原理和方向元件的正、負定義規(guī)定，結合風電場典型拒動案例分析，提出了此類方向過流保護的調(diào)試重點和防拒動應對策略。

2 方向閉鎖過流保護原理

2.1 方向閉鎖過流保護

對于兩側電源或單相環(huán)網(wǎng)的輸電線路，線路兩側都裝有斷路器和相應的保護，單純的過流保護不能滿足繼電保護選擇性要求。為解決選擇性的問題，在原來的電流保護的基礎上裝設了方向元件（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。當功率方向為正時過流保護動作，反之不動，上述過程即為方向電流保護。[1]常見方向閉鎖過流保護原理示意圖如圖1所示。

2.2 方向閉鎖過流保護的特點

（1）功率方向測量元件與電流測量元件共同判別保護線路的故障，正方向發(fā)生故障時，過流保護動作出口，反方向發(fā)生故障時，閉鎖保護動作出口。（2）方向閉鎖過流保護的動作電流整定計算時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算即可，降低了過流保護定值，提高了過流保護的動作靈敏度。（3）并非線路的所有電流保護都要裝設方向元件，僅在用動作電流、動作時間不能保證選擇性時方可選擇加裝方向元件閉鎖功能。方向閉鎖保護應根據(jù)需要設定，不可由于保護裝置有此功能就非設不可。（4）為了防止反方向不對稱短路時非故障相電流測量元件動作和功率方向元件誤動作而發(fā)生保護誤跳閘，方向電流保護必須采用按相起動接線方式。[2]

3 方向閉鎖過流保護典型拒動案例分析

3.1 事故概況

某風電場在運行過程中，由于風機二線4號分支箱35kV電纜接線倉電纜接線端子長時間運行發(fā)熱，導致單相放電故障，后發(fā)展為三相短路放電故障。事故發(fā)生后，風機二線綜合保護裝置過流一段、二段未動作，過流三段啟動但是沒有保護出口；故障解列裝置一段、二段保護動作，0.5s保護出口動作，跳開110kV線路1849開關，該事故造成了全站停電的嚴重后果。通過事故現(xiàn)場勘察，根據(jù)初步數(shù)據(jù)判斷，本起事故為方向閉鎖過流保護方向整定錯誤導致的保護拒動事件。

3.2 風電場一次系統(tǒng)概況及保護投入情況

風電場一次系統(tǒng)如圖2所示。

全場風機分組匯集為兩條35kV集電線路（風機一線和風機二線）送至風電場110kV升壓站35kV母線，35kV母線通過一臺110kV主變，經(jīng)主變高壓側開關（1849開關）送至地方電網(wǎng)。35kV集電線路間隔裝設線路保護裝置，保護投入情況為：過流一段13.25A，時間0.2s，帶方向閉鎖；過流二段2.02A，時間0.3s，帶方向閉鎖；過流三段5.23A，時間0.6s；零序保護定值2.1A，0.2s。主變裝設主變差動保護、高壓側后備保護和低壓側后備保護，主變保護高壓側后備和低壓側后備保護的動作時間均大于0.6s。110kV升壓站裝設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，動作時間為0.5s。endprint

3.3 事故經(jīng)過分析

根據(jù)風電場110kV升壓站故障錄波器的故障記錄，事故發(fā)生經(jīng)過如下：初始為風機二線4號分支箱35kV電纜接線倉的備用分支B相電纜頭發(fā)生弧光對地放電現(xiàn)象進而發(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開關保護跳閘為止，事故全過程從開始到結束共計持續(xù) 630ms，其中超過任意過流保護定值電流的放電持續(xù)時間不足600ms，故障性質(zhì)為相對地弧光持續(xù)放電（非金屬短路）。

3.4 保護動作分析

風機二線保護裝置短路電流二次峰值40.8A大于過流一段和二段定值，但是該保護未動作，由于過流一、二段保護均投入了方向閉鎖，拒動原因初步考慮為方向閉鎖錯誤導致；過流三段保護啟動，但是由于動作時間整定值為0.6s，該時間大于故障持續(xù)時間，過流三段保護動作正確。風機二線零序保護定值為2.1A，故障電流未到動作值，該保護動作正確；主變保護高后備、低后備的保護，由于保護動作時間最小整定值為0.6s，保護只啟動，動作正確；故障解列裝置定值一段、二段定值均為75V，動作時間均為0.5s，由于風機二線故障，造成系統(tǒng)低電壓，驅(qū)動故障解列裝置低壓解列一段、低壓解列二段動作，經(jīng)0.5s延時保護出口跳閘，跳開110kV線路1849開關，該保護動作正確。

3.5 35kV風機二線綜合保護裝置單體復校驗

對35kV風機二線綜合保護裝置的過流一、二段保護進行校驗，校驗結果為過流保護動作正確，方向閉鎖功能可靠，初步排除了保護裝置自身原因，將原因鎖定在電流互感器二次接線極性上面。

3.6 全站保護方向檢查

經(jīng)檢查和詢問發(fā)現(xiàn)，該風場電流互感器接線方式均以風場發(fā)電為基準，風場——35kV風機二線——主變低壓側——主變高壓側——110kV線路為正方向接線；35kV風機二線綜合保護裝置的保護電流互感器極性接入方向為線路指向母線為正方向，正好與過流保護裝置功率方向元件的定義方向相反。因此，當故障發(fā)生時，故障電流從35kV母線流向線路側，35kV風機二線綜保裝置功率方向元件判定功率方向為負，閉鎖該保護動作，至此真相大白。

4 對策措施

為了預防和防范過流閉鎖方向保護典型拒動事故的發(fā)生，可在管理上和技術上采取如下應對措施：

（1）定值整定通知單下發(fā)時，在定值單上標明方向過流保護的正方向為母線指向線路。（2）在保護裝置校驗完畢后，必須對系統(tǒng)進行一次通流、通壓試驗，并模擬事故狀態(tài)，對方向閉鎖過流保護進行校核，確保其正確方可投入運行。（3）在不具備對系統(tǒng)進行一次通流、通壓試驗的現(xiàn)場，由專人對保護電流互感器的極性接線方式進行復核，確保二次回路接線正確方可投入運行，設備運行后及時測量電氣向量，驗證電流互感器的極性接線方式是否符合保護要求。（4）可適當提高集電線路零序保護的靈敏性和可靠性，使其保護范圍覆蓋到單相對地持續(xù)放電事故的初始階段。（5）適當擴大主變保護高壓側后備保護和低壓側后備保護的保護范圍，將其保護范圍覆蓋到35kV集電線線路電纜故障，并與集電線路保護形成交叉配合關系。

5 結束語

方向閉鎖過流保護用于風電場集電線線路時，由于風機正常運行時的發(fā)電功率正方向與保護功率方向元件規(guī)定的正方向正好相反，繼電保護工作人員經(jīng)常誤將發(fā)電機功率方向當作保護功率元件的正方向，致使保護電流互感器極性接線錯誤，導致方向閉鎖過流保護拒動情況發(fā)生。本文通過一個典型方向過流閉鎖保護拒動案例分析，闡述了方向閉鎖過流保護的原理和功率方向的定義，強調(diào)說明了保護裝置正方向規(guī)定為由母線流向線路為正，以由線路流向母線為負，而與輸電線路的功率正方向無關。本文提出的應對措施對今后類似配置的方向閉鎖過流保護調(diào)試具有重要的指導意義，也可以作為繼電保護技術的經(jīng)驗進行推廣。

參考文獻：

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[2]陳念，呂艷萍，周凱，等.110kV電阻接地系統(tǒng)零序方向電流保護的整定研究[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2017，45（13）：91-96.

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[4]朱重陽，張華.基于網(wǎng)絡同步的方向過流保護采樣值計算[J].華電技術，2016，38（12）：37-38+52+74.

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