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。

關鍵詞：繼電保護;欠量保護;保護返回;設備損壞

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，欠量保護不能在設備未投運時投入，否則將長期保持動作出口跳閘，導致設備投運失敗。因此，欠量保護的投入條件一般采用開關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備開關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，返回條件一般設置為判別電氣量小于0.95倍定值并經(jīng)過內部防誤判別延時，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，當被保護設備因出現(xiàn)故障導致采樣電壓下降，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，斷開被保護設備，電網(wǎng)電壓恢復正常。

若低電壓保護將電壓互感器（PT）配置在電網(wǎng)側，則保護動作后，保護裝置采集到的電壓量上升恢復正常，此時返回條件可設置為1.05倍動作電壓。這種配置方法的設備檢修靈活度較低，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備側，即斷路器之后。當?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)首先會導致斷路器機構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，這將導致TJR繼電器及其回路長期導通勵磁。

長期的勵磁導通將使這些電阻長期通電發(fā)熱，根據(jù)實際經(jīng)驗，長期導通TJR繼電器，操作箱在1 h內溫度將上升70～80 ℃，遠遠超過其正常運行溫度，將對操作箱造成重大損壞，保護屏柜內通風一般較差，嚴重時甚至可能會引起火災。

根據(jù)低電壓保護原理，只有在失靈開關分開、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。而當斷路器失靈時，運行人員會進行一次設備檢查，短時間內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，都會導致上述低電壓保護長期動作。當發(fā)生任意的直流設備故障，直流保護主保護正常動作跳閘，此時若開關失靈，失靈保護動作切除故障后，由于失靈開關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，除一次設備檢查外，甚至會調整直流功率、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，具體時間應與其他保護相配合，一般來說可設置固定返回時間在5～10 s。

5 結語

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計原理尚不統(tǒng)一，尤其對于柔性直流等新技術應用的保護裝置，程序內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，后果較為嚴重，需要運行人員仔細檢查以排除隱患。

[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。