直流融冰控保裝置阻抗保護誤動分析

田湘貴，張鵬，羅義暉，歐俊延，夏武

（中國南方電網有限責任公司超高壓輸電公司柳州局，廣西柳州，545000）

0 引言

本文結合阻抗保護邏輯與故障錄波圖分析了阻抗保護II段的動作原因，根據阻抗保護原理分析計算出為避免保護誤動阻抗保護定值的整定范圍，并對阻抗保護的使用提出一些建議。

1 阻抗保護動作分析

在對線路開展融冰試驗時，站內采用的是電流分段提升的方案。首先，以500A的目標電流解鎖融冰系統，然后穩定10min，無異常后將融冰電流提升至1200A并保持10min，若無異常再將融冰電流提升至2400A，保持10min,最后再將融冰電流提升至線路額定融冰電流3600A。從融冰裝置解鎖至將融冰電流穩定在2400A的過程中并無異常現象出現，最后準備將電流穩定在線路融冰試驗電流3600A，在融冰電流由2400A升至3600A的過程中，當電流到達3000A時線路阻抗II段保護動作，閉鎖融冰裝置并跳開融冰系統交流側斷路器，保護動作事件SER如圖1所示。

圖1 線路阻抗II段保護動作SER

從保護動作事件SER可以看出，控保A系統動作時保護邏輯單元根據直流電壓電流采樣所算得接地電阻為1.7101Ω，保護動作移相閉鎖閥。

跳閘時故障錄波的電壓電流波形如圖2所示。

圖2 電壓電流波形

直流融冰裝置保護中阻抗保護Ⅱ段邏輯框圖如圖3。

圖3 阻抗保護II段邏輯框圖

Ud1:直流正極母線電壓；

Ud2:直流負極母線電壓；

Id1:直流側正極電流；

Id2:直流側負極電流；

Rset：線路電阻整定值定值；

k2：線路阻抗Ⅱ段保護定值。

根據波形的直流電流、電壓數據計算,得出線路阻抗約為 R=（|Ud1|-|Ud2|）/Id1=(3.167+2.064)/3.075=1.7Ω，與SER報文一致，小于線路阻抗定值2.175Ω（該定值根據實際線路阻抗確定）。然而根據融冰系統控保裝置的阻抗保護原理，當換流閥直流側發生斷線故障或線路短接點直流電阻過大時，阻抗保護才動作，因此此時阻抗保護II段不應該動作。

通過將故障時的直流電壓、電流等數據代入阻抗保護判據，可得線路融冰試驗時導致保護誤動的判據為判據1及判據2：

保護動作前直流正負極電壓平均值如下：正極電壓Ud1=3.167kV，負極電壓Ud2=-2.064kV。線路阻抗Ⅱ段保護定值k為2，Id1為3075A，Rset 整定為2.175Ω。將數據代入式（1）得 ：

左半部分為：

右半部分為：

由于8.145＞6.69，可知阻抗保護判據滿足，保護正常動作。因為融冰系統中電流是由正極流向負極，由此可知Id1=Id2,同理可得判據2同樣滿足。

其中判據3及判據4為：

同樣將數據代入式（3）可得：

左半部分為：

右半部分為：k2*Rset=2*2.175=4.35。

由于1.701＜4.35，可知阻抗保護判據不滿足。因為融冰系統中電流是由正極流向負極，由此可知Id1=Id2,同理可得判據4同樣不滿足。

根據阻抗保護二段動作判據1：||Ud1|+|Ud2|-k2*Id1*Rset|＞Id1*Rset。線路正常融冰時極間電壓|Ud1|+|Ud2|≈Id1*Rset，則根據保護原理k2應小于2。同理，根據判據阻抗保護二段動作判據3：（（|Ud1|+|Ud2|）/Id1）＞k2*Rset，則K2應大于1。而本次融冰試驗由于k2定值設置為2，不滿足k2＜2，因此造成阻抗保護二段誤動。

2 阻抗保護定值整定分析

根據中國南方電網有限責任公司企業標準Q/CSG1203034-2017《直流融冰裝置控制保護技術規范》，融冰裝置的線路阻抗保護應包括以下功能：

（1）在融冰時，避免設備運行在所融線路斷線等故障狀態；

（2）配置Ⅰ段阻抗保護，并配置線路阻抗監視告警段。配置Ⅱ段阻抗保護，保護動作后換流閥移相閉鎖，交流斷路器延時跳閘，并鎖定交流斷路器；

（3）在空載升壓試驗或零功率試驗時，應自動根據控制模式退出該保護；

（4）告警和動作段可以分別投退，且至少預設十組線路阻抗參數。

根據此規范當換流閥直流側發生斷線故障或線路短接點直流電阻過大時，該保護應動作并閉鎖直流融冰系統。

由于線路阻抗設定值為理想情況下根據線路單位電阻乘線路長度計算所得，實際該值與線路阻抗實際值存在約10%誤差，并考慮到各級隔離開關、金具接觸點的接觸電阻以及平波電抗器的電阻，也存在10%左右誤差，除此之外，在輸電線路融冰過程中隨著輸電線路溫度的變化，輸電線路的電阻也會發生一定變化，另外，輸電線路融冰過程中產生的感應電壓對阻抗的計算也存在一定影響。根據以往的工程經驗，在考慮各種極端的工況的情況下，最大曾有30%的誤差，因此，為避免阻抗保護誤動，在極端工況下阻抗出現30%誤差時保護應不動作。

在極端的工況下，輸電線路阻抗值出現30%誤差時，式（1-1）中 ||Ud1|+|Ud2|-k2*Id1*Rset|＞Id1*Rset 的左半部分|Ud1|+|Ud2|等于1.3*Id1*Rset或0.7Id1*Rset，即

為保證保護在此誤差下阻抗保護可靠不動作，k2取值范圍應在0.3至1.7之間。

同理可得，阻抗保護二段判據3中（（|Ud1|+|Ud2|）/（Id1或 Id2））＞k2*Rset的左半部分（|Ud1|+|Ud2|）/（Id1或Id2）等于1.3*Rset或0.7*Rset，為保證保護在此誤差下阻抗保護可靠不動作，要求k2取值應在1.3以上。

綜上所述，為避免在最極端工況下阻抗保護誤動，要求k2的取值范圍應在1.3-1.7之間。

另外，由于阻抗保護功能主要是對線路出現斷線時對融冰系統進行保護，而對于線路斷線，融冰控保系統以直流過壓保護為主保護。融冰控保裝置設置了3段過壓保護，I段過壓保護定值為0.6pu；II段過壓保護定值為0.7pu；III段過壓保護定值為0.85 pu。根據仿真計算，融冰線路（線路融冰及地線融冰）斷線后，融冰系統的直流電壓將升高至24kV=1.6pu以上，直流過壓保護完全可以保護融冰線路斷線的情況。

除此之外，考慮到阻抗保護定值的設定相對復雜，比較容易受到環境影響導致阻抗保護誤動，因此建議可選擇將阻抗保護退出。

3 結論

本文通過分析融冰控保裝置阻抗保護誤動作的波形及阻抗保護動作邏輯，得出阻抗保護定值整定不合理以致阻抗保護誤動的結論。并進一步對融冰控保系統阻抗保護的定值整定進行計了算分析，得出為避免在最極端工況下阻抗保護誤動，要求阻抗保護定值的取值范圍應在1.3-1.7之間。

此外，由于融冰控保系統的阻抗保護功能主要是針對融冰過程中輸電線路出現斷線的情況進行保護，而對于線路斷線的情況，融冰控保系統以直流過壓吧保護為主保護，在線路斷線時融冰系統能夠得到有效保護，并且阻抗保護定值設定相對復雜，容易受到環境影響導致保護誤動。因此在直流過壓保護能可靠動作的情況下建議可選擇將阻抗保護退出。