方向闭锁过流保护典型拒动分析与其对策研究

郑少恒

摘 要：方向过流保护用于风电场集电线线路时，经常发生将保护电流互感器极性接入方式按照发电机功率方向连接，方向为线路指向母线，导致方向过流保护事故拒动情景发生。文章通过阐述方向过流保护的动作原理和方向元件的正、负定义规定，结合风电场典型拒动案例分析，提出了此类方向过流保护的调试重点和防拒动应对策略。

关键词：方向闭锁；过流保护；拒动；对策研究

中图分类号：TM774 文献标志码：A 文章编号：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

在電力系统中，对于两侧电源或单相环网的输电线路，一般采取加装功率方向元件来提高继电保护装置的选择性和灵敏性；近年来随着风力发电的迅猛发展，风电场集电线线路普遍采用方向过流保护作为主保护。由于风电场集电线线路运行方式比较特殊，它虽然属于双侧电源但是只在单侧装设断路器，且风机正常运行时的发电功率正方向为集电线路指向母线。技术人员经常将发电功率方向作为正方向，以此为依据断定保护电流互感器的极性接线方式，由于发电功率正方向与保护功率元件的正方向正好相反，导致方向保护拒动事故的发生。本文通过阐述方向过流保护的动作原理和方向元件的正、负定义规定，结合风电场典型拒动案例分析，提出了此类方向过流保护的调试重点和防拒动应对策略。

2 方向闭锁过流保护原理

2.1 方向闭锁过流保护

对于两侧电源或单相环网的输电线路，线路两侧都装有断路器和相应的保护，单纯的过流保护不能满足继电保护选择性要求。为解决选择性的问题，在原来的电流保护的基础上装设了方向元件（功率方向继电器）。方向元件规定，功率方向由母线流向线路为正，由线路流向母线为负。当功率方向为正时过流保护动作，反之不动，上述过程即为方向电流保护。[1]常见方向闭锁过流保护原理示意图如图1所示。

2.2 方向闭锁过流保护的特点

（1）功率方向测量元件与电流测量元件共同判别保护线路的故障，正方向发生故障时，过流保护动作出口，反方向发生故障时，闭锁保护动作出口。（2）方向闭锁过流保护的动作电流整定计算时可不必躲过反方向外部最大短路电流，只需校正方向短路计算即可，降低了过流保护定值，提高了过流保护的动作灵敏度。（3）并非线路的所有电流保护都要装设方向元件，仅在用动作电流、动作时间不能保证选择性时方可选择加装方向元件闭锁功能。方向闭锁保护应根据需要设定，不可由于保护装置有此功能就非设不可。（4）为了防止反方向不对称短路时非故障相电流测量元件动作和功率方向元件误动作而发生保护误跳闸，方向电流保护必须采用按相起动接线方式。[2]

3 方向闭锁过流保护典型拒动案例分析

3.1 事故概况

某风电场在运行过程中，由于风机二线4号分支箱35kV电缆接线仓电缆接线端子长时间运行发热，导致单相放电故障，后发展为三相短路放电故障。事故发生后，风机二线综合保护装置过流一段、二段未动作，过流三段启动但是没有保护出口；故障解列装置一段、二段保护动作，0.5s保护出口动作，跳开110kV线路1849开关，该事故造成了全站停电的严重后果。通过事故现场勘察，根据初步数据判断，本起事故为方向闭锁过流保护方向整定错误导致的保护拒动事件。

3.2 风电场一次系统概况及保护投入情况

风电场一次系统如图2所示。

全场风机分组汇集为两条35kV集电线路（风机一线和风机二线）送至风电场110kV升压站35kV母线，35kV母线通过一台110kV主变，经主变高压侧开关（1849开关）送至地方电网。35kV集电线路间隔装设线路保护装置，保护投入情况为：过流一段13.25A，时间0.2s，带方向闭锁；过流二段2.02A，时间0.3s，带方向闭锁；过流三段5.23A，时间0.6s；零序保护定值2.1A，0.2s。主变装设主变差动保护、高压侧后备保护和低压侧后备保护，主变保护高压侧后备和低压侧后备保护的动作时间均大于0.6s。110kV升压站装设有故障解列装置和故障录波器，故障解列装置定值一段、二段定值为75V，动作时间为0.5s。endprint

3.3 事故经过分析

根据风电场110kV升压站故障录波器的故障记录，事故发生经过如下：初始为风机二线4号分支箱35kV电缆接线仓的备用分支B相电缆头发生弧光对地放电现象进而发展为持续放电，最终发展为三相弧光接地持续放电，弧光电流峰值4081A左右（二次电流40.8A），直到1849开关保护跳闸为止，事故全过程从开始到结束共计持续 630ms，其中超过任意过流保护定值电流的放电持续时间不足600ms，故障性质为相对地弧光持续放电（非金属短路）。

3.4 保护动作分析

风机二线保护装置短路电流二次峰值40.8A大于过流一段和二段定值，但是该保护未动作，由于过流一、二段保护均投入了方向閉锁，拒动原因初步考虑为方向闭锁错误导致；过流三段保护启动，但是由于动作时间整定值为0.6s，该时间大于故障持续时间，过流三段保护动作正确。风机二线零序保护定值为2.1A，故障电流未到动作值，该保护动作正确；主变保护高后备、低后备的保护，由于保护动作时间最小整定值为0.6s，保护只启动，动作正确；故障解列装置定值一段、二段定值均为75V，动作时间均为0.5s，由于风机二线故障，造成系统低电压，驱动故障解列装置低压解列一段、低压解列二段动作，经0.5s延时保护出口跳闸，跳开110kV线路1849开关，该保护动作正确。

3.5 35kV风机二线综合保护装置单体复校验

对35kV风机二线综合保护装置的过流一、二段保护进行校验，校验结果为过流保护动作正确，方向闭锁功能可靠，初步排除了保护装置自身原因，将原因锁定在电流互感器二次接线极性上面。

3.6 全站保护方向检查

经检查和询问发现，该风场电流互感器接线方式均以风场发电为基准，风场——35kV风机二线——主变低压侧——主变高压侧——110kV线路为正方向接线；35kV风机二线综合保护装置的保护电流互感器极性接入方向为线路指向母线为正方向，正好与过流保护装置功率方向元件的定义方向相反。因此，当故障发生时，故障电流从35kV母线流向线路侧，35kV风机二线综保装置功率方向元件判定功率方向为负，闭锁该保护动作，至此真相大白。

4 对策措施

为了预防和防范过流闭锁方向保护典型拒动事故的发生，可在管理上和技术上采取如下应对措施：

（1）定值整定通知单下发时，在定值单上标明方向过流保护的正方向为母线指向线路。（2）在保护装置校验完毕后，必须对系统进行一次通流、通压试验，并模拟事故状态，对方向闭锁过流保护进行校核，确保其正确方可投入运行。（3）在不具备对系统进行一次通流、通压试验的现场，由专人对保护电流互感器的极性接线方式进行复核，确保二次回路接线正确方可投入运行，设备运行后及时测量电气向量，验证电流互感器的极性接线方式是否符合保护要求。（4）可适当提高集电线路零序保护的灵敏性和可靠性，使其保护范围覆盖到单相对地持续放电事故的初始阶段。（5）适当扩大主变保护高压侧后备保护和低压侧后备保护的保护范围，将其保护范围覆盖到35kV集电线线路电缆故障，并与集电线路保护形成交叉配合关系。

5 结束语

方向闭锁过流保护用于风电场集电线线路时，由于风机正常运行时的发电功率正方向与保护功率方向元件规定的正方向正好相反，继电保护工作人员经常误将发电机功率方向当作保护功率元件的正方向，致使保护电流互感器极性接线错误，导致方向闭锁过流保护拒动情况发生。本文通过一个典型方向过流闭锁保护拒动案例分析，阐述了方向闭锁过流保护的原理和功率方向的定义，强调说明了保护装置正方向规定为由母线流向线路为正，以由线路流向母线为负，而与输电线路的功率正方向无关。本文提出的应对措施对今后类似配置的方向闭锁过流保护调试具有重要的指导意义，也可以作为继电保护技术的经验进行推广。

参考文献：

[1]巩胜利.电网的方向电流保护分析[J].黑龙江科技信息，2014（29）：93.

[2]陈念，吕艳萍，周凯，等.110kV电阻接地系统零序方向电流保护的整定研究[J].电力系统保护与控制，2017，45（13）：91-96.

[3]胡涛.继电保护定值仿真及过流保护整定的方法研究和开发[D].中国电力科学研究院，2006.

[4]朱重阳，张华.基于网络同步的方向过流保护采样值计算[J].华电技术，2016，38（12）：37-38+52+74.

[5]张雪皎，余平，刘钟情.变压器方向过流保护拒动原因分析[J].电力科学与工程，2012，28（01）：50-54.endprint